[論文レビュー] Comparative Study of Different Guard Time Intervals to Improve the BER Performance of Wimax Systems to Minimize the Effects of ISI and ICI under Adaptive Modulation Techniques over SUI1 and AWGN Communication Channels

Md. Zahid Hasan, Mohammad Reaz Hossain+2 more|ArXiv.org|Dec 4, 2009

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、AWGNおよびSUI-1 fadingチャネルにおける適応変調を用いたIEEE 802.16 WIMAXシステムにおいて、さまざまなガード時間インターバルがBER性能に与える影響を調査する。QPSK変調と、連結 Reed-Solomon (255,239,8) およびレート1/2の畳み込み符号を用いた研究では、0.25のガード時間インターバルがBER性能を顕著に向上させることを示しており、特に低SNR条件下で、ISIおよびICIを効果的に低減し、ノイズの多い環境下でも信頼性の高い音声信号の回復を可能にする。

ABSTRACT

The WIMAX technology based on air interface standard 802.16 wireless MAN is configured in the same way as a traditional cellular network with base stations using point to multipoint architecture to drive a service over a radius up to several kilometers. The range and the Non Line of Sight (NLOS) ability of WIMAX make the system very attractive for users, but there will be slightly higher BER at low SNR. The aim of this paper is the comparative study of different guard time intervals effect for improving BER at different SNR under digital modulation (QPSK, 16QAM and 64QAM) techniques and different communication channels AWGN and fading channels Stanford University Interim (SUI 1) of an WIMAX system. The comparison between these effects with Reed-Solomon (RS) encoder with Convolutional encoder (half) rated codes in FEC channel coding will be investigated. The simulation results of estimated Bit Error Rate (BER) displays that the implementation of interleaved RS code (255,239,8) with (half) rated Convolutional code of 0.25 guard time intervals under QPSK modulation technique over AWGN channel is highly effective to combat in the Wimax communication system. To complete this performance analysis in Wimax based systems, a segment of audio signal is used for analysis. The transmitted audio message is found to have retrieved effectively under noisy situation.

研究の動機と目的

• 適応変調下でのWIMAXシステムにおける、さまざまなガード時間インターバルがBER性能に与える影響を分析すること。
• ISIおよびICIを低減するための連結Reed-Solomonおよび畳み込み符号化方式の性能を評価すること。
• 変動するガード時間設定下での、AWGNおよびSUI-1 fadingチャネルにおけるBER性能の比較。
• ノイズの多い環境下で、送信された音声信号の回復の有効性を評価すること。
• スペクトル効率を維持しつつBERを最小化する最適なガード時間インターバルを特定すること。

提案手法

• AWGNおよびSUI-1 fadingチャネルを想定したOFDMベースのWIMAXシステムのシミュレーション。
• さまざまなSNR条件に対応するための適応変調（QPSK、16QAM、64QAM）の実装。
• 連結チャネル符号化の適用：Reed-Solomon (255,239,8) およびレート1/2の畳み込み符号。
• バーストエラーの低減とエラー耐性の向上のためのインタリーブの使用。
• ガード時間インターバル（0.125、0.25、0.5、1.0）を体系的に変化させ、BERに与える影響を評価。
• ノイズ環境下でのシステムの頑健性を検証するための音声信号送信および回復の実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AWGNおよびSUI-1チャネルにおけるWIMAXシステムにおいて、ガード時間の変動がBER性能に与える影響は何か？
• RQ2 ガード時間、変調方式、符号化の組み合わせの中で、BERを最も低くするものは何か？
• RQ3 連結RS + 畳み込み符号化方式は、ISIおよびICI低減にどの程度効果的か？
• RQ4 最適化されたガード時間および符号化を用いることで、低SNR条件下でも信頼性の高い音声信号の回復が可能か？
• RQ5 BERを最小限に抑えつつシステム効率を維持するための最適なガード時間インターバルは何か？

主な発見

• QPSK変調と連結RS (255,239,8) + レート1/2の畳み込み符号を用いた0.25のガード時間インターバルが、すべてのテスト条件下で最低のBERを達成した。
• 特にAWGNおよびSUI-1 fading環境下で、低SNR条件下でのBER性能が顕著に向上し、ISIおよびICIの効果的な抑制に起因する。
• インタリーブを施したRSおよび畳み込み符号化の組み合わせにより、エラー耐性が向上し、ノイズの多い環境下でも音声信号の正常な回復が可能になった。
• 低SNR条件下では、最適なガード時間および符号化と組み合わせた場合に、QPSK変調が16QAMおよび64QAMを上回るBER性能を示した。
• 0.25のガード時間インターバルが、スペクトル効率と誤り性能の間で最も良好なトレードオフを提供した。
• シミュレーション結果から、提案された構成が、シンボル間干渉およびキャリア間干渉を効果的に低減し、全体的なシステム信頼性を向上させることを確認した。