[論文レビュー] Effect of AWGN & Fading (Raleigh & Rician) channels on BER performance of a WiMAX communication System

Nuzhat Tasneem Awon, Md. Ashraful Islam+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2012

Advanced Wireless Network Optimization被引用数 34

ひとこと要約

この論文は、MATLABシミュレーションを用いて、AWGN、レイノールドフェージング、リケアンフェージングの3つのチャネル環境下で、OFDMを用いたWiMAX物理層のビット誤り率（BER）性能を評価している。結果として、AWGNチャネルが最も低いBERを示し、レイノールドフェージングが性能を最も劣化させ、リケアンフェージングはその中間となることが示された。これは、IEEE 802.16規格に準拠したQAM、16-QAM、64-QAM変調方式の下で確認された。

ABSTRACT

The emergence of WIMAX has attracted significant interests from all fields of wireless communications including students, researchers, system engineers and operators. The WIMAX can also be considered to be the main technology in the implementation of other networks like wireless sensor networks. Developing an understanding of the WIMAX system can be achieved by looking at the model of the WIMAX system. This paper discusses the model building of the WIMAX physical layer using computer MATLAB 7.5 versions. This model is a useful tool for BER (Bit error rate) performance evaluation for the real data communication by the WIMAX physical layer under different communication channels AWGN and fading channel (Rayleigh and Rician), different channel encoding rates and digital modulation schemes which is described in this paper. This paper investigates the effect of communication channels of IEEE 802.16 OFDM based WIMAX Physical Layer. The performance measures we presented in this paper are: the bit error rate (BER) versus the ratio of bit energy to noise power spectral density (Eb/No). The system parameters used in this paper are based on IEEE 802.16 standards. The simulation model built for this research work, demonstrates that AWGN channel has better performance than Rayleigh and Rician fading channels. Synthetic data is used to simulate this research work.

研究の動機と目的

• MATLAB R2010aを用いて、IEEE 802.16に準拠したOFDMを用いたWiMAX物理層のモデル化とシミュレーションを実施する。
• AWGN、レイノールドフェージング、リケアンフェージングの3つの異なるチャネル状態下でのBER性能を評価する。
• 変調方式（QAM、16-QAM、64-QAM）および符号化技術（CRC、Convolutional Coding）がBERに与える影響を分析する。
• 異なるチャネルモデル間でのシステム性能を比較し、最も耐障害性の高い送信環境を同定する。

提案手法

• IEEE 802.16規格に準拠したWiMAX物理層のMATLABベースのシミュレーションモデルを実装した。
• デジタル伝送にM値QAM（QAM、16-QAM、64-QAM）を用いたOFDM変調を適用した。
• 送信側で巡回冗長検査（CRC）およびコンvolutional Coding（CC）を用いた符号化を行い、受信側で対応する復号処理を実施した。
• 3つのチャネルモデル（加法性白色ガウスノイズ（AWGN）、レイノールドフェージング、リケアンフェージング）を用いて伝送をシミュレートした。
• すべてのチャネルおよび変調方式の組み合わせに対して、ビット誤り率（BER）とEb/No（SNR）の関係を評価した。
• すべてのシミュレーションにおいて、チャネルの影響を明確に分離できるよう、合成データを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AWGN、レイノールドフェージング、リケアンフェージングの各チャネル環境下で、WiMAX OFDMシステムのBER性能はどのように変化するか？
• RQ2 AWGNチャネルと比較して、フェージング（レイノールド対リケアン）がBERに与える相対的な影響は何か？
• RQ3 異なる変調方式（QAM、16-QAM、64-QAM）は、さまざまなチャネル状態下でBERにどのように影響を与えるか？
• RQ4 リケアンフェージングには視線（LOS）成分が存在するが、これにより非視線（NLOS）のレイノールドフェージングと比較してBER性能が向上するか？
• RQ5 各チャネルモデルにおいて、BERがゼロに近づくために必要な最小のEb/Noは何か？

主な発見

• AWGNチャネルでは最も低いBERを達成し、全変調方式においてSNRが13 dBを超えるとBERはゼロのまま維持された。
• レイノールドフェージングチャネルでは最高のBERを示し、高SNRでも非ゼロの値が継続した（例：64-QAMではSNR 17 dBで2.1212e-05）。
• リケアンフェージングチャネルでは中間のBER性能を示し、AWGNよりは高いがレイノールドフェージングよりは低い値を示した（例：16-QAMではSNR 13 dBで7.5758e-07）。
• 16-QAMの場合、SNRが13 dBを超えるとAWGNではBERがゼロを維持するが、レイノールドおよびリケアンフェージングでは低SNR領域で非ゼロのBERを示した。
• 変調方式の順序に関係なく、BERの観点からチャネルの性能順位は常にAWGN < リケアン < レイノールドである。
• レイノールドフェージングでは、低～中程度のSNR領域でBERの劣化が顕著に現れ、高SNRでも著しい誤り床（error floor）が継続した。