[論文レビュー] Out-of-Band Radiation Comparison of GFDM, WCP-COQAM and OFDM at Equal Spectral Efficiency

Ali Bulut Üçüncü|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

PAPR reduction in OFDM参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、スペクトル効率を同等にした状態で、GFDM、WCP-COQAM、OFDMの周波数外（OOB）放射およびキャリア周波数オフセット（CFO）耐性を、すべての方式に窓関数とガードシンボルを適用して公平に比較している。その結果、スペクトル効率を同等にした場合、すべての変調方式においてOOB放射がほぼ同一であることが判明し、抑制技術を均等に適用した状況下では、GFDMおよびWCP-COQAMがOFDMよりOOB放射を優れているという主張が裏付けられないことになる。

ABSTRACT

GFDM and WCP-COQAM are amongst the candidate physical layer modulation formats to be used in 5G, whose claimed lower out-of-band (OOB) emissions are important with respect to cognitive radio based dynamic spectrum access solutions. In this study, we compare OFDM, GFDM and WCP-COQAM in terms of OOB emissions in a fair manner such that their spectral efficiencies are the same and OOB emission reduction techniques are applied to all of the modulation types. Analytical PSD expressions are also correlated with the simulation based OOB emission results. Maintaining the same spectral efficiency, carrier frequency offset immunities will also be compared.

研究の動機と目的

• スペクトル効率を同等にすることにより、OFDM、GFDM、WCP-COQAMのOOB放射を公平に比較すること。
• OOB抑制技術（窓関数とガードシンボル挿入）を、すべての3つの変調方式に均等に適用して、公平性を確保すること。
• スペクトル効率を同等にした条件下でのCFO耐性を評価し、OOB比較の公平性を検証すること。
• 解析的パワー スペクトル密度（PSD）式を導出し、シミュレーション結果と照合してOOB放射の分析を行うこと。

提案手法

• OFDMのサブキャリア数を増加させることで、GFDMおよびWCP-COQAMと同等のスペクトル効率を達成し、同じ帯域幅を維持する。
• 信号モデルから導出された解析的PSD式を用いてOOB放射レベルを予測し、モンテカルロシミュレーションにより検証する。
• OFDM、GFDM、WCP-COQAMのすべての変調方式に、窓関数とガードシンボル挿入を適用してOOB放射を抑制する。
• 静的COST-207の丘陵地帯チャネルモデルを用い、完全なチャネル情報と単タップのゼロフォーシングイコライゼーションを採用し、CFO下でのSER対SNR特性を評価する。
• GFDMの性能評価のために、マッチフィルタ（MF）、ゼロフォーシング（ZF）、干渉キャンセレーション（MF-DSIC）受信機を用いる。
• OFDMの解析的AWGN性能とシミュレーション結果を比較し、モデルおよびシミュレーション設定の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スペクトル効率を同等にした場合、GFDMまたはWCP-COQAMはOFDMに比べて顕著なOOB放射の優位性を示すか？
• RQ2 窓関数とガードシンボル挿入は、スペクトル効率を同等にした状況下で、OFDM、GFDM、WCP-COQAMのOOB放射にどのように影響を与えるか？
• RQ3 スペクトル効率をGFDMおよびWCP-COQAMに合わせるためにサブキャリア数を増加させたOFDMのCFO耐性は、劣化するか？
• RQ4 解析的PSD式は、シミュレーションで観測されたOOB放射行動をどの程度正確に予測できるか？

主な発見

• スペクトル効率を同等にし、抑制技術を均等に適用した場合、OFDM、GFDM、WCP-COQAMのOOB放射はほぼ同一になる。
• 文献で頻繁に指摘されるGFDMおよびWCP-COQAMのOFDMに対するOOB放射の優位性は、スペクトル効率を同等にした公平な比較条件と、共通の抑制手法を適用した状況下では消失する。
• 解析的PSD式はシミュレーション結果とよく一致しており、モデルがOOB行動を予測する上で正確であることが裏付けられる。
• サブキャリア数が増加しても、CFOによるISIがすべての方式に同様に影響を与えるため、OFDMはGFDMやWCP-COQAMに比べてCFO耐性が劣化しない。
• CFO下でも、OFDMのSER性能はGFDMおよびWCP-COQAMと同等であり、比較フレームワークの公平性が確認される。
• RRC、ディリクレ、ガウス型の異なるパルス形状に対しても結論は同様に成り立つため、パルス形状の選択に依存しない堅牢性が示された。