[論文レビュー] Performance Evaluation of Wimax Physical Layer under Adaptive Modulation Techniques and Communication Channels

Md. Ashraful Islam, Riaz Uddin Mondal+1 more|ArXiv.org|Oct 5, 2009

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 4被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、BPSK、QPSK、4-QAM、16-QAMを用いたAWGN、レイリー faded、ライス fadedチャネルを想定し、適応変調と多様なチャネル環境下におけるWiMAX物理層の性能を評価している。結果として、BPSK変調下でReed-Solomon (255,239,8)エンコーダと2/3レートのコンvolutionalコードを組み合わせることで、誤りビット率（BER）が最小となり、ノイズの多い環境下でも最も信頼性の高い音声信号再構成が達成されることを示している。

ABSTRACT

Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) is a promising technology which can offer high speed voice, video and data service up to the customer end. The aim of this paper is the performance evaluation of an Wimax system under different combinations of digital modulation (BPSK, QPSK, 4 QAM and 16 QAM) and different communication channels AWGN and fading channels (Rayleigh and Rician). And the Wimax system incorporates Reed Solomon (RS) encoder with Convolutional encoder with half and two third rated codes in FEC channel coding. The simulation results of estimated Bit Error Rate (BER) displays that the implementation of interleaved RS code (255, 239, 8) with two third rated Convolutional code under BPSK modulation technique 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

• さまざまな変調方式およびチャネルタイプ下でのWiMAX物理層の性能を評価すること。
• Reed-Solomonおよびコンvolutionalコードを用いた前向き誤り訂正（FEC）符号化がシステム信頼性に与える影響を分析すること。
• リアルタイム音声信号伝送を用いて、ノイズの多い環境下でのシステムの耐障害性を評価すること。
• WiMAXシステムにおけるビット誤り率（BER）を最小化するための最適な変調および符号化の組み合わせを特定すること。

提案手法

• BPSK、QPSK、4-QAM、16-QAMの変調方式を用いて、WiMAX物理層をシミュレートする。
• 加法性白色ガウスノイズ（AWGN）、レイリー faded、ライス fadedの3つのチャネルモデルを用いてシステム性能を評価する。
• 2つのコンvolutionalコードレート（1/2および2/3）を、Reed-Solomon (255,239,8)エンコーダと組み合わせてFECに適用する。
• フェージングチャネルにおける誤り耐性を向上させるためにインタリーブを適用する。
• システム性能の妥当性を検証するため、音声信号の一部を送信する。
• 全設定において、主な性能指標として誤りビット率（BER）を測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AWGNおよびフェージングチャネル下で、どの変調方式（BPSK、QPSK、4-QAM、16-QAM）が最も低いBERを達成するか？
• RQ2 1/2および2/3レートのコンvolutionalコードとReed-Solomonコードを組み合わせることで、BER性能にどのような影響を与えるか？
• RQ3 インタリーブは、レイリー fadedおよびライス fadedチャネルにおける誤り訂正にどのような影響を与えるか？
• RQ4 提案された符号化方式は、ノイズの多い伝送環境下でも音声信号の回復にどの程度効果的か？
• RQ5 どの変調および符号化の組み合わせが、すべてのチャネルタイプにおいて最も信頼性の高い性能を発揮するか？

主な発見

• Reed-Solomon (255,239,8)と2/3レートのコンvolutionalコードをBPSK変調と組み合わせることで、誤りビット率（BER）が最小化される。
• BPSKに2/3レートのコンvolutionalコードとRS(255,239,8)を組み合わせた方式は、AWGNおよびフェージングチャネルの両方で、他のすべての変調および符号化組み合わせを上回る性能を示した。
• ノイズの多い環境下でも、送信された音声信号が高い忠実度で回復された。
• インタリーブは、レイリー fadedおよびライス fadedチャネルにおける誤り耐性を顕著に向上させた。
• 16-QAMはフェージングチャネルで高いBERを示し、多径条件下での信頼性が低下していることが示された。
• FEC符号化の適用により、符号化なし伝送と比較してBERが複数桁低下した。