[논문 리뷰] Bit Error Rate Analysis of M-ARY PSK and M-ARY QAM Over Rician Fading Channel

Subrato Bharati, Mohammad Atikur Rahman외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 16.

Advanced Wireless Communication Techniques참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 분석적 유도와 MATLAB 시뮬레이션을 사용하여 라이케인 fading 채널에서 M-ary PSK 및 M-ary QAM의 비트 오류율(BER) 성능을 분석한다. BER는 신호 대 잡음비(SNR)와 다중화 순서가 증가할수록 감소하며, 256-QAM과 64-PSK는 페이딩 조건 하에서도 향상된 신뢰성을 보이며, 구성도와 BER 곡선을 통해 검증된다.

ABSTRACT

This paper mainly illustrates the Bit error rate performance of M-ary QAM and M-ary PSK for different values of SNR over Rician Fading channel. A signal experiences multipath propagation in the wireless communication system which causes expeditious signal amplitude fluctuations in time, is defined as fading. Rician Fading is a small signal fading. Rician fading is a hypothetical model for radio propagation inconsistency produced by fractional cancellation of a radio signal by itself and as a result the signal reaches in the receiver by several different paths. In this case, at least one of the destination paths is being lengthened or shortened. From this paper , it can be observed that the value of Bit error rate decreases when signal to noise ratio increases in decibel for Mary QAM and M-ary PSK such as 256 QAM, 64 PSK etc. Constellation diagrams of M-QAM and M-PSK have also been showed in this paper using MATLAB Simulation. The falling of Bit error rate with the increase of diversity order for a fixed value of SNR has also been included in this paper. Diversity is a influential receiver system which offers improvement over received signal strength.

연구 동기 및 목표

• 라이케인 페이딩 환경에서 M-ary PSK 및 M-ary QAM의 비트 오류율(BER) 성능을 평가하기 위해.
• 256-QAM 및 64-PSK와 같은 M-ary 변조 방식에서 신호 대 잡음비(SNR)를 증가시킬 경우 BER에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 고정된 SNR에서 다중화 순서가 BER 향상에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 구성도와 BER 곡선의 MATLAB 기반 시뮬레이션을 통해 이론적 결과를 검증하기 위해.

제안 방법

• 통계적 신호 모델링을 사용하여 라이케인 페이딩 채널에서 M-ary PSK 및 M-ary QAM의 BER 표현식을 유도하기 위해.
• 주로 직시선(LoS) 성분이 존재하는 다중 경로 전파를 표현하기 위해 라이케인 페이딩 채널 모델을 사용하기 위해.
• M-QAM 및 M-PSK 변조 방식의 구성도를 생성하기 위해 MATLAB 시뮬레이션을 구현하기 위해.
• 오차 내성 성능 평가를 위해 다양한 SNR 수준과 다중화 순서에서 BER 성능을 시뮬레이션하기 위해.
• 페이딩 조건에서 신호 신뢰성을 향상시키기 위해 다중화 병합 기법을 적용하기 위해.
• 이론적 BER 추세와 시뮬레이션 결과를 비교하여 정확성을 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신호 대 잡음비(SNR)를 증가시킬 경우, M-ary PSK 및 M-ary QAM의 BER는 라이케인 페이딩 채널에서 어떻게 영향을 받는가?
• RQ2 고정된 SNR에서 다중화 순서는 라이케인 페이딩에서 BER 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 페이딩 조건 하에서 M-QAM 및 M-PSK의 구성도는 어떻게 변화하며, 이는 신호의 내성에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 라이케인 페이딩 환경에서 M-ary 변조에 대해 분석적 BER 표현식과 시뮬레이션 결과 간의 일치 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• M-ary PSK 및 M-ary QAM 모두에서 dB 단위의 SNR가 증가할수록 BER가 단조롭게 감소하며, 이는 256-QAM 및 64-PSK를 포함하여 해당 현상이 적용된다.
• 높은 다중화 순서는 고정된 SNR에서 BER를 크게 감소시키며, 다중화 병합의 효과성을 확인한다.
• MATLAB 시뮬레이션은 예상되는 BER 추세를 성공적으로 재현하여 이론적 모델의 정확성을 검증한다.
• 256-QAM 및 64-PSK의 구성도는 다중화 병합 조건에서 신호점 간 거리가 증가하고 오류 확률이 감소하는 것으로 나타나, 이는 신뢰성 향상을 시사한다.
• 라이케인 페이딩 모델은 주로 직시선(LoS) 성분이 존재하는 다중 경로 전파의 영향을 정확히 반영하며, 이는 BER 성능에 영향을 준다.