[논문 리뷰] Comparison of Performance Metrics for QPSK and OQPSK Transmission Using Root Raised Cosine and Raised Cosine Pulse shaping Filters for Applications in Mobile Communication

Sudipta Chattopadhyay, Salil Kumar Sanyal|ArXiv.org|2009. 12. 04.

Wireless Communication Networks Research참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 이동 통신 시스템에서 QPSK 및 OQPSK 시스템의 루트 레이즈드 코스인(RRC) 및 레이즈드 코스인(RC) 펄스 샤피닝 필터를 비교하여, 오차 벡터 크기(EVM), 진폭 및 위상 오차, 대역폭 효율성과 같은 성능 지표를 평가한다. 결과적으로 최적의 롤오프 계수를 가진 RRC 필터가 EVM 및 스펙트럼 효율성 측면에서 뛰어난 성능을 보이며, QPSK 기반 이동 통신 시스템에서 최적의 필터 선택을 위한 설계 지침을 제공한다.

ABSTRACT

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) and Offset Quadrature Phase Shift Keying (OQPSK) are two well accepted modulation techniques used in Code Division Multiple Access (CDMA) system. The Pulse Shaping Filters play an important role in digital transmission. The type of Pulse Shaping Filter used, and its behavior would influence the performance of the communication system. This in turn, would have an effect on the performance of the Mobile Communication system, in which the digital communication technique has been employed. In this paper we have presented comparative study of some performance parameters or performance metrics of a digital communication system like, Error Vector Magnitude (EVM), Magnitude Error, Phase Error and Bandwidth Efficiency for a QPSK transmission system. Root Raised Cosine (RRC) and Raised Cosine (RC) Pulse shaping filters have been used for comparison. The measurement results serve as a guideline to the system designer to select the proper pulse shaping filter with the appropriate value of filter roll off factor (a) in a QPSK modulated mobile communication system for optimal values of its different performance metrics.

연구 동기 및 목표

• QPSK 및 OQPSK 디지털 전송 시스템에서 펄스 샤피닝 필터의 영향을 핵심 성능 지표에 대해 평가하기.
• EVM, 진폭 오차, 위상 오차 및 대역폭 효율성 측면에서 루트 레이즈드 코스인(RRC) 및 레이즈드 코스인(RC) 필터의 성능을 비교하기.
• QPSK 기반 이동 통신 시스템에서 최적의 필터 유형 및 롤오프 계수를 선택하는 데 도움을 주기 위한 시스템 설계자 가이드라인 제공하기.
• 실제 이동 통신 환경의 제약 조건 하에서 필터 롤오프 계수가 시스템 성능에 미치는 영향 분석하기.

제안 방법

• QPSK 및 OQPSK 변조 방식을 사용한 시뮬레이션 기반 비교 분석을 통해 RRC 및 RC 펄스 샤피닝 필터를 적용한다.
• 다양한 롤오프 계수(α)를 가진 루트-레이즈드 코스인 및 레이즈드 코스인 필터를 구현하여 신호 정밀도에 미치는 영향 평가.
• 오차 벡터 크기(EVM), 진폭 오차, 위상 오차 및 대역폭 효율성과 같은 성능 지표를 계산하고 분석한다.
• 다양한 롤오프 값에서 스펙트럼 효율성과 신호 왜곡 간의 상호 상충 관계 분석에 중점을 둔다.
• 필터 영향을 분리하기 위해 통제된 디지털 전송 조건 하에서 측정를 수행한다.
• 결과는 CDMA 기반 이동 통신 시스템의 맥락에서 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RRC 및 RC 펄스 샤피닝 필터의 선택이 QPSK 및 OQPSK 시스템의 EVM에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 롤오프 계수(α)가 QPSK 및 OQPSK 전송에서 진폭 오차 및 위상 오차에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 이동 통신 응용 분야에서 RRC 및 RC 필터의 대역폭 효율성은 어떻게 비교되는가?
• RQ4 다양한 지표를 종합적으로 고려할 때 QPSK 기반 시스템에서 RRC 또는 RC 중 어느 필터 유형이 더 뛰어난 전반적인 성능을 제공하는가?
• RQ5 QPSK 변조에서 왜곡을 최소화하면서 스펙트럼 효율성을 유지하기 위한 최적의 롤오프 계수는 무엇인가?

주요 결과

• RRC 필터는 항상 EVM 측면에서 RC 필터를 뛰어넘으며, 이는 더 높은 신호 정밀도를 의미한다.
• 특히 높은 롤오프 계수에서 RRC 필터를 사용할 경우 위상 오차 및 진폭 오차가 낮게 관찰되었다.
• 롤오프 계수 증가에 따라 대역폭 효율성이 향상되었지만, α = 0.5를 초과하면 수익 감소 현상이 나타났다.
• EVM 및 오차 지표를 최소화하기 위한 최적의 롤오프 계수는 RRC 필터의 경우 α = 0.3에서 0.5의 범위로 확인되었다.
• OQPSK에 RRC 필터를 적용한 경우 QPSK에 RC 필터를 적용한 경우보다 위상 오차 및 스펙트럼 함몰 측면에서 뛰어난 성능을 보였다.
• 본 연구는 RRC 필터가 높은 스펙트럼 효율성과 낮은 왜곡을 요구하는 이동 통신 시스템에 더 적합하다는 점을 확인한다.