[論文レビュー] 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|Dec 4, 2009

Wireless Communication Networks Research参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、モバイル通信におけるQPSKおよびOQPSKシステムにおけるルートローディングコサイン（RRC）およびローディングコサイン（RC）パルス整形フィルタを比較し、誤りベクタ大きさ（EVM）、マグニチュードエラーおよび位相エラー、帯域幅効率といった性能指標を評価している。結果として、最適化されたロールオフ係数を有するRRCフィルタはEVMおよびスペクトル効率において優れた性能を示し、QPSKベースのモバイルシステムにおける最適なフィルタ選定の指針を提供する。

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.

研究の動機と目的

• パルス整形フィルタがQPSKおよびOQPSKデジタル伝送システムにおける主要性能指標に与える影響を評価すること。
• 誤りベクタ大きさ（EVM）、マグニチュードエラー、位相エラー、帯域幅効率の観点から、ルートローディングコサイン（RRC）およびローディングコサイン（RC）フィルタの性能を比較すること。
• QPSKベースのモバイル通信システムにおける最適なフィルタタイプおよびロールオフ係数の選定を、システム設計者にガイドすること。
• 実際のモバイル通信環境下での制約を想定した場合、フィルタのロールオフ係数がシステム性能に与える影響を分析すること。

提案手法

• QPSKおよびOQPSK変調方式を用いたシミュレーションベースの比較において、RRCおよびRCパルス整形フィルタを適用する。
• さまざまなロールオフ係数（α）を有するルートローディングコサインおよびローディングコサインフィルタを実装し、信号の忠実度に与える影響を評価する。
• 誤りベクタ大きさ（EVM）、マグニチュードエラー、位相エラー、帯域幅効率といった性能指標を算出し、分析する。
• 異なるロールオフ値におけるスペクトル効率と信号歪みのトレードオフを焦点に分析する。
• フィルタの影響を明確に分離するために、制御されたデジタル伝送条件下で測定を実施する。
• 結果はCDMAベースのモバイル通信システムの文脈で評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RRCおよびRCパルス整形フィルタの選択が、QPSKおよびOQPSKシステムにおけるEVMに与える影響は何か？
• RQ2 ロールオフ係数（α）が、QPSKおよびOQPSK伝送におけるマグニチュードエラーおよび位相エラーに与える影響は何か？
• RQ3 モバイル通信用途におけるRRCおよびRCフィルタの帯域幅効率は、どのように比較できるか？
• RQ4 複数の指標にわたる総合的な性能を考慮した場合、RRCフィルタとRCフィルタのどちらがQPSKベースのシステムで優れているか？
• RQ5 QPSK変調において歪みを最小限に抑えつつスペクトル効率を維持するための最適なロールオフ係数は何か？

主な発見

• RRCフィルタは、EVMの観点からRCフィルタを一貫して上回っており、信号の忠実度が優れていることが示された。
• 特に高いロールオフ係数において、RRCフィルタでは位相エラーおよびマグニチュードエラーが低減されていることが観察された。
• ロールオフ係数の増加に伴い帯域幅効率が向上したが、α = 0.5を超えると効果の逓減が見られた。
• EVMおよび誤差指標を最小限に抑える最適なロールオフ係数は、RRCフィルタにおいてα = 0.3～0.5の範囲にあった。
• OQPSKにRRCフィルタを適用した場合、位相エラーおよびスペクトル抑制特性の観点で、QPSKにRCフィルタを適用した場合よりも優れた性能を示した。
• 本研究は、高いスペクトル効率と低歪みを要するモバイル通信システムにおいて、RRCフィルタがより適していることを確認した。