[论文解读] Bit Error Rate Analysis of M-ARY PSK and M-ARY QAM Over Rician Fading Channel

Subrato Bharati, Mohammad Atikur Rahman+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2020

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 6被引用 4

一句话总结

本文通过理论推导和 MATLAB 仿真，分析了在 Rician 衰落信道中 M-ary PSK 和 M-ary QAM 的误比特率（BER）性能。结果表明，随着信噪比（SNR）和分集阶数的增加，BER 降低，256-QAM 和 64-PSK 在衰落条件下表现出更高的可靠性，该结论通过星座图和 BER 曲线得到验证。

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.

研究动机与目标

• 评估 M-ary PSK 和 M-ary QAM 在 Rician 衰落环境中的误比特率（BER）性能。
• 研究信噪比（SNR）提升对 M-ary 调制方案（如 256-QAM 和 64-PSK）BER 的影响。
• 研究在固定 SNR 条件下，分集阶数对 BER 性能的影响。
• 通过基于 MATLAB 的星座图和 BER 曲线仿真验证理论结果。

提出的方法

• 使用统计信号建模方法，推导 M-ary PSK 和 M-ary QAM 在 Rician 衰落信道中的 BER 表达式。
• 采用 Rician 衰落信道模型，以表征具有强视距（LoS）分量的多径传播。
• 在 MATLAB 中实现仿真，生成 M-QAM 和 M-PSK 调制方案的星座图。
• 在不同 SNR 水平和分集阶数下仿真 BER 性能，以评估误码鲁棒性。
• 应用分集合并技术，以增强在衰落条件下的信号可靠性。
• 将理论 BER 趋势与仿真结果进行对比，以验证其准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 Rician 衰落信道中，提高 SNR 如何影响 M-ary PSK 和 M-ary QAM 的误比特率？
• RQ2 在固定 SNR 条件下，分集阶数对 Rician 衰落中 BER 性能有何影响？
• RQ3 在衰落条件下，M-QAM 和 M-PSK 的星座图如何变化？它们揭示了信号的何种鲁棒性特征？
• RQ4 M-ary 调制在 Rician 衰落信道中的理论 BER 表达式与仿真结果在多大程度上吻合？

主要发现

• 对于 M-ary PSK 和 M-ary QAM，包括 256-QAM 和 64-PSK，BER 随 SNR（以 dB 为单位）单调下降。
• 更高的分集阶数可在固定 SNR 下显著降低 BER，证实了分集合并的有效性。
• MATLAB 仿真成功再现了预期的 BER 趋势，验证了理论模型的正确性。
• 256-QAM 和 64-PSK 的星座图显示，在采用分集合并后，信号点间距增大，误码概率降低。
• Rician 衰落模型准确捕捉了具有主导 LoS 分量的多径传播影响，从而影响 BER 性能。