[论文解读] Effect of AWGN & Fading (Raleigh & Rician) channels on BER performance of a WiMAX communication System

Nuzhat Tasneem Awon, Md. Ashraful Islam+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2012

Advanced Wireless Network Optimization被引用 34

一句话总结

本论文通过 MATLAB 仿真，评估了在 AWGN、瑞利衰落和莱斯衰落信道下，基于 OFDM 的 WiMAX 物理层的误比特率（BER）性能。结果表明，AWGN 信道的 BER 最低，瑞利衰落对性能的损害最大，而莱斯衰落介于两者之间，该结论适用于 QAM、16-QAM 和 64-QAM 调制方案，且符合 IEEE 802.16 标准。

ABSTRACT

The emergence of WIMAX has attracted significant interests from all fields of wireless communications including students, researchers, system engineers and operators. The WIMAX can also be considered to be the main technology in the implementation of other networks like wireless sensor networks. Developing an understanding of the WIMAX system can be achieved by looking at the model of the WIMAX system. This paper discusses the model building of the WIMAX physical layer using computer MATLAB 7.5 versions. This model is a useful tool for BER (Bit error rate) performance evaluation for the real data communication by the WIMAX physical layer under different communication channels AWGN and fading channel (Rayleigh and Rician), different channel encoding rates and digital modulation schemes which is described in this paper. This paper investigates the effect of communication channels of IEEE 802.16 OFDM based WIMAX Physical Layer. The performance measures we presented in this paper are: the bit error rate (BER) versus the ratio of bit energy to noise power spectral density (Eb/No). The system parameters used in this paper are based on IEEE 802.16 standards. The simulation model built for this research work, demonstrates that AWGN channel has better performance than Rayleigh and Rician fading channels. Synthetic data is used to simulate this research work.

研究动机与目标

• 使用 MATLAB R2010a 对符合 IEEE 802.16 标准的 OFDM 基 WiMAX 物理层进行建模与仿真。
• 评估在不同信道条件（AWGN、瑞利衰落、莱斯衰落）下的 BER 性能。
• 分析调制方案（QAM、16-QAM、64-QAM）和编码技术（CRC、卷积码）对 BER 的影响。
• 比较不同信道模型下的系统性能，识别出最鲁棒的传输环境。

提出的方法

• 基于 MATLAB 实现了符合 IEEE 802.16 标准的 WiMAX 物理层仿真模型。
• 采用 M-ary QAM（QAM、16-QAM、64-QAM）进行 OFDM 调制，实现数字传输。
• 在发射端集成使用循环冗余校验（CRC）和卷积码（CC）的信道编码，并在接收端进行相应的解码。
• 在三种信道模型上进行传输仿真：加性白高斯噪声（AWGN）、瑞利衰落和莱斯衰落。
• 通过所有信道与调制组合的比特误码率（BER）与 Eb/No（信噪比）曲线，评估系统性能。
• 所有仿真均使用合成数据，以隔离信道对 BER 性能的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 WiMAX OFDM 系统在 AWGN、瑞利衰落和莱斯衰落信道下的 BER 性能如何变化？
• RQ2 与 AWGN 信道相比，衰落信道中瑞利衰落与莱斯衰落对 BER 的相对影响是什么？
• RQ3 不同调制方案（QAM、16-QAM、64-QAM）在各种信道条件下对 BER 的影响如何？
• RQ4 莱斯衰落中存在视 Line-of-Sight（LOS）成分是否能改善 BER 性能，相比非视 Line-of-Sight 的瑞利衰落？
• RQ5 在每种信道模型中，BER 接近零所需的最小 Eb/No 是多少？

主要发现

• AWGN 信道实现了最低的 BER，对于所有调制方案，当信噪比（SNR）高于 13 dB 时，BER 保持为零。
• 瑞利衰落信道表现出最高的 BER，即使在高 SNR 下（例如，64-QAM 在 SNR 17 dB 时 BER 为 2.1212e-05），仍存在非零值。
• 莱斯衰落信道表现出中等水平的 BER 性能，其值高于 AWGN 但低于瑞利衰落（例如，16-QAM 在 SNR 13 dB 时 BER 为 7.5758e-07）。
• 对于 16-QAM，当 SNR 超过 13 dB 时，AWGN 中的 BER 保持为零，而瑞利和莱斯衰落信道在较低 SNR 水平下仍保持非零 BER。
• 无论调制阶数如何，BER 性能的排序始终为：AWGN < 莱斯 < 瑞利。
• 瑞利衰落导致的 BER 退化在低至中等 SNR 范围最为显著，即使在高 SNR 下仍存在明显的误码地板。