[论文解读] Performance Evaluation of Wimax Physical Layer under Adaptive Modulation Techniques and Communication Channels

Md. Ashraful Islam, Riaz Uddin Mondal+1 more|ArXiv.org|Oct 5, 2009

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 4被引用 27

一句话总结

本论文通过BPSK、QPSK、4-QAM和16-QAM调制方式，在AWGN、瑞利衰落和莱斯衰落信道下，评估了WiMAX物理层在自适应调制和多种信道条件下的性能。结果表明，在BPSK调制下结合(255,239,8)码率的里德-索罗门编码与2/3码率卷积码，可实现最低的误比特率（BER）和在噪声环境下的最可靠语音信号恢复。

ABSTRACT

Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) is a promising technology which can offer high speed voice, video and data service up to the customer end. The aim of this paper is the performance evaluation of an Wimax system under different combinations of digital modulation (BPSK, QPSK, 4 QAM and 16 QAM) and different communication channels AWGN and fading channels (Rayleigh and Rician). And the Wimax system incorporates Reed Solomon (RS) encoder with Convolutional encoder with half and two third rated codes in FEC channel coding. The simulation results of estimated Bit Error Rate (BER) displays that the implementation of interleaved RS code (255, 239, 8) with two third rated Convolutional code under BPSK modulation technique is highly effective to combat in the Wimax communication system. To complete this performance analysis in Wimax based systems, a segment of audio signal is used for analysis. The transmitted audio message is found to have retrieved effectively under noisy situation.

研究动机与目标

• 评估不同调制方式和信道类型下WiMAX物理层的性能。
• 分析使用里德-索罗门码和卷积码进行前向纠错（FEC）编码对系统可靠性的影响。
• 通过实时语音信号传输评估系统在噪声环境下的鲁棒性。
• 识别出可最小化WiMAX系统误比特率（BER）的最优调制与编码组合。

提出的方法

• 使用BPSK、QPSK、4-QAM和16-QAM调制技术仿真WiMAX物理层。
• 在三种信道模型下评估系统性能：加性白高斯噪声（AWGN）、瑞利衰落和莱斯衰落。
• 应用两种卷积码码率（1/2和2/3），并结合一个(255,239,8)的里德-索罗门编码器实现FEC。
• 使用交织技术提升在衰落信道中的抗错能力。
• 传输一段语音信号，以在真实噪声条件下验证系统性能。
• 将误比特率（BER）作为所有配置下的主要性能指标进行测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在AWGN和衰落信道中，哪种调制方式（BPSK、QPSK、4-QAM、16-QAM）能实现最低的BER？
• RQ2 卷积码（1/2和2/3码率）与里德-索罗门码结合后对BER性能有何影响？
• RQ3 交织技术对瑞利衰落和莱斯衰落信道中错误纠正能力有何影响？
• RQ4 所提出的编码方案在噪声传输条件下对语音信号恢复的有效性如何？
• RQ5 哪种调制与编码组合在所有信道类型下均表现出最可靠的性能？

主要发现

• 在BPSK调制下，结合(255,239,8)里德-索罗门码与2/3码率卷积码，可实现最低的误比特率（BER）。
• BPSK调制下，2/3码率卷积码与RS(255,239,8)的组合在AWGN和衰落信道中均优于所有其他调制与编码组合。
• 即使在噪声环境中，系统仍能以高保真度成功恢复传输的语音信号。
• 交织技术显著提升了在瑞利衰落和莱斯衰落信道中的抗错能力。
• 16-QAM在衰落信道中表现出更高的BER，表明在多径条件下可靠性降低。
• 与未编码传输相比，使用FEC编码可使BER降低多个数量级。