多重路徑衰落通道頻譜效率 - MIMO 系統模擬與分析 - MIMO系統在時變多重路徑瑞雷通道的效能分析

第四章 MIMO 系統模擬與分析

4.5 多重路徑衰落通道頻譜效率

在本文中，比較系統運用四種不同通訊系統架構，分別在3-taps multipath John Proakis通道與13-taps multipath COST259通道環境下，分析系統頻譜效率差異。在3-taps multipath John Proakis通道環境下，系統運用四種不同通訊架構的頻譜效率如圖4-25，在13-taps multipath COST259 通道環境下，系統運用四種不同通訊架構的頻譜效率如圖4-26，在 Rayleigh fading與3-taps multipath John Proakis通道環境下，系統運用四種不同通訊架構頻譜效率比較如圖4-27，在Rayleigh fading與13-taps multipath COST259通道環境下，系統運用四種不同通訊架構頻譜效率比較如圖4-28。

圖4-25 3-taps multipath John Proakis通道頻譜效率

在圖4-25中，模擬系統使用四種不同通訊系統架構在3-taps multipath John Proakis通道環境下與仙農極限理論值[20](Shannon Limit)比較，其中紅色平滑線部份為仙農容量的理論值，而藍色部份表示為 SISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為BPSK、QPSK、16QAM 與64QAM等，探討3-taps multipath John Proakis 通道的頻譜效率；而粉紅色部份表示為 MISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為BPSK、QPSK、16QAM 與64QAM等，探討 3-taps multipath John

Proakis 通道的頻譜效率；而橙色方份表示為 SIMO 系統架構；由下往上

分別代表系統運用調變技術分別為BPSK、QPSK、16QAM與 64QAM等，

探討 3-taps multipath John Proakis 通道的頻譜效率，而綠色部份表示為 MIMO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、 QPSK、16QAM與 64QAM等，探討3-taps multipath John Proakis 通道的頻譜效率，模擬系統位元錯誤機率皆以 1×10^-5 為基準，比較其系統頻譜效率。

在圖4-25 中系統容量為1 bit/sec/Hz，表示系統使用BPSK調變技術；

當系統容量為2 bits/sec/Hz，表示系統使用QPSK調變技術；當系統容量為 4 bits/sec/Hz，表示系統使用 16-QAM 調變技術；當系統容量為 6 bits/sec/Hz，表示系統使用64-QAM調變技術。

由圖4-25中，可以得知當希望系統容量能達 4 bits/sec/Hz時，在SISO

SISO通訊系統架構，其系統容量僅能提供 1 bits/sec/Hz，而運用MISO通訊系統架構，其系統容量可提供6 bits/sec/Hz；而當系統SNR為30 dB 時，

系統運用MISO通訊系統架構，其系統容量僅能提供2 bits/sec/Hz，而運用MIMO 通訊系統架構，其系統容量可提供6 bits/sec/Hz。

由此得知，系統運用MIMO通訊系統架構，系統能在相同SNR條件下系統能提供較高的容量。

圖4-26 13-taps multipath COST259通道頻譜效率

在圖 4-26 中，模擬系統使用四種不同通訊系統架構在 13-taps multipath COST259 通道環境下與仙農極限理論值[20](Shannon Limit)比較，其中紅色平滑線部份為仙農容量的理論值，而藍色部份表示為SISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、QPSK、 16QAM與64QAM等，探討 13-taps multipath COST259通道的頻譜效率；

而粉紅色部份表示為 MISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變

技術分別為BPSK、QPSK、16QAM 與64QAM等，探討13-taps multipath

COST259 通道的頻譜效率；而橙色部份表示為SIMO 系統架構；由下往

上分別代表系統運用調變技術分別為BPSK、QPSK、16QAM與 64QAM 等，探討13-taps multipath COST259通道的頻譜效率，而綠色部份表示為 MIMO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、 QPSK、16QAM與64QAM等，探討13-taps multipath COST259 通道的頻譜效率，模擬系統位元錯誤機率皆以 1×10^-5 為基準，比較其系統頻譜效率。

在圖4-26 中系統容量為1 bit/sec/Hz，表示系統使用BPSK調變技術；

由圖4-26中，可以得知當希望系統容量能達 4 bits/sec/Hz時，在SISO

圖 4-27 Rayleigh fading與3-taps multipath John Proakis 通道頻譜效率比較

在圖4-27中，模擬系統使用四種不同通訊系統架構在Rayleigh fading 與3-taps multipath John Proakis通道環境下頻譜效率比較。其中紅色平滑線部份表示仙農容量極限理論值，系統運用調變技術分別為 BPSK、 QPSK、16QAM 與 64QAM 等，通道環境為 Rayleigh fading 與 3-taps multipath John Proakis。

藍色正方形實心部份表示通道環境為3-taps multipath John Proakis；黑色正方形空心部份表示通道環境為 Rayleigh fading；為 SISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為BPSK、QPSK、16QAM 與64QAM等，探討 Rayleigh fading 與3-taps multipath John Proakis 通道頻譜效率的相異性。粉紅色菱形實心部份表示通道環境為3-taps multipath

John Proakis；黑色菱形空心部份表示通道環境為Rayleigh fading；為MISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、QPSK、 16QAM 與 64QAM 等，探討 Rayleigh fading 與 3-taps multipath John Proakis通道頻譜效率的相異性。褐色圓形實心部分表示通道環境為3-taps multipath John Proakis；黑色圓形空心部份表示通道環境為 Rayleigh

fading；為 SIMO系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為

BPSK、QPSK、16QAM 與 64QAM 等，探討 Rayleigh fading 與 3-taps multipath John Proakis通道頻譜效率的相異性。綠色三角形實心部份表示通道環境為3-taps multipath John Proakis；黑色三角形空心部份表示通道環境為表示為 Rayleigh fading；為 MIMO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、QPSK、16QAM 與 64QAM 等，探討 Rayleigh fading 與3-taps multipath John Proakis 通道頻譜效率的相異性。

模擬系統位元錯誤機率皆以1×10^-5為基準，比較其系統頻譜效率。

在圖4-27 中系統容量為1 bit/sec/Hz，表示系統使用BPSK調變技術；

由圖4-27中，得知當希望系統容量能達4 bits/sec/Hz時，在SISO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統SNR需要49.5dB；通道環境為3-taps multipath John Proakis 時系統SNR需要57dB。在MISO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統 SNR需要 36dB；通道環境為3-taps multipath John Proakis 時系統SNR需要37dB。在SIMO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統 SNR需要 28dB；通道環境為 3-taps multipath John Proakis 時系統 SNR 需要 33dB。在 MIMO 通訊系統架構下，通道環境為 Rayleigh fading 時系統 SNR 需要 17dB；通道環境為3-taps multipath John Proakis 時系統SNR需要 25dB。

由此得知，系統運用 MIMO 通訊系統架構，通道為 Rayleigh fading 環境下，系統能在較低SNR，提供系統相同的容量。

另外，由圖4-27 中，得知當希望系統容量能達1 bits/sec/Hz 時，在 SISO 通訊系統架構下，通道環境為 Rayleigh fading 時系統 SNR 需要 41dB；通道環境為3-taps multipath John Proakis 時系統SNR需要 42dB。在MISO通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統SNR需要 23dB；通道環境為3-taps multipath John Proakis 時系統SNR需要 29dB。在SIMO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統SNR需要 21dB；通道環境為 3-taps multipath John Proakis 時系統 SNR 需要 23.5dB。在MIMO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統 SNR需要13dB；通道環境為 3-taps multipath John Proakis 時系統 SNR需要17dB。

由此得知，系統運用 MIMO 通訊系統架構，通道為 Rayleigh fading 環境下，系統能在較低SNR，提供系統相同的容量。

圖4-28 Rayleigh fading與13-taps multipath COST259通道頻譜效率比較

在圖4-28中，模擬系統使用四種不同通訊系統架構在Rayleigh fading 與13-taps multipath COST259通道環境下頻譜效率比較。其中紅色平滑線部份表示仙農容量極限理論值，系統運用調變技術分別為BPSK、QPSK、 16QAM與64QAM 等，通道環境為Rayleigh fading 與13-taps multipath COST259。

藍色正方形實心部份表示通道環境為13-taps multipath COST259；黑色正方形空心為表示通道環境為Rayleigh fading；為SISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、QPSK、16QAM 與 64QAM等，探討Rayleigh fading 與13-taps multipath COST259 通道頻譜效率的相異性。粉紅色實心菱形部份表示通道環境為 13-taps multipath

COST259；黑色菱形空心為表示通道環境為Rayleigh fading；為 MISO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、QPSK、 16QAM與64QAM等，探討Rayleigh fading 與13-taps multipath COST259 通道頻譜效率的相異性。褐色圓形實心部份表示通道環境為 13-taps multipath COST259；黑色圓形空心為表示通道環境為Rayleigh fading；為 SIMO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別為 BPSK、 QPSK、16QAM與64QAM 等，探討Rayleigh fading 與13-taps multipath

COST259 通道頻譜效率的相異性。綠色三角形實心部份表示通道環境為

13-taps multipath COST259；黑色三角形空心為表示通道環境為Rayleigh

fading；為 MIMO 系統架構；由下往上分別代表系統運用調變技術分別

為BPSK、QPSK、16QAM與 64QAM等，探討Rayleigh fading 與 13-taps multipath COST259通道頻譜效率的相異性。模擬系統位元錯誤機率皆以 1×10^-5為基準，比較其系統頻譜效率。

在圖4-28 中系統容量為1 bit/sec/Hz，表示系統使用BPSK調變技術；

由圖4-28中，得知當希望系統容量能達4 bits/sec/Hz時，在SISO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統SNR需要49.5dB；通道環境為 13-taps multipath COST259 時系統 SNR需要 58dB。在 MISO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統 SNR需要 36dB；通道環境為13-taps multipath COST259 時系統 SNR需要41dB。在SIMO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統 SNR需要 28dB；通道環境為13-taps multipath COST259 時系統SNR需要37dB。在MIMO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統 SNR需要 17dB；通道環境為13-taps multipath COST259 時系統 SNR需要30dB。

由此得知，系統運用 MIMO 通訊系統架構，通道為 Rayleigh fading 環境下，系統能在較低SNR，提供系統相同的容量。

另外，由圖4-28 中，得知當希望系統容量能達1 bits/sec/Hz 時，在 SISO 通訊系統架構下，通道環境為 Rayleigh fading 時系統 SNR 需要 41dB；通道環境為13-taps multipath COST259 時系統 SNR需要43dB。在MISO通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統SNR需要 23dB；通道環境為13-taps multipath COST259 時系統 SNR需要30dB。在SIMO 通訊系統架構下，通道環境為Rayleigh fading 時系統SNR需要 21dB；通道環境為13-taps multipath COST259 時系統 SNR需要27dB。在 MIMO 通訊系統架構下，通道環境為 Rayleigh fading 時系統 SNR 需要13dB；通道環境為13-taps multipath COST259 時系統SNR需要19dB。

在文檔中 MIMO系統在時變多重路徑瑞雷通道的效能分析 (頁 79-89)