第五章 適應性調變正交分頻多工系統模擬與分析
5.7 迴授資訊的考量
降低系統傳輸時的overhead除了使用 group adaptive system以 外，另一個想法就是考慮迴授的資訊的型態，除了直接迴授每個 subcarrier所使用的modulation type 之外，另一個想法就是迴授 channel impulse response。
以目前的系統參數來概略估計，直接迴授modulation type約需要使 用3*2048個位元，而迴授 channel impulse response大約需要
6*(7+7)。其中3是因為有五種傳輸模式，2048是subcarrier 的個數，
6是channel 的impulse數目，而後面的7則分別代表impulse response 的大小和位置。由此就可以看出傳輸channel impulse response可以 節省大量的overhead。圖5.7.1 是迴授channel impulse response時系 統的流程圖。
channel
TX RX
圖 5.7.1迴授channel impulse response時的系統方塊圖
而在使用這個演算法時我們必須決定另外一項參數，也就是 feedback channel impulse response 的 tap 數。因為在接收端估 測出來的 channel frequency response 是有誤差的，在 IFFT 轉換 之後，除了原本有能量的 channel tap 外，其餘的位置也會因為 frequency domain 估測誤差而出現非零的狀況。因此在估測 channel
IFFT FFT
Mode selection
H h
channel
Reduce feedback information
可能會因此被忽略而造成系統效能的降低。不過在此論文中，我們 假設 channel tap 的數量可以正確的被估測出，以下們就以系統模 擬來探討迴授不同的系統資訊對 AOFDM 系統的影響。
圖5.7.2(a)和圖 5.7.2(b)是我們根據以上的想法所做的系統模 擬，使用的通道資訊是使用完美的通道資訊。在這種狀況下，傳送 端所收到的 channel information 相當於只是接收端的 channel information 經過 IFFT 和 FFT，所以得到的是完全沒有失真的 channel information。由此可預知，迴授傳輸模式或迴授通道脈衝 響應的系統錯誤率和輸出率是相同的。而由實驗結果也可以驗證這 樣的說法。
0 5 10 15 20 25 30 35 40 10-6
10-5 10-4 10-3
perfect channel estimation
SNR (dB)
BER
feedback modulation type
feedback channel impulse response
圖5.7.2(a)迴授modulation和迴授channel impulse response時的平均 錯誤率
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0
1 2 3 4 5 6
perfect channel estimation
SNR (dB)
BPS
feedback modulation type
feedback channel impulse response
圖5.7.2(b)迴授modulation和迴授channel impulse response時的平均 輸出率
但在通道資訊為非理想的狀況，也就是使用LS 演算法來估測通 道時，會存在 channel estimation error。接收端估測出的 channel frequency response 經過 IFFT 後，channel impulse response 不 會像在理想的狀況時一樣集中在原本的 tap 上，因此若我們還是只 傳送原本的 6 個 tap 的資訊，就會產生誤差。接下來我們就利用系 統模擬來探討在 LS channel estimator 中迴授 channel impulse response 的系統效能。首先，圖5.7.3(a)和圖5.7.3(b)是假設使用 LS
演算法所估測出的通道資訊。由這兩張圖我們可以看出 feedback channel impulse response 的方法會有較好的系統 BER 表現但是輸 出率卻會略微下降在 SNR=0-25db 附近。由此我們可以推論出，當 SNR=0-25db 時，採用迴授 channel impulse response 時會使系統 較容易選擇到較為保守的傳送模式。而造成這種現象的原因是當迴 授 channel impulse response 時我們只傳送某些 channel tap 的 impulse response，因此造成迴授的 channel impulse response 比 接收端估測出的 channel impulse response 能量較小。而 channel 的能量較小會使我們在選擇傳輸模式時選到較為保守的模式。表 5.7.1 則是計算出的 cost 值，其中我們發現迴授 channel impulse response 的系統反而有較低的 cost 值，但這是很合理的。因為就 如 5.3 節的所述，若是迴授 modulation type 並使用 LS channel information 會因為在低 SNR 區域時 LS 演算法的估測誤差使得錯誤 率上升並超過臨界值，因此 cost 大為增加。反觀使用迴授 channel impulse response 時，因為迴授的通道資訊能量較小，反而意外地 彌補了因為通道估測不準確所造成的錯誤率上升，當然輸出率的部 分也會因此跟著下降。因此從 cost 值來看，這樣的誤差反而使得系 統效能上升了。
0 5 10 15 20 25 30 35 40 10-5
10-4 10-3 10-2 10-1 100
LS channel information
SNR (dB)
BER
feedback modulation type
feedback channel impulse response
圖5.7.3(a)迴授modulation和迴授channel impulse response時的平均 錯誤率
0 5 10 15 20 25 30 35 40 0
1 2 3 4 5 6
LS channel information
SNR (dB)
BPS
feedback modulation type
feedback channel impulse response
圖5.7.3(b) 迴授modulation和迴授 channel impulse response時的平 均輸出率
Feedback modulation type Feedback channel impulse response
cost 110.9139 52.3707
表5.7.1迴授 modulation和迴授channel impulse response時的cost 值
第六章 結論
透過系統的模擬，我們可以瞭解在真實的適應性調變 OFDM 系統中影 響平均錯誤率和平均輸出率的機制，通道資訊的誤差不會影響系統的平 均輸出率或是系統的模式選擇機率分佈，但是卻會讓系統的平均錯誤率 大為上升在低 SNR 的區域，甚至超過我們所設定的臨界值。因此對於某 些傳輸上的應用會造成嚴重的問題，例如：streaming、QoS…。而另一 個適應性調變 OFDM 系統的問題就是 overhead 會使得有效的使用頻寬減 少，雖然使用 adaptive by group 可以減少 overhead 的產生，但是卻 會有系統輸出降低的問題，因此我們利用 SNR mapping algorithm 和 cost function 的方法來決定 group 的傳輸模式，以取代傳統使用最差的 subcarrier 的通道資訊來決定傳輸模式，並且獲得效能上的增進。而最 後我們利用改變傳輸不同的資訊來減少 overhead 的產生。這樣的作法，
會使得輸出率有些微的降低，但是同時也降低了錯誤率，因此在真實的 系統上（LS channel estimator 加上 decision-directed noise
estimator），使用迴授 channel impulse response 不但可以有效地減 少 overhead 的產生還可以使得錯誤率在低 SNR 的區域大為降低。