第五章、 電腦模擬結果及分析
5.2 COFDM 系統模擬結果
本論文針對傳統 COFDM 系統接收端做改良式威特比演算法解碼，計算單軌 等化器輸出的軟性資訊以提供威特比演算法作更可靠的解碼判斷。由電腦模擬結 果驗證加入軟性資訊提供可靠度判斷能提升COFDM 系統效能。
5.2.1 模擬環境及系統參數
在本小節的模擬中，系統的通道模型與假設條件與前小節相同，此處再次列出系 統模擬環境及參數如下：
表5.4 COFDM 系統模擬環境設定
調變(modulation) QPSK 載波頻率(carrier frequency) 2GHz 頻寬(total bandwidth) 5MHz 次載波個數(number of subcarriers) 256 有效符元時間(useful symbol time) 51.2µs
護衛間隔(guard interval) 12.8µs 整個符元時間(overall symbol time) 64µs
車速(vehicle speed) 120 km/hr 都普勒頻率(Doppler frequency) 222.22 Hz
路徑個數(path number) 2
表5.5 COFDM 系統迴旋碼設定
碼率(code rate) 1/2 強制長度(Constraint length) 7 產生器多項式(Generator polynomial) {171, 133}oct
表5.6 COFDM 系統其他參數設定
符元交錯器(symbol interleaver) (100, 7) S-random interleaver 位元交錯器(bit interleaver) (512, 16) S-random interleaver
5.2.2 模擬結果及討論
5.13 圖顯示在可加成性白色高斯雜訊分佈的通道環境下，輸入為軟性資訊的 威特比演算法系統效能與軟性決策之威特比演算法系統效能相同。均比未能提供 可靠度分析的硬性決策好2dB。
5.14 圖及 5.15 圖分別模擬在雙路徑固定通道環境以及雙路徑衰減通道環境 下，比較分別以硬性決策後的碼位元和軟性資訊為輸入的威特比演算法之系統效 能。由兩張模擬結果圖中可以發現，輸入為軟性資訊的威特比演算法系統效能較 硬性決策之威特比演算法系統效能來的佳。甚至在圖5.14 雙路徑固定通道環境 下，Eb/No 在 6 至 7dB 時 BER 就能達到10−5，只差可加成性白色高斯雜訊分佈 的通道環境下的系統效能約2dB。此小節的模擬結果驗證了第四章所述，考慮了 通道狀態資訊後的接收訊號的軟性資訊，提供給系統解碼器更可靠的資訊做解 碼，因此提升了系統的效能。
此外在 5.14 圖及 5.15 圖的模擬中，我們還比較了利用軟性決策所得到的軟 性位元，來取代軟性資訊當作為威特比解碼器的輸入。由圖中可以發現，利用軟 性資訊解碼的系統效能仍較軟性位元佳，但兩者差異不大。甚至由圖5.14 的雙 路徑衰減通道環境下，兩者系統效能幾乎一樣，這是由於當遭遇的通道環境較糟 時，單軌等化器輸出資料的軟性資訊可靠度值不會太大，於是利用高正切函數做 軟性決策會接近線性區域，這和利用線性的對數相似比所得到的軟性資訊對於威 特比解碼是等效的。實際上由於對軟性資訊做非線性的軟性決策會產生誤差，特 別發生在高訊號雜訊比時，故其效能會較差。
0 1 2 3 4 Eb/N0 (in dB)
AWGN Channel 10-05
10-04 10-03 10-02 10-01 1000
BER
HDVA SDVA
Soft Input (LLR) VA
圖5.13 比較威特比解碼器在 AWGN 環境下的系統效能
0 2 4 6 8 Eb/N0 (in dB)
2-Path Fix Channel CIR={0.7071, 0.7071}
10-05 10-04 10-03 10-02 10-01 1000
BER
HDVA
Soft Input (LLR) VA Soft Input ( soft bit ) AWGN SDVA
圖5.14 比較威特比解碼器在雙路徑固定通道下的系統效能
0 5 10 15
Eb/N0 (in dB) 2-Path Fading Channel
10-05 10-04 10-03 10-02 10-01 1000
BER
HDVA
Soft Input (LLR) VA Soft Input ( soft bit )
第六章
結論及未來方向
隨著通訊數位化的發展，國際電視節目已趨向於數位化傳送。我國目前的數 位電視影像廣播是採用歐規的DVB-T 標準，而 DVB-T 正是使用 COFDM 傳輸 技術。然而，COFDM 仍無法避免由於多路徑通道的嚴重訊號干擾進而導致數位 訊號的品質降低。造成的影響如在訊雜比（SNR）較低的地區，影像常有斷訊或 星狀點干擾的情況出現。因此在論文第四章所介紹考慮通道狀態資訊，利用帶有 通道狀態資訊的軟性資訊提供給威特比解碼的COFDM 傳輸系統之軟性接收機 技術，就能進一步應用於DVB-T 系統上，將可以提高訊號的正確率而提升數位 電視廣播技術的收訊品質。
第三章我們介紹了一種強而有力適用於 Coded OFDM/CDMA 系統接收端之 渦輪等化架構，提出一個使用具有完美正交性的華氏碼作為展頻碼，也就是將 COFDM 傳輸技術結合 CDMA 傳輸技術，使訊號分散在各個次載波上傳送。系 統接收端使用包含軟性多路徑干擾消除器之渦輪等化技術，以消除通道對傳送訊 號所造成的多路徑干擾。並且利用等化器及解碼器以遞迴方式傳遞軟性資訊。接 收端解碼器輸出的位元軟性資訊回饋給多路徑干擾消除器，提升了等化器對付通 道衰減所造成的干擾效應。我們由第五章的電腦模擬結果驗證了渦輪等化架構極 佳的系統效能。但由分別搭配BCJR 解碼器與 SOVA 解碼器的模擬結果中，可知 道兩者達到的系統效能均相同，這是由於BCJR 解碼器在我們的渦輪等化架構下 無法得到碼位元的前置機率，故無法達到MAP 解碼的性能。研究如何能使 BCJR 解碼器得到碼位元的前置機率而達到MAP 解碼效能，如類似渦輪解碼架構使用 雙解碼器互相傳遞資訊。對於提升傳輸系統效能而言，這是未來可繼續研究的方 向。然而若就系統複雜度的考量，渦輪等化架構下的BCJR 解碼器與 SOVA 解碼 器的運算複雜度仍太高，研究可適用於渦輪等化技術之低複雜度軟性解碼器也是 未來我們可研究的重點之一。
最後經由第五章電腦模擬驗證本論文提出兩種系統接收機技術在多路徑衰 減通道中均可有效的提高效能。然而，在第五章的電腦模擬中，我們都假設通道 估計是完美的，通道估計的準確性是否對系統效能造成深遠的影響是一個值得探 討的問題，因此我們應繼續模擬並比較不同程度上通道估計的誤差，來觀察其對 系統效能所造成的影響。如何設計一準確的通道估計方法，也是未來值得我們努 力研究的方向。
參考文獻
[1] William Y.Zou, Yiyan Wu, “COFDM: AN OVERVIEW”, IEEE Transactions on broadcasting, Vol. 41, No. 1, pp. 1-5, March 1995.
[2] Ashish Pandharipande, “Principles of OFDM”, IEEE Potentials, pp. 16-19, April/May 2002.
[3] European Telecommunication Standard ETS 300 744, “Digital Video
Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television”, ETSI, 2001.
[4] European Telecommunication Standard ETS 300 401, “Radio Broadcasting Systems; Digital Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers”, ETSI, 2001.
[5] J.H. Stott, “The how and why of COFDM”, EBU Technical Review, pp. 1-14, Winter 1998.
[6] A. J. Viterbi, “Convolutional Codes and Their Performance in
Communication Systems”, IEEE Transactions, Vol. 19, Issue 5, pp. 751-772, Oct 1971.
[7] Weon-cheol Lee, Hyung-Mo Park, Kyung-jin Kang, Kuen-bae Kim,
“Performance Analysis of Viterbi Decoder Using Channel State Information in COFDM System”, IEEE Transactions on broadcasting, Vol. 44, No. 4, pp.
488-496, December 1998.
[8] Enis Akay, Ender Ayanoglu, “High Performance Viterbi Decoder for OFDM Systems”, IEEE Vehicular Technology Conference, pp. 323-327, May 2004.
[9] Ralf Koetter, Andrew C. Singer, Michael Tüchler, “Turbo Equalization”, IEEE Signal Processing Magazine”, pp. 67-80, January 2004.
[10] Michael Tüchler, Ralf Koetter, Andrew C. Singer, “Turbo Equalization:
Principles and New Results”, IEEE Transactions on Communications, Vol.
50, No. 5, pp.754-767, May 2002.
[11] C. Douillard, M. Jezequel, C. Berrou, A. Picart, P. Didier, and A. Glavieux,
“Iterative correction of intersymbol interference: Turbo equalization”, European Trans. Telecomm., vol. 6, pp. 507–511, Sept.–Oct 1995.
[12] Higuchi, K., Fujiwara, A., Sawahashi, M., ”Multipath interference canceller for high-speed packet transmission with adaptive modulation and coding scheme in W-CDMA forward link”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 20, NO. 2, pp. 419-432, February 2002.
[13] B. Vucetic, J. Yuan, Turbo Codes : principle and application, Kluwer Academic Publishers, 2000.
[14] Simon Haykin, Communication System, 4th ed. John Wiley & Sons, 2001.
[15] Satoshi Suyama, Hiroshi Suzuki, Kazuhiko Fukawa, “An OFDM Receiver Employing Turbo Equalization for Multipath Environments with Delay Spread Greater than the Guard Interval”, IEEE Vehicular Technology Conference, pp. 632-636, April 2003.
[16] Andrew J. Viterbi, CDMA: Principles of Spread Spectrum Communication, Addision-Wesley, 1995.
[17] Mei-Ling Wang, “A Study on Downlink Receiver Design for
OFDM/CDMA-based Mobile Communication System”, M.S. Thesis, Dept.
Com. Eng., NCTU, Hsinchu, ROC, 2001.
[18] Slimane, S.B., “Partial equalization of multi-carrier CDMA in frequency selective fading channels”, IEEE Conference, Vol. 1, pp. 26-30, June 2000.
[19] Hanzo, Liew, Yeap, Turbo Coding, Turbo Equalization and Space-Time Coding, John Wiley & Sons, 2002.
[20] Robert H. Morelos-Zaragoza, The Art of Error Correcting Coding, John Wiley & Sons, 2002.
[21] Therodore S. Rappaport, Wireless Communications, Prentice Hall PTR, 1996.
[22] J. G. Proakis, Digital Communications, New York: McGraw-Hill, 1989.