第四章 MIMO 系統模擬與分析
4.2 QPSK調變技術在多重路徑衰落通道下位元錯誤機率
利用軟體模擬系統使用四種不同通訊系統架構，系統運用QPSK調變 技術，分別模擬John Proakis與COST259兩種不同通道環境下，模擬系統 接收端接收訊號位元錯誤機率(Probability of Bit Error Rate)，並將其結果 與AWGN、Rayleigh fading通道環境下接收端接收訊號位元錯誤機率結果 比較其相異性。
模擬系統運用QPSK調變技術，當系統在3-taps multipath John Proakis 通道環境下，接收端接收訊號位元錯誤機率效能曲線如圖4-7所示; 當系 統在13-taps multipath COST259通道環境下，接收端接收訊號位元錯誤機 率效能曲線如圖4-8所示；系統運用QPSK調變技術在SISO系統架構下四 種通道效能曲線比較如圖4-9；系統運用QPSK調變技術在SIMO系統架構 下四種通道效能曲線比較如圖4-10；系統運用QPSK調變技術在MISO系 統架構下四種通道效能曲線比較如圖4-11；系統運用QPSK調變技術在 MIMO系統架構下四種通道效能曲線比較如圖4-12。
圖 4-7 QPSK調變於3-taps multipath John Proakis 通道效能曲線
從圖4-7可看出在3-taps multipath John Proakis通道情況下，系統運用 MIMO通訊系統架構的位元錯誤機率，低於另外三種通訊系統架構。由圖 中可看出當SNR/bit為16dB時，系統運用SISO通訊系統架構其系統位元錯 誤機率約為1.3×10-2；系統運用MISO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約 為1.45×10-3；系統運用SIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為4.0× 10-4；系統運用MIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為1.0×10-5，因 此可看出當系統運用QPSK調變技術，在3-taps multipath John Proakis通道 情況下，MIMO通訊系統架構仍然提供系統較低的位元錯誤機率。
從圖4-7可看出系統運用QPSK調變技術，在3-taps multipath John Proakis通道情況下，如果希望系統的位元錯誤機率能低於1×10-5，則系統 運用SISO通訊系統架構SNR/bit需要44dB；系統運用MISO通訊系統架構 SNR/bit需要26dB；系統運用SIMO通訊系統架構SNR/bit需要22dB；系統 運用MIMO通訊系統架構SNR/bit僅需要16dB，因此可看出當系統運用 QPSK調變技術，在3-taps multipath John Proakis通道環境下，運用MIMO 通訊系統架構能運用較低的SNR/bit值，提供系統相同的位元錯誤機率。
圖4-8 QPSK調變於13-taps multipath COST259 通道效能曲線
從圖4-8可看出在13-taps multipath COST259通道情況下，系統運用 MIMO通訊系統架構的位元錯誤機率，低於另外三種通訊系統架構。由圖 中可看出當SNR/bit為24dB時，系統運用SISO通訊系統架構其系統位元錯 誤機率約為4.7×10-3；系統運用MISO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約 為3.5×10-4；系統運用SIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為1.0× 10-4；系統運用MIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為2.5×10-6，因 此可看出當系統運用QPSK調變技術，在13-taps multipath COST259通道 情況下，MIMO通訊系統架構仍然提供系統較低的位元錯誤機率。
從 圖4-8可 看 出 系 統 運 用QPSK調 變 技 術 ， 在13-taps multipath COST259通道情況下，如果希望系統的位元錯誤機率能低於1×10-5，則系 統運用SISO通訊系統架構SNR/bit需要48dB；系統運用MISO通訊系統架 構SNR/bit需要32dB；系統運用SIMO通訊系統架構SNR/bit需要28dB；系 統運用MIMO通訊系統架構SNR/bit僅需要22dB，因此可看出當系統運用 QPSK調變技術，在13-taps multipath COST259通道環境下，運用MIMO通 訊系統架構能運用較低的SNR/bit值，提供系統相同的位元錯誤機率。
圖4-9 QPSK調變在 SISO系統架構下四種通道效能曲線比較
從圖4-9系統運用QPSK調變技術，而藍色部份表示為SISO系統架 構；通道環境為13-taps multipath COST259情況，而粉紅色部份表示為 SISO系統架構；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況，而橙色部 份表示為SISO系統架構；通道環境為Rayleigh fading情況，而綠色部份表 示為SISO系統架構；通道環境為AWGN情況，比較在相同的通訊系統架 構下探討四種不同通道環境中接收端接收訊號的錯誤機率。
從圖4-9在AWGN通道情況下，系統運用SISO通訊系統架構的位元錯 誤機率，效能較低於另外三種通道環境。由圖中可觀察出當SNR/bit為 10dB時，系統運用SISO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為1.0×10-5； 通道環境為Rayleigh fading情況下接收端接收訊號錯誤機率約為2.46× 10-2；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況下接收端接收訊號錯誤 機率約為4.41×10-2；通道環境為13-taps multipath COST259情況下接收端 接收訊號錯誤機率約為8.62×10-2。由圖4-9得知，探討在相同SNR/bit情況 下接收端接收訊號的錯誤機率分佈情況，當系統運用SISO系統架構調變 使用QPSK調變技術，在AWGN通道環境下可以提供系統較低的位元錯誤 機率。
圖4-10 QPSK調變在SIMO系統架構下四種通道效能曲線比較
從圖4-10系統運用QPSK調變技術，而藍色部份表示為SIMO系統架 構；通道環境為13-taps multipath COST259情況，而粉紅色部份表示為 SIMO系統架構；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況，而橙色部 份表示為SIMO系統架構；通道環境為Rayleigh fading情況，而綠色部份 表示為SIMO系統架構；通道環境為AWGN情況，比較在相同的通訊系統 架構下探討四種不同通道環境中接收端接收訊號的錯誤機率。
從圖4-10在AWGN通道情況下，系統運用SIMO通訊系統架構的位元 錯誤機率，效能較低於另外三種通道環境。由圖中可觀察出當SNR/bit為 8dB時，系統運用SIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為3.0×10-5； 通道環境為Rayleigh fading情況下接收端接收訊號錯誤機率約為4.70× 10-3；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況下接收端接收訊號錯誤 機率約為1.23×10-2；通道環境為13-taps multipath COST259情況下接收端 接收訊號錯誤機率約為4.30×10-2。由圖4-10得知，探討在相同SNR/bit情 況下接收端接收訊號的錯誤機率分佈情況，當系統運用SIMO系統架構調 變使用QPSK調變技術，在AWGN通道環境下可以提供系統較低的位元錯 誤機率。
圖4-11 QPSK調變在MISO系統架構下四種通道效能曲線比較
從圖4-11系統運用QPSK調變技術，而藍色部份表示為MISO系統架 構；通道環境為13-taps multipath COST259情況，而粉紅色部份表示為 MISO系統架構；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況，而橙色部 份表示為MISO系統架構；通道環境為Rayleigh fading情況，而綠色部份 表示為MISO系統架構；通道環境為AWGN情況，比較在相同的通訊系統 架構下探討四種不同通道環境中接收端接收訊號的錯誤機率。
從圖4-11在AWGN通道情況下，系統運用MISO通訊系統架構的位元 錯誤機率，效能較低於另外三種通道環境。由圖中可觀察出當SNR/bit為 10dB時，系統運用MISO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為1.0× 10-5；通道環境為Rayleigh fading情況下接收端接收訊號錯誤機率約為4.35
×10-3；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況下接收端接收訊號錯 誤機率約為1.61×10-2；通道環境為13-taps multipath COST259情況下接收 端接收訊號錯誤機率約為5.47×10-2。由圖4-11得知，探討在相同SNR/bit 情況下接收端接收訊號的錯誤機率分佈情況，當系統運用MISO系統架構 調變使用QPSK調變技術，在AWGN通道環境下可提供系統較低的位元錯 誤機率。
圖4-12 QPSK 調變在MIMO 系統架構下四種通道效能曲線比較
從圖4-12系統運用QPSK調變技術，而藍色部份表示為MIMO系統架 構；通道環境為13-taps multipath COST259情況，而粉紅色部份表示為 MIMO系統架構；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況，而橙色部 份表示為MIMO系統架構；通道環境為Rayleigh fading情況，而綠色部份 表示為MIMO系統架構；通道環境為AWGN情況，比較在相同的通訊系統 架構下探討四種不同通道環境中接收端接收訊號的錯誤機率。
從圖4-12在AWGN通道情況下，系統運用MIMO通訊系統架構的位元 錯誤機率，效能較低於另外三種通道環境。由圖中可觀察出當SNR/bit為 6dB時，系統運用MIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為3.50× 10-5；通道環境為Rayleigh fading情況下接收端接收訊號錯誤機率約為4.10
×10-3；通道環境為3-taps multipath John Proakis情況下接收端接收訊號錯 誤機率約為6.43×10-3；通道環境為13-taps multipath COST259情況下接收 端接收訊號錯誤機率約為4.64×10-2。
由圖4-12得知，探討在相同SNR/bit情況下接收端接收訊號的錯誤機 率分佈情況，當系統運用MIMO系統架構調變使用QPSK調變技術，在 AWGN通道環境下可提供系統較低的位元錯誤機率。
4.3 16QAM調變技術在多重路徑衰落通道下位元錯誤機率
利用軟體模擬系統使用四種不同通訊系統架構，系統運用16QAM調 變技術，分別模擬John Proakis與COST259兩種不同通道環境下，模擬系 統接收端接收訊號位元錯誤機率(Probability of Bit Error Rate)，並將其結 果與AWGN、Rayleigh fading通道環境下接收端接收訊號位元錯誤機率結 果比較其相異性。
模擬系統運用16QAM調變技術，當系統在3-taps multipath John Proakis通 道環境下，接收端接收訊號位元錯誤機率效能曲線如圖4-13所示; 當系統 在13-taps multipath COST259通道環境下，接收端接收訊號位元錯誤機率 效能曲線如圖4-14所示；系統運用16QAM調變技術在SISO系統架構下四 種通道效能曲線比較如圖4-15；系統運用16QAM調變技術在SIMO系統架 構下四種通道效能曲線比較如圖4-16；系統運用16QAM調變技術在MISO 系統架構下四種通道效能曲線比較如圖4-17；系統運用16QAM調變技術 在MIMO系統架構下四種通道效能曲線比較如圖4-18。
圖4-13 16QAM調變於3-taps multipath John Proakis 通道效能曲線
從圖4-13可看出在3-taps multipath John Proakis通道情況下，系統運用 MIMO通訊系統架構的位元錯誤機率，低於另外三種通訊系統架構。由圖 中可看出當SNR/bit為21dB時，系統運用SISO通訊系統架構其系統位元錯 誤機率約為8.18×10-3；系統運用MISO通訊系統架構其系統位元錯誤機率 約為8.0×10-4；系統運用SIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為2.7× 10-4；系統運用MIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為2.08×10-6， 因此可看出當系統運用16QAM調變技術，在3-taps multipath John Proakis 通道情況下，MIMO通訊系統架構仍然提供系統較低的位元錯誤機率。
從圖4-13可看出在3-taps multipath John Proakis通道情況下，系統運用 MIMO通訊系統架構的位元錯誤機率，低於另外三種通訊系統架構。由圖 中可看出當SNR/bit為21dB時，系統運用SISO通訊系統架構其系統位元錯 誤機率約為8.18×10-3；系統運用MISO通訊系統架構其系統位元錯誤機率 約為8.0×10-4；系統運用SIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為2.7× 10-4；系統運用MIMO通訊系統架構其系統位元錯誤機率約為2.08×10-6， 因此可看出當系統運用16QAM調變技術，在3-taps multipath John Proakis 通道情況下，MIMO通訊系統架構仍然提供系統較低的位元錯誤機率。