The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences (한국통신학회논문지)

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Performance Comparison of Space-Time Block Coding in High-speed Railway Channel

고속 철도 채널 환경에서 시공간 블록 부호 성능 비교

  • 박성근 (서울과학기술대학교 철도전기신호공학과) ;
  • 이종우 (서울과학기술대학교 철도전기신호공학과) ;
  • 전태현 (서울과학기술대학교 전기정보공학과)
  • Received : 2014.01.13
  • Accepted : 2014.03.07
  • Published : 2014.03.31
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Abstract

Due to the rapid increase in demand for transportation of human and freight in modern railway systems, the CBTC system has been proposed, which is the solution for improvement of the line capacity that has been limited by the conventional track circuit based train control system. In the CBTC system, higher reliability of the communication system should be guaranteed for the safety of passengers and trains. However, due to the inherent characteristics of the wireless channel environment, performance degradations are inevitable. The diversity techniques can increase the reliability of data transmission using multiple antennas. In this paper, we investigate the performance of the STBC in the railway channel environment. Rician fading model is used for the viaduct scenarios which take important roles in the railway system. Also, considered is the Doppler effect which is an important factor in the mobile communication system. Simulations are performed to analyze the performance of the STBC in various channel environments. Results show that the performance degradation due to the phase error in viaduct scenarios is independent of the diversity order but is affected by the constellation of the modulation.

현대의 철도는 인력 및 물류 수송에 대한 요구의 급증으로 인하여 기존의 궤도 회로 기반의 제한적인 선로 용량 개선에 대한 방안으로 통신 기반 열차 제어(CBTC) 시스템이 제안되었다. CBTC에서는 열차와 승객의 안전을 위해 신뢰도가 높은 통신 시스템이 요구된다. 다양한 간섭 및 잡음 요인을 포함하는 무선 채널 환경에서 성능 향상을 위한 방안 중 하나인 다이버시티 기법은 다수의 송수신 안테나를 이용하여 데이터 전송의 신뢰도를 향상시킨다. 본 논문에서는 시공간 블록 부호화 기법을 철도 채널 환경에 적용하여 그 성능을 분석한다. 이를 위해 철도 환경에 적합한 채널 모델 적용으로 철도의 중요한 부분을 차지하는 교량 환경에 대해 라이시안 페이딩 모델을 가정하였다. 또한 이동 통신 시스템에서 성능 열화의 가장 큰 요인 중 하나인 도플러 현상을 고려하여 다양한 채널 환경에서 시공간 블록 부호화 기법의 성능을 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 시뮬레이션 결과, 교량 환경에서는 위상오차에 대한 성능의 열화 정도가 다이버시티 차수에 무관하며, 변조 방식의 성상도에 관계됨을 알 수 있다.

Keywords

References

  1. IEEE Std. Communications based Train Control Performance and Functional Requirements, 1999.
  2. J. K. Kim, K. H. Choi, and K. S. Lee, "A construction method for CBTC communication networks," J. Korean Soc. Railway, vol. 9, no. 3, pp. 257-263, Jun. 2006.
  3. F. Abrishamkar and J. Irvine, "Comparison of current solutions for the provision of voice services to passengers on high speed trains," in Proc. IEEE VTC, pp. 1498-1505, Boston, US, Sept. 2000.
  4. C. J. Lee, H. C. Hwang, B. K. Cho, S. H. Shin, and K. S. kwak, "On the application of MIMO systems for railway environment," J. Korean Inst. Transport Syst., vol. 3, no. 2, pp. 9-17, Dec. 2004.
  5. J. Lu, G. Zhu, and C. Briso, "Fading characteristics in the railway terrain cuttings," in Proc. IEEE VTC, pp. 1-5, Budapest, Hungary, Jun. 2011.
  6. J. Lu, G. Zhu, and B. Ai, "Radio propagation measurements and modeling in railway viaduct area," in Proc. WiCOM, pp. 1-5, Chengdu, China, Sept. 2010.
  7. P. H. Moose, "A technique for orthogonal frequency division multiflexing frequency offset correction," IEEE Trans. Commun., vol. 42, no. 10, pp. 2908-2914, Oct. 1994. https://doi.org/10.1109/26.328961
  8. J. Terry and J. Heiskala, OFDM Wireless LANs: A Theoretical and Practical Guide, SAMS, 2002.
  9. J. M. Woo and S. J. Lee, "Doppler shift compensation algorithm through Train control packet analysis," J. Korean Inst. Commun. and Inf. Sci., vol. 2011, no. 11, pp. 234-235, 2011.
  10. S. Alamouti, "A simple transmitter diversity technique for wireless communications," IEEE J. Selected Areas Commun., vol. 16, no. 8, pp. 1451-1458, Oct. 1998. https://doi.org/10.1109/49.730453
  11. Z. Chen, J. H. Yuan, B. Vucetic, and Z. Zhou, "Performance of alamouti scheme with transmit antenna selection," IEEE Elect. Lett., vol. 39, no. 23, pp. 1666-1668, Nov. 2003.
  12. E. S. Kim, J. S. Lee, and S. J. Moon, "An analysis of bit error probability of phase-compensated PSK for mobile radio channel," J. Korean Inst. Commun. Inf. Sci., vol. 14, no. 1, pp. 14-17, 1995.
  13. J. S. Roh, C. J. Lee, and S. J. Cho, "Effect of phase error on error performance of DS/ CDMA-BPSK signal in rician fading channel," J. Korean Inst. Commun. Inf. Sci., vol. 15, no. 3, pp. 82-86, 1996.