[論文レビュー] Capacity of Multiple-Antenna Phase-Noise Channels with Common/Separate Oscillators

M. Reza Khanzadi, Giuseppe Durisi+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2014

Radio Frequency Integrated Circuit Design参考文献 32被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、共通のローカルオシレーター（CLO）と個別ローカルオシレーター（SLO）の2つの構成において、位相ノイズによって劣化する多重アンテナシステムの高SNR容量を分析する。最初の項としての容量は、CLOおよびSLOの両方で同一であることが示され、これは、オシレーター同期の有無に関わらず、位相ノイズがスペクトル効率に与える影響が根本的に同じであることを示している。

ABSTRACT

In multiple antenna systems, phase noise due to instabiliti es of the radio-frequency (RF) oscillators, acts differently depending on whether the RF circuitries connected to each antenna are driven by separate (independent) local oscillators (SLO) or by a common local oscillator (CLO). In this paper, we investigate the high-SNR capacity of multiple-antenna phase-noise channels for both the CLO and the SLO configurations. Our results show that the first-order term in the high-SNR cap acity expansion is the same for all

研究の動機と目的

• 現実的なRFハードウェア構成における多重アンテナシステムの位相ノイズが高SNR容量に与える影響を分析すること。
• 共通ローカルオシレーター（CLO）と個別ローカルオシレーター（SLO）の2つの異なるオシレーター構造における容量限界を比較すること。
• CLOとSLOの選択が、高SNR領域における根本的な容量限界を顕著に変えるかどうかを特定すること。
• 両構成における漸近的容量展開を導出し、比較することで、性能制限要因の主要因を同定すること。

提案手法

• 確率的位相ノイズプロセスを用いて、CLOおよびSLO構成下での多重アンテナ位相ノイズチャネルをモデル化する。
• SNRの展開における最初の項に注目し、チャネル容量の高SNR漸近展開を導出する。
• 情報理論および確率的行列理論のツールを用いて、位相ノイズによる劣化下での平均的容量を分析する。
• SNRが無限大に近づく際の極限的挙動を評価することで、CLOとSLOの最初の項としての容量を比較する。
• 各RFチェーンに影響を与える時系列相関のある位相ドリフトプロセスとして、位相ノイズを統計的チャネルモデルで表現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CLOとSLO構成下で、位相ノイズが及ぼす多重アンテナシステムの高SNR容量はどのように異なるか？
• RQ2 位相ノイズが影響を及ぼすMIMOチャネルにおける高SNR容量展開の最初の項は何か？
• RQ3 共通オシレーターと独立オシレーターの使用は、実現可能なスペクトル効率に根本的な差をもたらすか？
• RQ4 位相ノイズの統計的性質は、マス・MIMOシステムにおける容量スケーリングにどのように影響するか？

主な発見

• CLOおよびSLO両構成における高SNR容量展開の最初の項は同一である。
• ハードウェア的影響に差があるものの、オシレーターが共有されているか別個であるかにかかわらず、漸近的スペクトル効率の向上は影響を受けない。
• 位相ノイズは、最初の項レベルではオシレーター同期の有無に依存しない形で、高SNR容量を制限する。
• オシレーター構造に関わらず、容量スケーリング行動は、同じ根本的ノイズプロセスによって支配される。