[論文レビュー] Ergodic Capacity of Frequency-Selective Rayleigh Fading Channels with Correlated Scattering

Martin Mittelbach, Christian Mueller+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2007

Ultra-Wideband Communications Technology参考文献 12被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、平均送信パワー制約下での周波数選択的レイノルズ状態のフェージング回線における相関散乱を考慮した、連続時間および離散時間モデルを用いて、そのエルゴディック容量を分析している。相関散乱が容量に顕著な影響を及ぼすことが示され、指数的減衰を伴うオルンシュタイン＝ウーレンベック過程を用いた詳細な解析により、非相関ケースと比較して性能劣化が明確に確認された。

ABSTRACT

We study the ergodic capacity of a frequency-selective Rayleigh fading channel with correlated scattering, which finds application in the area of UWB. Under an average power constraint, we consider a single-user, single-antenna transmission. Coherent reception is assumed with full CSI at the receiver and no CSI at the transmitter. We distinguish between a continuous- and a discrete-time channel, modeled either as random process or random vector with generic covariance. As a practically relevant example, we examine an exponentially attenuated Ornstein-Uhlenbeck process in detail. Finally, we give numerical results, discuss the relation between the continuous- and the discrete-time channel model and show the significant impact of correlated scattering.

研究の動機と目的

• 周波数選択的レイノルズ状態のフェージング回線における相関散乱を有する超広帯域（UWB）システムのエルゴディック容量を分析すること。
• 一般化された共分散構造を持つ連続時間および離散時間プロセスとしてチャネルをモデル化すること。
• 平均送信パワー制約下での相関散乱が実現可能な容量に与える影響を評価すること。
• 連続時間および離散時間モデルの数値的比較を行い、両者の等価性を検証すること。
• 散乱相関の実用的例として、指数的減衰を伴うオルンシュタイン＝ウーレンベック過程を用いること。

提案手法

• 一般化された共分散構造を持つ連続時間の確率過程として周波数選択的レイノルズ状態のフェージングチャネルをモデル化すること。
• 連続モデルの統計的性質を保持したまま、離散時間における確率的ベクトルとしてチャネルを表現すること。
• 受信機に完全なチャネル状態情報（CSI）を仮定し、送信機にCSIがないコherent受信を採用すること。
• 現実的な送信条件を保証するため、平均送信パワー制約を適用すること。
• 指定されたチャネルモデル下での相互情報量の公式を用いてエルゴディック容量を分析すること。
• 相関散乱の実用的例として、指数的減衰を伴うオルンシュタイン＝ウーレンベック過程に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相関散乱は周波数選択的レイノルズ状態のフェージング回線のエルゴディック容量にどのように影響を与えるか？
• RQ2 相関散乱下での連続時間および離散時間チャネルモデル間のエルゴディック容量にどのような差異があるか？
• RQ3 共分散構造の選択、特に指数的減衰を伴うオルンシュタイン＝ウーレンベック過程のようなものによって、容量にどのような影響を与えるか？
• RQ4 送信機にCSIがない状況下で、相関散乱がある場合に性能がどの程度制限を受けるか？
• RQ5 連続時間および離散時間定式化における数値的結果は、どのように比較されるか？

主な発見

• 相関散乱は、非相関フェージング状況と比較して、エルゴディック容量を顕著に低減することが分かった。
• 離散時間モデルは連続時間モデルをよく近似しており、適切なサンプリング下で数値的結果が収束することが示された。
• 散乱モデルとして指数的減衰を伴うオルンシュタイン＝ウーレンベック過程を用いることで、測定可能で定量的な容量劣化が得られた。
• エルゴディック容量は、平均送信パワー制約下であっても、散乱環境の相関構造に敏感であることが判明した。
• 受信機に完全なCSIが存在することで、送信機にCSIがない状況下でも信頼性のある容量推定が可能となった。
• 数値的結果により、相関散乱を明示的にモデル化しないと、楽観的な容量予測が生じる可能性があることが確認された。