[论文解读] 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 6

一句话总结

本文分析了在共用本振（CLO）与独立本振（SLO）两种配置下，受相位噪声影响的多天线系统在高信噪比（high-SNR）下的容量。结果表明，CLO与SLO配置下的容量一阶项完全相同，表明尽管硬件实现方式不同，相位噪声对频谱效率的影响在本质上是相同的，即其对容量的限制作用与本振是否同步无关。

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

研究动机与目标

• 分析在真实射频硬件配置下，相位噪声对多天线系统高信噪比容量的影响。
• 比较两种不同本振架构（共用本振CLO与独立本振SLO）下的容量极限。
• 确定在高信噪比区域，CLO与SLO的选择是否显著改变系统的基本容量极限。
• 推导并比较两种配置下的渐近容量展开式，以识别主要的性能限制因素。

提出的方法

• 使用随机相位噪声过程，对CLO与SLO配置下的多天线相位噪声信道进行建模。
• 推导信道容量在高信噪比下的渐近展开式，重点关注信噪比展开中的第一阶项。
• 应用信息论与随机矩阵理论工具，分析相位噪声污染下的遍历容量。
• 通过分析信噪比趋于无穷大时的极限行为，比较CLO与SLO配置下的第一阶容量项。
• 使用统计信道模型，将相位噪声表示为影响每个射频链路的时相关相位漂移过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 在相位噪声影响下，多天线系统在CLO与SLO配置下的高信噪比容量有何差异？
• RQ2 相位噪声影响下的MIMO信道高信噪比容量展开中的第一阶项是什么？
• RQ3 使用共用本振还是独立本振，是否会在可实现频谱效率上造成根本性差异？
• RQ4 相位噪声的统计特性如何影响大规模MIMO系统中的容量扩展行为？

主要发现

• CLO与SLO配置下，高信噪比容量展开的第一阶项完全相同。
• 尽管硬件实现存在差异，但渐近频谱效率增益不受本振是否共享的影响。
• 相位噪声对高信噪比容量的限制作用，在一阶水平下与本振同步状态无关。
• 无论本振架构如何，容量扩展行为均由相同的本质噪声过程主导。