第四章-无线信道的信道容量.ppt
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1、第四章第四章 无线信道的信道容量无线信道的信道容量4.1 AWGN信道容量4.2 平坦衰落信道的容量 4.2.1信道和系统模型 4.2.2信道分布信息已知 4.2.3接收端已知CSI 4.2.4收发两端都已知CSI 4.2.5接收分集的信道容量 4.2.6容量对比4.3 频率选择性衰落信道的容量 4.3.1时不变信道 4.3.2时变信道.第四章第四章 无线信道的信道容量无线信道的信道容量4.1 AWGN4.1 AWGN信道容量信道容量 本章讨论单用户单天线系统的信道容量,包括时变信道和时不变信道的情况。首先介绍很熟悉的时不变加性高斯白噪声信道的容量公式,然后研究时变平衰落信道的容量。一个离散时
2、间加性高斯白噪声信道:yi=xi+ni。假设信道带宽为B,接收信号功率是P。接收信噪比定义为xi的功率除以ni的功率,是恒定值 。白噪声的单边功率谱密度是 。AWGN信道的容量由著名的香农公式给出:.第四章第四章 无线信道的信道容量无线信道的信道容量4.2 4.2 平坦衰落信道的容量平坦衰落信道的容量4.2.1 信道和系统模型编码器译码器发送机接收机信道w Xini yi 平衰落信道及系统模型 如图所示的平稳遍历离散时间信道,时变的信道增益为 ,信道的功率增益gi服从某种分布pg,假设gi与信道的输入无关。在分块衰落信道中,gi在某一分块时间T内保持不变,之后依其分布pg变为另一个独立的值。瞬
3、时接收信噪比为 ,其均值为 。由于 恒定,gi的分布就决定了 的分布。.第四章第四章 无线信道的信道容量无线信道的信道容量4.2 4.2 平坦衰落信道的容量平坦衰落信道的容量4.2.1 信道和系统模型 信道容量取决于发送端和接收端对gi的了解概况,分为以下三种:(1)信道分布信息CDI已知:发送端和接收端都已知gi的分布。(2)接收端已知CSI:接收端已知gi在时刻i的值,且发送端和接收端 都已知gi的分布。(3)发送端和接收端都已知CSI:发送端和接收端都已知gi在时刻i的 值及gi的分布。瞬时信噪比 为gi和常数 的乘积,所以知道gi的CSI或CDI等于知道 的CSI和CDI。.第四章第四
4、章 无线信道的信道容量无线信道的信道容量4.2.2 信道分部信息已知(CDI已知)已知CDI时,可到达容量 的 输入分布 问题在两种情形下是可以求解的,一是独立同分布的瑞利衰落信道,二是有限状态马尔科夫(FSMC)信道。在独立同分布的瑞利衰落信道中,功率增益服从指数分布,并且对于不同的信道使用。信道增益是独立变化的。具体分布函数及对应的信道容量并无闭式解,只能以数值方法求得。FSMC的容量取决于信道在所有过去输入和输出条件下的极限分布,可用迭代的方法求出。如同独立同分布瑞利衰落的情形,对于FSMC这样简单的分布,信道容量的分析也非常复杂。由此可见,仅CDI已知时,信道容量的分析以及由此寻求相应
5、的设计思路都是非常困难的。.第四章第四章 无线信道的信道容量无线信道的信道容量4.2.3 接收端已知CSI 此时有两种信道容量的定义:一种是香农容量,也叫遍历容量,另一种是带中断容量,这两种容量对实际系统设计都有重要的意义。1、香农容量 香农容量定义为可使误码率任意小的最大数据传输速率。对于给定平均功率限制 且接收端已知CSI的衰落信道,香农容量为:对于相同的平均信噪比,接收端已知CSI时的香农容量要比AWGN信道容量小,即仅接收端已知CSI时衰落将使容量减小。.第四章第四章 无线信道的信道容量无线信道的信道容量4.2.3 接收端已知CSI 2、带中断的容量 带中断容量定义为中断率下信道能传送
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