具有占空比和功率约束的高斯信道容量

在许多无线通信系统中，无线电受到占空比约束，即无线电仅在部分时间内主动发射信号。例如，在某些低功耗系统中需要较小的占空比；半双工无线电若希望接收有用信号则不能持续发射；认知无线电需要频繁监听并检测主用户。本文研究了受占空比约束以及平均发射功率约束的标量离散时间高斯信道的容量。首先研究了一种理想化的占空比约束，这可被视为对每个码字中非发射或零符号的最小比例的要求。研究表明，存在一种独特的离散输入分布可实现信道容量。在许多情况下，数值优化的通断信号传输速率远高于确定性传输调度下的高斯信号传输。这部分是因为码字中非发射的位置可以传递信息。此外，本文还研究了一种更现实的占空比约束，其中考虑了由于脉冲成形导致的发射与非发射之间转换的额外成本。此时，达到容量的输入在时间上不再独立且难以计算。研究表明，作为输入分布函数的可达速率下界可由一阶马尔可夫输入过程最大化，该过程的分布也是离散的且可高效计算。本文结果表明，在各种占空比约束下，偏离传统的间歇性分组传输范式可能会带来显著的增益。