超宽带体制下稀疏多径信道的容量

本文研究了在接收端使用训练信号进行信道估计时，超宽带 (UWB) 体制下时频选择性多径衰落信道的遍历容量。受近期 UWB 信道测量结果的启发，我们提出了一个稀疏多径信道模型。稀疏性的一个关键推论是，信道中的独立自由度 与信号空间维度（信号持续时间与带宽的乘积）呈亚线性标度关系。稀疏性由时延和多普勒维度中可分辨路径的数量来表征。我们的分析基于一种采用正交短时傅里叶 (STF) 基函数进行信号传输的训练与通信方案。STF 信号传输自然地将时延-多普勒域的稀疏性与时频域的相干性联系起来。我们研究了多径稀疏性对 Verdu 提出的宽带/低信噪比极限下频谱效率的两个基本度量（即一阶和二阶最优性条件）的影响。Zheng 等人近期的结果强调了相干与非相干极端情况之间频谱效率的巨大差距，以及信道学习在弥合这一差距中的重要性。基于这些结果，我们的结果得出了多径稀疏性的以下推论：1) 相干性要求在时间和频率上共同分担，从而显著放宽了相干时间随 SNR 所需的标度条件；2) 稀疏多径信道是渐近相干的——对于给定但较大的带宽，信道可以被完美学习，并且通过足够大的信号持续时间可以满足一阶和二阶最优性的相干性要求；3) 在稀疏环境中，达到容量所需的尖峰信号要求被消除或放宽。