On the Achievable Rate of Stationary Fading Channels

تقریباً همه سیستم‌های ارتباطات سیار با این مشکل مواجه هستند که انتقال در یک کانال محو متغیر با زمان انجام می‌شود که تحقق آن برای گیرنده ناشناخته است. برای طراحی سیستم‌های ارتباطی، دانستن محدودیت‌های عملکردی برای ارتباطات در چنین کانال‌هایی مهم است. بنابراین، کتاب حاضر جنبه‌های مختلفی را در مورد ظرفیت/سرعت داده قابل دستیابی کانال‌های محو ثابت بحث می‌کند. در این راستا، دامنه وسیعی از محدودیت‌های ظرفیت/نرخ قابل دستیابی برای چنین کانال‌هایی تا مطالعه نرخ قابل دستیابی با گیرنده‌های عملی را در بر می‌گیرد. با جزئیات نشان می دهد که کدام بخش از اطلاعات متقابل بین فرستنده و گیرنده را می توان در عمل با تشخیص همگام بازیابی کرد.

در این زمینه، کتاب موارد زیر را پوشش می‌دهد:
- مطالعه‌ای در مورد میزان قابل دستیابی کانال‌های محو ریلی ساکن، که عمدتاً بر i.i.d. نمادهای ورودی گاوسی، از جمله کانال‌های چند خروجی و فرکانس انتخابی چند ورودی.
- بررسی نرخ قابل دستیابی با سیستم‌های عملی مبتنی بر نمادهای آزمایشی، از جمله گیرنده‌های معمولی با استفاده از تشخیص همگام با تخمین کانال صرفاً مبتنی بر پایلو، بهبود یافته گیرنده‌ها با استفاده از تخمین کانال به کمک کد، و مقایسه با نرخ قابل دستیابی با پردازش مشترک بهینه نمادهای پایلوت و داده‌ها.
- بررسی توزیع‌های ورودی گسسته بهینه، نشان می‌دهد که نمادهای آزمایشی دوره‌ای که در عمل استفاده می‌شوند ظرفیت نیستند- دستیابی به طور کلی. با این حال، آنها برای اجرای گیرنده با پیچیدگی معقول اجازه می دهند در حالی که تنها کاهش اندکی در عملکرد نشان می دهند.

Virtually all mobile communications systems face the problem that transmission takes place over a time-varying fading channel whose realization is unknown to the receiver. For the design of communication systems it is important to know performance limits for communication over such channels. Therefore, the present book discusses various aspects regarding the capacity/achievable data rate of stationary fading channels. In this regard, it spans a wide range from bounds on the capacity/achievable rate for such channels to a study of the achievable rate with practical receivers. It reveals in detail which portion of the mutual information between the transmitter and the receiver can be retrieved in practice by synchronized detection.

In this context, the book covers:
- A study of the achievable rate of stationary Rayleigh fading channels, mainly focusing on i.i.d. Gaussian input symbols, including multiple-input multiple-output and frequency-selective channels.
- An examination of the achievable rate with practical systems relying on pilot symbols, including conventional receivers using synchronized detection with a solely pilot based channel estimation, enhanced receivers using code-aided channel estimation, and a comparison to the achievable rate with optimal joint processing of pilot and data symbols.
- An investigation of optimal discrete input distributions, showing that periodic pilot symbols as used in practice are not capacity-achieving in general. However, they allow for receiver implementations with reasonable complexity while showing only a small decrease in performance.