MIMO衰減通道中聯合估計與檢測之通道分析

Abstract

新的無線通訊系統無不朝向更高的傳輸速率發展，以支援行動無線寬頻網際 網路應用，形成了無線傳輸技術的迅速發展的主要推力。目前大多數的系統在通道 狀態的量測技術都仰賴「訓練序列」（training sequences）的輔助；而且傳輸資料 的檢測（detection）的執行都是基於通道狀態資訊完全充分的假設下，這樣的方法 在非常高速率的傳輸系統中就會有不足之處，因為過多訓練序列會造成頻寬浪費。 因此，本項計畫將針對聯合估計與檢測（joint estimation and detection）的機制進行 研究。 除了原本就具備的更高傳輸速率的優勢外，我們還能用公平的分析方式探討 系統在理論上的上限，也就是所謂的通道容量（channel capacity）。此處的「公 平」意味容量分析時一併考量了系統估計（estimation）的部分，也就是說，它考 慮到接收器會採取任意型式的方式獲得所需的通道狀態資訊（當然也包括採用訓練 序列的方式）。而利用此聯合估計與檢測機制所獲得的系統容量即為非同調容量 （non-coherent capacity）。 近年來在衰減通道（fading channels）中的非同調容量研究發現了一些出乎意 料的結果。這些研究顯示，在高訊雜比（signal-to-noise ratio，SNR）時1，非同調 衰減通道的功率效率會變得非常低，因為每多1 位元的傳輸速率就會增加所需功率 的平方，此結果與通道資訊完全充分條件下的系統容量結果成完全的對比。因此關 鍵之處在於深入瞭解這些性質並且能估計低效率的發生條件與狀態。另一方面我們 發現，高訊雜比狀態下通道容量的漸進展開式（asymptotic expansion）之中的第二 項，此處定義為衰減數目（fading number），可以作為高功率效率低訊雜比與低功 率效率高訊雜比之間界線指標。 根據上述基礎，本項三年計畫將集中在多輸入（multiple-input）多輸出 （multiple-input）衰減通道與各種相關情形的非同調容量分析研究。 本計畫首要目標是根據多輸入單輸出（multiple-input single-output，MISO）且 具記憶特性的衰減通道條件下，推導衰減數目的上限與下限。任何在MISO 衰減通 道下獲得的研究結果都可以進一步應用在未來一般的MIMO 衰減通道中。 第二個目標則將上述非同調MIMO 衰減通道延伸至幾項相關的關鍵問題上， 可能包括多用戶衰減通道、廣播衰減通道、衰減中繼通道、迴授、以及衰減網路等 研究。