Yang, Lihua;Yang, Longxiang;Zhu, Hongbo;Liang, Yan
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.3
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pp.1098-1112
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2018
Achievable sum rate and energy efficiency (EE) are investigated for the massive multiple-input multiple-output (Massive MIMO) downlink with channel aging in the time varying Ricean fading channel. Specifically, the expression of the achievable sum rate of the system for the maximum ratio transmission (MRT) precoder with aged channel state information (CSI) in the time varying Ricean fading channel is first presented. Based on the expression, the effect of both channel aging and the Ricean factor on the power scaling law are studied. It is found that the transmit power of base station (BS) is scaled down by $1/{\sqrt{M}}$(where M is the number of the BS antennas) when the Ricean factor K is equal to zero (i.e., time varying Rayleigh fading channel), indicating that aged CSI does not affect the power scaling law. However, the transmit power of the BS is scaled down by 1/M for the time varying Ricean fading channel (where $K{\neq}0$) indicating that the Ricean factor affects the power scaling law and sum rate, and channel aging only leads to a reduction of the sum rate. Second, the EE of the system is analyzed based on the general power consumption model. Both the theoretical analysis and the simulations show that the channel aging could degrade the sum rate and the EE of the system, and it does not affect the power scaling law.
Bithas Petros S.;Sagias Nikos C.;Mathiopoulos P. Takis
Journal of Communications and Networks
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v.9
no.1
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pp.67-74
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2007
The performance of dual diversity receivers operating over correlated Ricean fading channels is analyzed. Using a previously derived rapidly converging infinite series representation for the bivariate Ricean probability density function, analytical expressions for the statistics of dual-branch selection combining, maximal-ratio combining, and equal-gain combining output signal-to-noise ratio (SNR) are derived. These expressions are employed to obtain novel analytical formulae for the average output SNR, amount of fading, average bit error probability, and outage probability. The proposed mathematical analysis is used to study various novel performance evaluation results with parameters of interest the fading severity, average input SNRs, and the correlation coefficient. The series convergence rate is also examined verifying the fast convergence of the analytical expressions. The accuracy of most of the theoretical performance evaluation results are validated by means of computer simulations.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.1
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pp.261-279
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2023
In this article, the uplink achievable rate is investigated for massive multiple-input multiple-output (MIMO) under correlated Ricean fading channel, where each base station (BS) and user are both deployed multiple antennas. Considering the availability of prior knowledge at BS, two different channel estimation approaches are adopted with and without prior knowledge. Based on these channel estimations, a two-layer decoding scheme is adopted with maximum ratio precoding as the first layer decoder and optimal second layer precoding in the second layer. Based on two aforementioned channel estimations and two-layer decoding scheme, the exact closed form expressions for uplink achievable rates are computed with and without prior knowledge, respectively. These derived expressions enable us to analyze the impacts of line-of-sight (LoS) component, two-layer decoding, data transmit power, pilot contamination, and spatially correlated Ricean fading. Then, numerical results illustrate that the system with spatially correlated Ricean fading channel is superior in terms of uplink achievable rate. Besides, it reveals that compared with the single-layer decoding, the two-layer decoding scheme can significantly improve the uplink achievable rate performance.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.10
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pp.2493-2508
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2012
The performance of a MIMO system with adaptive modulation (AM) and space-time coding over Ricean fading channels for perfect and imperfect channel state information (CSI) is presented. The fading gain value is partitioned into a number of regions by which the modulation is adapted according to the region the fading gain falls in. Under a target bit error rate (BER) constraint, the switching thresholds for AM are given. Based on these results, we derive the calculation formulae of the theoretical spectrum efficiency (SE) and average BER. As a result, closed-form SE expression and accurate BER expression are respectively obtained. Besides, using the approximation of complementary error function, a tightly closed-form approximation of average BER is also derived to simplify the calculation of accurate theoretical BER. Computer simulation shows that the theoretical SE and BER are in good agreement with the corresponding simulation, and the approximate BER is also close to the accurate one. The results show that the AM scheme in Ricean fading channel provides better SE than that in Rayleigh fading channel due to the direct-path propagation, and has performance degradation in SE and BER for imperfect CSI.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.7
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pp.2371-2388
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2015
In this paper, we investigate the performance evaluation of three dimensional (3D) multiple-input multiple-output (MIMO) systems with an adjustable base station (BS) antenna tilt angle and zero-forcing (ZF) receivers in Ricean/Lognormal fading channels. In particular, we take the lognormal shadow fading, 3D antenna gain with antenna tilt angle and path-loss into account. First, we derive a closed-form lower bound on the sum rate, then we obtain the optimal BS antenna tilt angle based on the derived lower bound, and finally we present linear approximations for the sum rate in high and low-SNR regimes, respectively. Based on our analytical results, we gain valuable insights into the impact of key system parameters, such as the BS antenna tilt angle, the Ricean K-factor and the radius of cell, on the sum rate performance of 3D MIMO with ZF receivers.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.33
no.6A
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pp.635-642
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2008
We propose the Optimum Power Allocation (OPA) scheme for Distributed Antenna Systems(DAS) in the time-varying Rayleigh fading channel. Recently, the OPA schemes which uses the Channel State Information (CSI) including a small scale (fast) fading have been proposed. However, the channel is changing vary fast over time due to small scale fading, therefore Bit Error Rate (BER) increases. Because of this reason, we derive the OPA for minimizing BER in DAS, which only uses a large scale fading to CSI and excepts a small scale fading. The simulation results show that the proposed OPA achieves better BER performance than conventional OPA considering a small scale fading in time-varying Rayleigh fading channel, and also has similar performance in Rayleigh flat-fading environment. The BER performance of proposed OPA which derived in Rayleigh fading channel is similar to minimum BER of Ricean fading channel which has small Line-of-Sight (LOS).
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.30
no.9A
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pp.803-813
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2005
This paper explores the throughput performance of CSMA/CA-based DCF protocol over frequency-selective, slow Ricean fading channels with both the $E_{b}/N_{o}$ and BER at the MAC layer in the 802.1 la wireless LAN. By exploring the throughput of DCF protocol with the data rate of 6Mbps, 12 Mbps, 24 Mbps and 54 Mbps, we find the fact that the higher the $E_{b}/N_{o}$ be and the less the BER be, the higher the throughput be.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2002.11a
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pp.311-316
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2002
In this paper, an adaptive beamforming algorithm, based on the Minimum Mean Squared Error (MMSE) criterion, is devised fer adaptive antenna applied to an MC-CDMA system. A new method for updating the weight vector is derived. Computer simulations show that proposed algorithm is capable of rejecting co-channel interference that affects the MC-CDMA system. Thus, the BER performance of the MC-CDMA system is improved compared with that of the MC-CDMA system without using adaptive antenna and that of the DS-CDMA system with adaptive antenna in multi-path Ricean fading channel.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.20
no.7
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pp.648-656
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2009
We perform an analysis of the characteristics of the time-reversal pulse in Rayleigh or Ricean fading channel environments. We verify it by using Monte Carlo simulation. In a time-reversal system, each antenna in the time-reversal array receives signals from the transmitter and reverse the received signal in the time axis and then resend it to the original transmitter. We assume that the channel characteristics varies very slowly and the spatial separation between the antennas is not large. Hence the signals received by each antenna are correlated. In this paper, the effect of the correlation on the time-reversed pulse is examined, which includes the spatial properties of the time-reversal pulse such as the focus size, and spatial power distribution.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.19
no.7
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pp.741-753
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2008
This paper explores the throughput performance of CSMA/CA-based DCF protocol over both ideal channels and fading channels with payload size at the MAC layer in the 802.11a wireless LAN. In the ideal channel, there are no errors and at the transmission cycle there is one and only one active station which always has a packet to send and other stations can only accept packets and provide acknowledgements. In the fading channel, bit errors appear in the channel randomly and the number of stations is assumed to be fixed. And each station always has packets for transmission. In other words, we operate in saturation conditions. Up to now conventional research work about DCF throughput analysis of IEEE 802.11 a wireless LAN has been done over the ideal channel, but this paper is done over the Rayleigh/Ricean fading channel. So, the ratio of received average energy per bit-to-noise power spectral density $E_b/N_o$ is set to 25 dB and the ratio of direct-to-diffuse signal power in each sub-channel $\xi$ is set to 6 for combined Rayleigh/Ricean fading channel. In conclusion, it is shown that the saturation throughput is always less than the maximum throughput at all the payload size and the higher the transmission rate be, the higher the decreasing rate of saturation throughput compared to the maximum throughput be.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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