This paper investigates the mean square error (MSE)-optimal conditional mean estimator (CME) in one-bit quantized systems in the context of channel estimation with jointly Gaussian inputs. We analyze the relationship of the generally nonlinear CME to the linear Bussgang estimator, a well-known method based on Bussgang's theorem. We highlight a novel observation that the Bussgang estimator is equal to the CME for different special cases, including the case of univariate Gaussian inputs and the case of multiple observations in the absence of additive noise prior to the quantization. For the general cases we conduct numerical simulations to quantify the gap between the Bussgang estimator and the CME. This gap increases for higher dimensions and longer pilot sequences. We propose an optimal pilot sequence, motivated by insights from the CME, and derive a novel closed-form expression of the MSE for that case. Afterwards, we find a closed-form limit of the MSE in the asymptotically large number of pilots regime that also holds for the Bussgang estimator. Lastly, we present numerical experiments for various system parameters and for different performance metrics which illuminate the behavior of the optimal channel estimator in the quantized regime. In this context, the well-known stochastic resonance effect that appears in quantized systems can be quantified.
翻译:本文在使用 Gaussian 联合投入进行频道估算时, 调查一位数化系统中的平均平方差( MSE) 最佳有条件平均估计值( CME) 。 我们分析一般非线性 CME 与线性 Bussgang 估测器之间的关系, 这是基于 Bussgang 理论的著名方法。 我们强调一个新观点, Bussgang 估测器在不同特殊案例中与 CME 等同, 包括 univariate Gaussian 投入和在量化之前没有添加噪音的情况下进行多次观测。 对于一般案例, 我们进行数字模拟, 以量化 Busgang 估测器和 CME 之间的距离。 这个差距在更高尺寸和更长的实验序列上会增加。 我们提出一个最佳的试点序列, 由 CME 的洞察激励, 并由此获得一个全新的 MSE 封闭式的表达方式。 之后, 我们发现, 在量化参数之前, 在 度度上没有累积性噪音的 度上, 在目前 系统 的 高级测试中, 将 的 显示 高级 系统 的 的 高级 度 度 度 的 度 的 度 度 度 度 显示 的 的 度 度 度 度 度 度 的 的 度 度 度 度 的 度 度 度 度 度 度 度 的 度 度 度 度 度 度 度 度 度 的 。