The high mobility, density and multi-path evident in modern wireless systems makes the channel highly non-stationary. This causes temporal variation in the channel distribution that leads to the existence of time-varying joint interference across multiple degrees of freedom (DoF, e.g., users, antennas, frequency and symbols), which renders conventional precoding sub-optimal in practice. In this work, we derive a High-Order Generalization of Mercer's Theorem (HOGMT), which decomposes the multi-user non-stationary channel into two (dual) sets of jointly orthogonal subchannels (eigenfunctions), that result in the other set when one set is transmitted through the channel. This duality and joint orthogonality of eigenfuntions ensure transmission over independently flat-fading subchannels. Consequently, transmitting these eigenfunctions with optimally derived coefficients eventually mitigates any interference across its degrees of freedoms and forms the foundation of the proposed joint spatio-temporal precoding. The transferred dual eigenfuntions and coefficients directly reconstruct the data symbols at the receiver upon demodulation, thereby significantly reducing its computational burden, by alleviating the need for any complementary post-coding. Additionally, the eigenfunctions decomposed from the time-frequency delay-Doppler channel kernel are paramount to extracting the second-order channel statistics, and therefore completely characterize the underlying channel. We evaluate this using a realistic non-stationary channel framework built in Matlab and show that our precoding achieves ${\geqslant}$4 orders of reduction in BER at SNR${\geqslant}15$dB in OFDM systems for higher-order modulations and less complexity compared to the state-of-the-art precoding.


翻译:现代无线系统中的高度流动性、密度和多路径性明显可见,使得频道高度不固定。这导致频道分布的时间变化,导致在不同的自由度(例如,用户、天线、频率和符号)存在时间变化的联合干扰,使得常规的预编码亚最佳通道得到传播。在这项工作中,我们得出了对Mercer 理论(HOGMT)的高端总体化,将多用户非静止通道分解成两套(双向)联合或双向分流(双向)分流(双向)分流(双向)分流(双向)分流),导致在通过频道传输一个分流时出现其他组合(DoF,例如用户、天线天线、频率和符号),这使得常规分流的二元性(双向)联合干扰。因此,用最优化的系数传送这些元元元元元元元元元元元元元元元的分流最终降低对自由度的干扰,并构成拟议联合调前一级框架的基础。在通过双向双向一级流流流流流流流流流流流流流流流流变压后,因此,使数据变换后机序变换的元值变压变后变变变变变变变变变的货币,从而显示数据。

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