In this paper, we derive asymptotic expressions for the ergodic capacity of the keyhole multiple-input multiple-output (MIMO) channel at low SNR in independent and identically distributed (IID) Nakagami-$m$ fading conditions with perfect channel state information available at both the transmitter (CSI-T) and the receiver (CSI-R). We show that the low-SNR capacity of this keyhole channel scales proportionally as $\frac{\textrm{SNR}}{4} \log^2 \left(1/{\textrm{SNR}}\right)$. With this asymptotic low-SNR capacity formula, we find a very surprising result that the capacity of the MIMO fading channel at low-SNR increases in the presence of keyhole degenerate condition, which is in direct contrast of the degrading capacity behaviour under keyhole effect exhibited in the high-SNR regime. Finally, we show that a simple one-bit CSI-T based On-Off power scheme achieves this low-SNR capacity; surprisingly, it is robust against both moderate and severe fading conditions for a wide range of low SNR values. These results also extend to the Rayleigh keyhole MIMO channel as a special case.


翻译:在本文中,我们以独立和同样分布的(IID) Nakagami-$mum 淡化条件,在发射机(CSI-T)和接收机(CSI-R)都提供完美的频道状态信息。我们发现,关键孔多投入多输出量(MIMO)频道在低SNR下方容量的表达方式,在独立和同样分布的(IID) Nakagami-$的低SNR中,在发送器(CSI-T)和接收器(CSI-R)中,关键孔(CSI-R)效应下的低SNRNR能力与高SNR制度中显示的低功能行为有直接的对比。 最后,我们显示,基于“On-off”的简单一位CSI-T left(1/textrm{SNRNR{rúrrrrrrrrrrrrrrright)能力计划实现了这一低功能;令人惊讶的是,MRML的中度和紧要高、高频至深度特殊条件,这些是高频至高程。

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