Several information-theoretic studies on channels with output quantization have identified the capacity-achieving input distributions for different fading channels with 1-bit in-phase and quadrature (I/Q) output quantization. But can analytical results on the capacity-achieving input also be obtained for multi-bit quantization? We answer the question in the affirmative by considering multi-bit phase quantization. We first consider a complex Gaussian channel with $b$-bit phase-quantized output and prove that the capacity-achieving distribution is a rotated $2^b$-phase shift keying (PSK). The analysis is then extended to multiple fading scenarios. We show that the optimality of rotated $2^b$-PSK continues to hold under noncoherent fast fading Rician channels with $b$-bit phase quantization when line-of-sight (LoS) is present. When channel state information (CSI) is available at the receiver, we identify $\frac{2\pi}{2^b}$-symmetry and constant amplitude as the necessary and sufficient conditions for the ergodic capacity-achieving input distribution; which a $2^b$-PSK satisfies. Finally, an optimum power control scheme is presented which achieves ergodic capacity when CSI is also available at the transmitter.


翻译:对输出量度的频道进行的若干信息理论研究已经查明了以 1 位平段和 等离子( I/ Q) 输出量分解的不同淡化渠道的容量化输入分布。 但是,对于多位平段,也可以获得能力化输入的分析结果; 我们通过考虑多位平段分化来回答问题。 我们首先考虑一个具有 $b 位平段分化输出的复杂高斯频道, 并证明能力化分布是旋转的 2 +b$ 平段转换密钥( PSK ) 。 然后, 分析扩大到多种淡化假想情况。 我们表明, 旋转的 2 +b$ PSK 最佳化输入率仍然维持在不连贯快速淡化的里卡频道中。 当直线( LoS) 出现时, 我们首先考虑一个复杂的高斯频道状态信息( CSI), 当接收器提供 $\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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