Some Generalizations of the Capacity Theorem for AWGN Channels
加性高斯白噪声信道（AWGN）的信道容量定理，即Shannon-Hartley定律，是用传统傅里叶域的信噪比来表示带限信道的信息容量，本文提出了利用线性正则变换（LCT）的Shannon-Hartley定律的推广形式。发现AWGN信道的信道容量是LCT参数的函数。
2009-01-28 cs.IT math.IT
Information Rates of Approximate Message Passing for Bandlimited Direct-Detection Channels
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；engineers GmbH（59工程师有限公司）；University of Manitoba（曼尼托巴大学）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校）
本文设计了一种通用向量近似信息传递检测器，通过多级编码和顺序干扰抵消提高信息率，应用于光纤通道中的符号间干扰问题，实现接近相干容量的性能，且复杂度低于其他均衡器。
2026-07-21 cs.IT math.IT
Neural Network-Based Successive Interference Cancellation for Non-Linear Bandlimited Channels
针对非线性带限信道中联合检测与解码复杂度过高的问题，提出基于神经网络的执行成功干扰消除的均衡器，该方法能逼近最优信息速率，大幅提升频谱效率并显著降低复杂度。
2024-08-27 cs.IT eess.SP math.IT
Distribution Decomposition and Sum-Capacity Results of Two-User Optical Intensity Multiple Access Channels
本文研究了具有峰值或/和平均光强约束的两用户光强多址信道的总容量。通过利用工具，从某些maxentropic分布的分解，我们得到了几个下界的和容量。在高信噪比（SNR）的制度，一些界限渐近匹配或接近的和容量，从而关闭或减少现有的差距，高SNR的渐近和容量。在中等SNR下，一些界限也相当接近于和容量。
2023-03-22 cs.IT math.IT
On the Capacity Region of Optical Intensity Broadcast Channels
本文研究了光强广播信道（OI BC）的容量区域，其中输入受到峰值强度约束，平均强度约束，或两者兼而有之。通过利用几个随机变量的分解结果，即，均匀随机变量、指数随机变量和截尾指数随机变量，并采用叠加编码（SC）方案，推导了容量域的内界。然后，通过应用条件熵幂不等式（EPI）导出外界。在高信噪比（SNR）的制度，内界渐近匹配的外界，从而表征高信噪比的渐近容量区域。的界限也扩展到一般的K-用户BC的高SNR渐近最优性的损失。
2023-03-01 cs.IT math.IT
On the Capacity of MISO Optical Intensity Channels With Per-Antenna Intensity Constraints
本文研究了一般多输入单输出（MISO）光强度信道（OIC）在每个天线峰值和平均强度约束下的容量。我们首先考虑MISO等成本约束OIC（EC-OIC），其中，除了峰值强度约束，输入的平均强度等于任意预先指定的常数。我们感兴趣的第二个模型是MISO有界成本约束OIC（BC-OIC），其中，与EC-OIC相比，输入的平均强度不大于任意预先指定的常数。利用分位数函数、停止损失变换和非负随机变量的凸序等工具，证明了有界非负随机变量的两个分解定理，并在此基础上将EC-OIC和BC-OIC等价地变换为峰值强度和多个停止损失均值约束下的单输入单输出通道.建立了两种信道的容量上下限，并在此基础上确定了高信噪比和低信噪比下的渐近容量。
2021-12-16 cs.IT math.IT
On the Low-SNR Asymptotic Capacity of Two Types of Optical Wireless Channels under Average-Intensity Constraints
本文研究了平均强度约束下高斯与泊松光强度信道在低信噪比下的渐近容量，分别推导出其容量扩展公式，填补了现有容量差距。
2025-04-01 cs.IT math.IT
Bounds on the Capacity Region of the Optical Intensity Multiple Access Channel
本文给出了光强多址接入信道（OIMAC）在单用户平均或峰值功率约束下容量域的新的内界和外界。对于平均功率约束的OIMAC，我们的边界在高功率渐近紧，从而表征的渐近容量区域。在不损失渐近最优性的前提下，将该界推广到具有平均功率约束的K用户OIMAC。对于峰值功率受限的OIMAC，在高功率下，我们将渐近容量区域限制在0.09比特以内，并确定了对称情况下的渐近容量区域。在中等功率下，对于这两种类型的约束，容量区域被限制在相当小的间隙内。
2019-08-28 cs.IT math.IT
Capacity Results on Multiple-Input Single-Output Wireless Optical Channels
本文推导了在平均光强和峰值光强约束下，具有与信号无关的加性高斯噪声的多输入单输出自由空间光强信道容量的上界和下界。在信噪比（SNR）趋于无穷大的极限下，给出了渐近容量，在信噪比趋于零的极限下，给出了容量的精确斜率。
2017-10-25 cs.IT math.IT
On the Capacity of Intensity-Modulation Direct-Detection Gaussian Optical Wireless Communication Channels: A Tutorial
采用强度调制和直接检测（IM/DD）的光无线通信（OWC）具有一个信道模型，该模型由于对信道输入的约束而具有独特的特征。本教程的目的是概述与输入无关的高斯噪声作为OWC信道的模型的IM/DD信道的容量的结果。它为读者提供了一个切入点的主题，并强调了在这一领域的一些主要贡献。它首先讨论了信道模型以及IM/DD高斯信道模型是如何产生的，此外还解释了输入约束。然后讨论了单输入单输出信道的容量、容量的计算、容量界和容量的渐近结果。然后，它扩展到多输入多输出设置的讨论，并审查该信道模型的容量界限。最后，它讨论了多用户信道建模为一个广播信道（下行链路）或多址信道（上行链路），其相关的容量界限。
2021-10-12 cs.IT math.IT
Capacity Results for Multiple-Input Multiple-Output Optical Wireless Communication With Per-Antenna Intensity Constraints
研究每根天线峰值和平均强度约束下MIMO光强度信道容量，推导多种容量界并推广至更一般情形。
2024-01-09 cs.IT math.IT
Capacity of the Aperture-Constrained AWGN Free-Space Communication Channel
在本文中，我们推导出上限和下限，以及一个简单的封闭形式的近似能力的连续时间，带限，加性高斯白噪声信道在三维自由空间电磁传播环境的约束下的总有效天线孔径面积的链路和总发射机功率约束。我们假设，通信范围是远远大于半径的球包含在两端的链路的天线，我们表明，在一般情况下，只能通过传输多个空间复用的数据流同时在信道上实现的容量。此外，通过在链路的任一端的一对物理上可实现的分布式天线阵列之间传输数据流，可以渐近地接近容量的下限。该结果的结果是，通常，当且仅当通信系统利用分布式MIMO天线阵列上的空间复用时，在实践中可以实现在深空通信链路上接近最大可实现数据率的通信。目前，任何国际空间机构或任何商业空间公司似乎都没有设想过这种深空通信方法。第二个结果是，远程自由空间通信链路的容量如果被适当地利用，则作为接收到的SNR的平方根的函数而渐进地增长，而不是仅在接收到的SNR中以几何方式增长。
2017-02-24 cs.IT math.IT
On the Capacity of Free-Space Optical Intensity Channels
给出了自由空间光强信道容量的新的上界和下界。该信道的特征在于非负输入（表示传输的光强度）和被加性高斯白噪声破坏的输出（因为在自由空间中，干扰来自许多独立的源）。由于电池和安全原因，输入同时受到平均和峰值功率的限制。对于平均功率与峰值功率的固定比率，当平均功率趋于无穷大时，上界与下界之间的差趋于零，并且当平均功率趋于零时，上界与下界的比率趋于一。单独处理的情况下，只有平均功率约束施加在输入上。在这种情况下，当平均功率趋于无穷大时，上界和下界的差趋于0，并且当功率趋于零时，它们的比率趋于常数。
2008-05-05 cs.IT math.IT
On the Capacity of Free-Space Optical Intensity Channels
给出了自由空间光强信道容量的新的上界和下界。该信道的特征在于非负输入（表示传输的光强度）和被加性高斯白噪声破坏的输出（因为在自由空间中，干扰来自许多独立的源）。由于电池和安全原因，输入同时受到平均和峰值功率的限制。对于平均功率与峰值功率的固定比率，当平均功率趋于无穷大时，上界与下界之间的差趋于零，并且当平均功率趋于零时，上界与下界的比率趋于一。单独处理的情况下，只有平均功率约束施加在输入上。在这种情况下，当平均功率趋于无穷大时，上界和下界的差趋于0，并且当功率趋于零时，它们的比率趋于常数。
2009-03-10 cs.IT math.IT
Tight Capacity Bounds for Indoor Visible Light Communications With Signal-Dependent Noise
推导了信号相关高斯噪声下点对点室内可见光通信（VLC）系统的信道容量界。同时考虑照明和通信，VLC的非负输入受到峰值和平均光强约束。考虑了两种情况：一种情况具有平均和峰值光强约束，另一种情况仅具有平均光强约束。对于这两种情况下，我们推导出封闭的容量下限和上限的表达式。利用变分方法和输出熵总是大于输入熵的性质，推导出了系统容量的下界。利用容量的对偶表达式和“逃逸到无穷远的达容源分布”原理，得到了系统容量的上界。此外，渐近分析表明，容量下限和上限之间的渐近性能差距接近于零。最后，所有推导出的能力界限，确认使用数值结果。
2020-10-31 cs.IT math.IT
Secrecy Capacity Bounds for Visible Light Communications With Signal-Dependent Noise
在物理层安全中，最基本的问题之一是保密容量。研究了由发射机、合法接收机和窃听接收机组成的室内可见光通信系统的保密容量。在这样的系统中，既考虑了信号无关的高斯噪声，也考虑了信号相关的高斯噪声。在非负性和平均光强约束下，首先利用变分法、保密容量的对偶表达式和“逃逸到无穷大的最优输入分布”的概念，推导出保密容量的上下界.数值结果表明，保密容量的上下界是紧的。通过在大光强下的渐近分析，在渐近上界和下界之间存在小的性能差距。然后，通过增加峰值光强约束，进一步分析了保密容量的精确界和渐近界。最后，数值结果验证了所导出的边界的严密性。
2021-09-23 cs.IT math.IT
Capacities and Optimal Input Distributions for Particle-Intensity Channels
这项工作介绍了粒子强度通道（PIC）作为分子通信系统的模型，并表征了容量限制以及此类通道的最佳（容量实现）输入分布的特性。在PIC中，发送器基于颗粒释放的概率以给定持续时间的符号对信息进行编码，并且接收器基于在符号间隔期间检测到的颗粒的数量对消息进行检测和解码。在该通道中，发射器可能无法精确控制颗粒释放的概率，并且接收器可能无法检测到到达的所有颗粒。我们使用一个泛化的二项通道模型，并表明该通道的容量实现输入分布总是有质量点在粒子释放的概率为零和一。为了找到实现能力的输入分布，我们开发了一个有效的算法，我们称之为动态分配Blahut-Arimoto（DAB）。对于扩散粒子输运，我们还推导出条件下，输入两个质量点是实现容量。
2020-05-20 cs.IT math.IT
Physical-layer Security for Indoor Visible Light Communications: Secrecy Capacity Analysis
本文研究了由发射机、合法接收机和窃听者组成的室内可见光通信（VLC）网络的物理层安全问题。主信道和窃听信道都具有非负输入，这些输入被加性高斯白噪声破坏。考虑到照明要求和光源的物理特性，输入也受到其平均和峰值光强的约束。研究了两种情况：一种是仅具有平均光强约束，另一种是具有平均和峰值光强约束。基于信息论，推导了两种情况下保密容量上下界的封闭表达式。数值结果表明，保密容量的上下界是紧的，从而验证了所推导的封闭形式的表达式。此外，从理论上分析了该算法在高信噪比下的渐近行为。在高信噪比下，当仅考虑平均光强约束时，保密容量的渐近上界和渐近下界之间存在很小的性能差距。当同时考虑平均和峰值光强约束时，保密容量的渐近上界和下界是一致的。数值结果也证实了这些结论。
2018-07-26 cs.IT math.IT
Autocorrelation Function for Dispersion-Free Fiber Channels with Distributed Amplification
具有高功率的光纤信号表现出似乎限制容量的光谱增宽。为了研究光谱展宽，给定输入信号的输出信号的自相关函数推导出一个简化的光纤模型，具有零色散，分布式光放大（OA），和理想化的空间噪声过程。自相关函数被用来上限的频带限制或时间分辨率有限的接收器的输出功率，从而绑定频谱展宽和接收器的热噪声的能力。输出功率最多按发射功率的平方根缩放，因此容量最多按发射功率的对数的一半缩放。传播信号带宽至少缩放为发射功率的平方根。然而，在实践中，OA带宽应该超过信号带宽以补偿衰减。因此，存在发射功率阈值，超过该阈值，光纤模型失去实际意义。然而，对于数学模型，当OA带宽缩放为发射功率的平方根时，容量的上限被开发，在这种情况下，容量最多缩放为发射功率的四次方根的倒数。
2018-01-01 cs.IT math.IT
Capacity of Molecular Channels with Imperfect Particle-Intensity Modulation and Detection
介绍了粒子强度通道（PIC）作为分子通信系统的模型，并描述了该系统的最佳输入分布和容量限制的特性。在PIC中，发送器基于释放的粒子的数量以给定持续时间的符号对信息进行编码，并且接收器基于在符号间隔期间检测到的粒子的数量对消息进行检测和解码。在该通道中，发射器可能无法精确控制释放的颗粒数量，并且接收器可能无法检测到到达的所有颗粒。我们证明了这个通道的最佳输入分布总是具有质量点为零和可以释放的粒子的最大数量。然后，我们考虑扩散粒子运输，推导出的容量表达式时，输入分布是二进制的，并显示条件下，二进制输入是实现容量。特别是，我们证明了当发射机不能以高速率产生粒子时，最佳输入分布是二进制的。
2017-05-22 cs.ET cs.IT math.IT
Capacity Bounds for the Two-User IM/DD Interference Channel
研究了多用户光无线通信中两用户强度调制/直接检测（IM/DD）干扰信道（IC）的容量。尽管一些已知的一般离散无记忆IC的单字母容量表征，IM/DD IC的可计算的容量表达式丢失。在本文中，我们为峰值和平均光强约束下的通用两用户IM/DD IC提供了严格且易于计算的内部和外部边界。的界限，使表征的渐近和速率的能力，在强干扰和弱干扰制度，以及广义自由度（GDoF）的对称情况下。使用得到的界限，的IM/DD IC的GDoF示出具有类似于高斯IC与功率约束的“W”形状。得到的界限也在不同的干扰制度，以显示其紧密性，并用于研究片上和室内OWC系统的性能进行了数值评估。
2022-07-03 cs.IT math.IT
The Channel Capacity of Channelrhodopsin and Other Intensity-Driven Signal Transduction Receptors
生物系统通过无数的途径接收来自周围环境的信号。在本文中，我们将信号转导描述为一个通信系统：信号转导受体在这个系统中充当接收器，并且可以建模为有限状态马尔可夫链，其转移率由输入信号决定。利用这个一般模型，我们给出了离散时间内IID输入下的互信息，并得到了连续时间极限下的互信息。我们表明，互信息具有简洁的封闭形式的表达与明确的物理意义。我们还给出了一个充分条件下，实现香农容量与IID输入。我们用三个例子来说明我们的结果：光门控视紫红质-2（ChR 2）受体;配体门控烟碱乙酰胆碱（ACh）受体;和配体门控钙调素（CaM）受体。特别是，我们表明，IID能力的ChR 2受体等于其香农容量。最后，我们讨论了如果只能观察到每个状态的某些属性，例如离子通道是打开还是关闭，结果如何变化。
2019-01-24 cs.IT math.IT q-bio.MN
On the Capacity of the Multiuser Vector Adder Channel
我们研究了Chang和Wolf提出的$Q$ -频率$S$ -用户矢量加法器信道（具有强度信息的信道）的容量。协调和不协调的传输类型都被考虑。渐近（$Q \to \infty$，$S = γQ$和$0 < γ< \infty$的条件下）的相对（每子信道）容量的上限和下限。协调情况下的下限示出增加时，$γ$增长。同时，不协调情况下的相对通行能力的上界是一个常数。
2014-01-09 cs.IT math.IT
Capacity of electron-based communication over bacterial cables: the full-CSI case
受最近发现的微生物群落跨厘米长度尺度传递电子的启发，本文研究了细菌电缆通过电子传递的信息容量，它与分子通信共存，假设完全因果信道状态信息（CSI）。细菌电缆被建模为电子队列，其将电子从电子供体源处的编码器（其控制所需的输入电子强度）转移到电子受体汇处的解码器。对由于电缆上局部ATP饱和而导致的堵塞进行了建模。一个离散时间的计划进行了调查，使计算的可实现的速率。分析了渐近小时隙持续时间的状态，并证明了二进制输入分布的最优性，即，编码器以由电缆的物理约束规定的最大或最小强度进行传输。提出了容量的动态规划公式，并通过策略迭代确定最优二进制信令。证明了最优信令强度小于近视策略所给出的强度，近视策略极大地提高了瞬时信息速率，但忽略了其对稳态电缆分布的影响.相比之下，最优方案平衡了实现高瞬时信息率和诱导有利的稳态分布之间的张力，使得那些以高信息率为特征的状态被更频繁地访问，从而揭示了CSI的重要性。这项工作代表了对复杂微生物结构中电子信号方案设计的第一个贡献，例如，细菌电缆和生物膜，在最大限度地传递信息和保证整个细菌群落的健康之间产生了紧张关系。
2015-01-16 cs.IT math.IT
Average Secrecy Capacity of Free-Space Optical Communication Systems with On-Off Keying Modulation and Threshold Detection
本文研究了自由空间光（FSO）链路中的安全通信问题。特别是，我们研究了平均保密能力的应用物理层安全，以实现安全的FSO通信系统中的二进制电平开关键控强度调制和阈值检测，广泛使用的系统在FSO通信。我们首先定义了我们的系统的瞬时保密容量，然后提供了一个下界，这是基于一个简单的设计原则，为实际应用，并产生一个更简单的方程。接下来，我们推导出平均保密容量的一般表达式和相应的下界的基础上的比特错误概率。最后，对相关对数正态衰落模型的特殊情况进行了数值分析，分析了衰落和信道相关性对平均保密容量的影响。
2016-01-24 cs.IT math.IT
Binary Modelling and Capacity-Approaching Coding for the IM/DD Channel
本文提供了一个新的视角峰值和平均约束高斯信道。这种信道模拟了采用直接检测强度调制（IM/DD）的光无线通信（OWC）系统。首先，本文提出了一种新的，容量保持矢量二进制信道（VBC）模型，由相关的二进制噪声比特管道。然后，为了简化这个VBC的编码，本文提出了不同程度的复杂性，建立在二进制对称信道（BSC）和信道的能力与状态的编码方案。可实现的速率进行比较的容量和容量的界限，示出的编码的BSC与状态的VBC实现接近的能力，在中等到高的信噪比（SNR）的速率，而更简单的方案实现较低的速率在较低的复杂度。所提出的编码方案可使用用于二进制输入信道的容量实现码（诸如极化码）来实现。数值结果验证了理论分析的正确性，并证明了所提格式的适用性。
2023-03-17 cs.IT math.IT
On the Capacity of MIMO Optical Wireless Channels
本文研究了一般多输入多输出（MIMO）自由空间光强信道在单输入天线峰值功率约束和所有输入天线总平均功率约束下的容量。重点是发射天线多于接收天线的情况。在这种情况下，不同的输入向量可以在输出处产生相同的分布，当它们在乘以信道矩阵的情况下产生相同的图像向量时。我们首先确定获得这些图像向量中的每一个的最节能的输入向量。在此基础上，我们推导出一个等效的容量表达式的图像向量，并建立新的下限和上限的容量的信道。当信噪比（SNR）趋于无穷大时，边界匹配，建立高SNR渐近容量。我们还描述了该信道的容量的低SNR斜率。
2020-02-03 cs.IT math.IT
A Comparative Study of Unipolar OFDM Schemes in Gaussian Optical Intensity Channel
研究了在平均光功率约束下，具有高斯噪声的离散时间光强信道中单极正交频分复用（OFDM）的信息速率。几个单，双，和多分量单极OFDM方案被认为是假设独立同分布（i.i.d.）使用高斯或复高斯码本集合和最近邻解码（最小欧几里德距离解码）。我们得到了一系列的信息率结果。这些结果验证了现有的信号噪声和失真比（SNDR）为基础的速率分析，建立某些计划的信息速率的等效性，并证明了在高信噪比（SNR）使用组件复用的明显好处。对于双分量和多分量方案，研究了使信息速率最大化的分量功率分配策略。特别是，通过利用功率分配策略，我们证明了几个多分量方案的方法的高信噪比容量的离散时间高斯OIC平均功率约束下，在0.07比特。
2018-01-04 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity Analysis of Free-Space Optical Links With Nonzero Boresight Pointing Errors
在这项工作中解决的自由空间光学（FSO）的链接，占非零的bohemos指向错误和两种类型的检测技术（即强度调制/直接检测以及外差检测）的统一容量分析。更具体地说，一个精确的封闭形式的表达的时刻的单链路FSO传输系统的端到端的信号噪声比（SNR）的众所周知的初等函数。利用这些新的时刻表达式，我们提出了近似和简单的封闭形式的结果遍历能力在高和低信噪比制度。所有的结果都通过基于计算机的Monte-Carlo模拟进行了验证。
2018-05-15 cs.IT cs.PF math.IT
Capacity and Degree-of-Freedom of OFDM Channels with Amplitude Constraint
本文研究了连续时间幅度受限AWGN信道在射频（RF）和强度调制光通信（OC）信道中的容量和自由度（DoF）缩放。更准确地说，我们研究容量如何在OFDM块传输时间$T$、带宽$W$、幅度$A$和噪声谱密度$N_0$方面变化。我们首先找到合适的离散编码空间的两种情况下，并证明它们是凸集，有一个半定规划（SDP）表示。使用凸几何的工具，我们找到了这些编码集的体积的上下界，我们利用它们来驱动容量的上下界。我们还研究了一个实用的音调保留（TR）编码算法，并证明其性能可以用一个适当的凸集的统计宽度来表征。最近，人们已经观察到，在高维估计问题的约束下，如那些出现在压缩感知（CS）统计宽度起着至关重要的作用。我们讨论了一些影响的TR的性能上的统计宽度。我们还提供了数值模拟来验证这些意见。
2016-05-09 cs.IT math.IT
Secrecy Capacity Analysis and Beamforming Optimization for MIMO-VLC Wiretap Channels
China Mobile Research Institute（中国移动研究院）；SJTU Paris Elite Institute of Technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学巴黎卓越工程师学院）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist), Tsinghua University（清华大学北京信息科学与技术国家研究中心）；Department of Electronic Engineering, Tsinghua University（清华大学电子工程系）；Research Institute, Tsinghua University in Shenzhen（清华大学深圳研究院）
本文针对MIMO-VLC窃听信道，提出基于熵功率不等式的保密容量分析与低复杂度波束成形优化方法，提升通信安全性。
2026-02-13 cs.IT math.IT
Neural Computation of Capacity Region of Memoryless Multiple Access Channels
本文提供了一个数值计算框架的无记忆多址接入信道（MAC）的可达速率区与一个连续的字母表从数据。特别是，我们使用最近的结果变分下界互信息和KL-发散计算MAC的速率区域的边界，使用一组参数化的神经网络的功能。我们的方法依赖于一个变分的下限KL-散度和上界KL-散度的基础上的f-散度不等式。与以前的工作，计算估计的互信息，这是既不是一个下限，也不是一个上限，我们的方法估计的下限互信息。我们的数值结果表明，该方法提供了更紧密的估计相比，基于MINE的估计在大信噪比，同时计算更有效。最后，我们将所提出的方法应用于光强度MAC，并获得了一个新的可实现的速率边界比以前的作品更紧。
2021-05-10 cs.IT math.IT
Mutual Information Rate of Gaussian and Truncated Gaussian Inputs on Intensity-Driven Signal Transduction Channels
本文研究了强度驱动信号转导信道上高斯输入的互信息率，推导了其渐近表达式、近似数值解及闭式上下界，并通过仿真验证了分析的准确性。
2023-06-27 cs.IT math.IT q-bio.QM
On Achievable Rates of Evenly-Spaced Discrete Uniform Distributions in the IM/DD Broadcast Channel
在光无线通信中，采用强度调制和直接检测（IM/DD）的广播信道（BC）通常被建模为峰值约束BC。一个封闭形式的表达其容量区域的峰值约束BC是未知的。本文给出了一类离散输入分布，即均匀间隔离散均匀分布（ESDU）下峰值约束高斯BC的解析容量内界。与提供基准的连续输入分布相比，ESDU在峰值约束高斯信道的应用中更有前途。新得到的容量内界是容易计算的，数值上显示比基准更紧。此外，我们注意到新开发的分析上限的ESDU率，这是紧在所有测试设置。
2022-08-23 cs.IT math.IT
Geometric constellation shaping for wireless optical intensity channels: An information-theoretic approach
针对 IM/DD 光无线强度信道，提出由类指数等概率电平构成的几何星座成形方法，证明其高 SNR 渐近最优性，并通过 16 电平 LDPC 方案获得 0.65 dB 成形增益。
2024-12-02 cs.IT math.IT
Capacity and Achievable Rates of Fading Few-mode MIMO IM/DD Optical Fiber Channels
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
研究了空间路径强度调制直接检测（IM/DD）的多输入多输出（MIMO）光纤信道。空间维度表示用于传输的多个模式，并且它们之间的串扰起源于复用器和解复用器，这是偏振相关的，因此是时变的。从自由空间IM/DD MIMO信道的上限适应光纤的情况下，星座约束容量的建设性估计使用Blahut-Arimoto算法。然后提出了一种自动编码器，以优化实际的MIMO传输的预编码器和检测器，假设在发射机的信道分布知识。预编码器被示出为是鲁棒的信道中的变化。
2022-01-27 cs.IT cs.LG math.IT
The Degraded Discrete-Time Poisson Wiretap Channel
研究了基于强度调制和直接检测的无线光通信系统中的离散泊松窃听信道（DT-PWC）的退化问题。受非负性，峰值和平均强度以及带宽的限制，我们研究的secondary容量实现输入分布的窃听通道，并证明它是唯一的和离散的有限数量的质量点，其中之一位于原点。此外，我们建立，该窃听信道的速率模糊区域的边界上的每一点也是由一个独特的和离散的输入分布与许多质量点。一般情况下，最优分布的质点个数大于2。这与降级的连续时间PWC相比，当信令带宽不受限制并且其中保密容量和速率模糊区域的整个边界由二进制分布实现时。此外，我们扩展我们的分析的情况下，只有平均强度约束是活跃的。对于这种情况下，我们发现，保密能力和整个边界的率模糊区域是由离散分布与可数\textit{infinite}的质量点，但与许多质量点在任何有界的间隔。
2021-01-26 cs.IT cs.SY eess.SY
Adaptive Coded Modulation for IM/DD Free-Space Optical Backhauling: A Probabilistic Shaping Approach
在本文中，我们提出了一种实用的自适应编码调制方案，以接近自由空间光（FSO）信道的容量与强度调制/直接检测的基础上概率成形。编码器有效地适应传输速率的信噪比，占大气湍流引起的衰落。该转发器可以支持任意大量的传输模式，使用低复杂度的信道编码器与一个小的支持速率集。因此，它可以为地面和卫星通信系统中的FSO回程提供解决方案，以实现更高的频谱效率。本文提出了两种算法来确定单极性多进制脉冲幅度调制（M-PAM）信令方案的容量和容量实现分布。然后，根据最优分布对信号星座图进行概率整形，并通过有效的二进制前向纠错方案对整形后的信号进行信道编码。大量的数值结果和模拟提供评估的性能。该方案产生的速率接近FSO信道容量的最小下限。例如，编码调制器在M-PAM容量的0.2dB内操作，并且在每个信道使用3比特的传输速率下，它以超过1.7dB的性能优于均匀信令。
2020-11-28 cs.IT math.IT
Lower Bound on the Capacity of the Continuous-Space SSFM Model of Optical Fiber
考虑了由分步傅立叶方法（SSFM）描述的光纤的离散时间模型的容量作为信噪比$\text{SNR}$和距离$K$中的段数的函数。结果表明，如果$K\geq \text{SNR}^{2/3}$和$\text{SNR} \rightarrow \infty$，所得到的连续空间无损耗模型的容量是下界由$\frac{1}{2}\log_2(1+\text{SNR}) - \frac{1}{2}+ o(1)$，其中$o(1)$趋于零$\text{SNR}$。作为$K\rightarrow \infty$，由于大数定律，符号间干扰（ISI）平均为零，并且SSFM模型倾向于对角相位噪声模型。由此可见，与在高功率下只有一个信号自由度（DoF）的离散空间模型相比，连续空间模型中的DoF的数量至少是输入维度$n$的一半。强度调制和直接检测可以达到这个速率。当$K= \sqrt[δ]{\text{SNR}}$通常以$δ$表征时，下限中的前对数。结果表明，当非线性参数$γ\rightarrow \infty$满足时，连续空间模型的容量为$\frac{1}{2}\log_2(1+\text{SNR})+ o(1)$。考虑了色散矩阵不依赖于$K$时的SSFM模型。结果表明，当$K= \sqrt[δ]{\text{SNR}}$、$δ>3$和$\text{SNR} \rightarrow \infty$为$\fra…
2021-09-26 cs.IT math.IT
Optimizing Constellations for Single-Subcarrier Intensity-Modulated Optical Systems
我们优化的加性高斯白噪声信道的调制格式与非负输入，也被称为强度调制的直接检测通道，有和没有限制他们的晶格结构。我们的优化标准是平均电学、平均光学和峰值功率。将信道输入的非负约束转化为信号空间的圆锥约束，并通过在圆锥内填充球体来设计调制格式。发现了一些密集封装，其产生比先前已知的更节能的调制格式。例如，在1.5 bit/s/Hz的频谱效率下，针对平均电功率优化的调制格式具有超过最佳已知格式的2.55 dB的平均电功率增益，以实现10^-6的符号出错率。针对平均和峰值光功率优化的格式的相应增益分别为1.35和1.72 dB。在平均功率受限系统中使用针对峰值功率优化的调制格式导致比在峰值功率受限系统中使用针对平均功率优化的格式时更小的功率损失。我们还评估的调制格式的互信息，以预测其性能的容量实现纠错码的存在下，并最终显示数值和分析，在宽带制度的可靠传输的最佳调制格式只有一个非零点。
2012-02-07 cs.IT math.IT
Capacity-Optimized Pre-Equalizer Design for Visible Light Communication Systems
针对VLC系统LED带宽受限问题，提出一种平衡带宽与信噪比的模拟预均衡器设计方法，推导容量闭式表达式，最大化信道容量，优于传统带宽优化设计。
2025-05-26 cs.IT eess.SP math.IT
Spectrally and Energy Efficient OFDM (SEE-OFDM) for Intensity Modulated Optical Wireless Systems
频谱和能量高效的正交频分复用（SEE-OFDM）是基于将多个非对称限幅的光OFDM（ACO-OFDM）信号组合成一个OFDM信号的光OFDM技术。通过将不同的分量相加在一起，SEE-OFDM可以实现与DC偏置光OFDM（DCO-OFDM）相同的频谱效率，而没有能量低效的DC偏置。本文介绍了SEE-OFDM符号的多种解码方法，并表明采用硬判决的迭代解码器具有最佳性能。作为多分量格式，SEE-OFDM的不同分量之间的不同能量分配是可能的。然而，等能量分配比不等能量分配性能好1.5 dB。硬判决、迭代减法接收机可以比软判决减法和重构接收机进一步提高性能1.5 dB。SEE-OFDM在相同的误码率（BER）下始终执行3dB或更好，并且具有比ACO-OFDM更高的频谱效率。在相同的BER下比较其他组合方法，当在接收器处使用硬判决时，SEE-OFDM比混合非对称限幅光（OFDM）（HACO-OFDM）的性能好多达3dB，并且比非对称和对称限幅光OFDM（ASCO-OFDM）和增强单极OFDM（eU-OFDM）的性能好多达1.5dB。此外，与其他OFDM格式和ACO-OFDM的组合相比，SEE-OFDM具有最佳的峰均功率比（PAPR），这使得其对于任何范围受限的光源（诸如激光二极管和发光二极管（LED））都是优异的。综上所述，SEE-OFDM被示出具有优异的性质，以从强度调制和直接检测（IM/D…
2015-10-28 cs.IT math.IT
The Mean SIR of Large-Scale Wireless Networks: Its Closed-Form Expression and Main Applications
在一个大规模的无线adhoc网络中，所有的发射机形成一个齐次的泊松点过程，在以前的工作中的信号干扰比（SIR）的统计数据仅导出在瑞利衰落信道的情况下的封闭形式。在这封信中，发现在一般的随机信道（功率）增益，传输距离和功率控制模型的封闭形式的平均SIR。根据推导出的平均SIR，我们首先表明，信道增益的随机性实际上有利于平均SIR，使上界的平均频谱效率增加。然后，我们表明，随机功率控制和机会调度，捕捉信道增益和传输距离的随机性，不仅可以显着提高平均SIR，但降低中断概率。基于平均SIR的吞吐量容量的建议，它可以最大化的唯一的最佳强度的发射机，如果导出的支持集的强度存在。
2015-05-26 cs.IT math.IT
First- and Second-Moment Constrained Gaussian Channels
研究了强度调制直接检测（IM/DD）可见光通信（VLC）系统在光功率和电功率约束下的信道容量。具体而言，它推导出的渐近能力在高和低的信号-噪声比（SNR）制度下的峰值，第一时刻，和第二时刻的限制。结果表明，一阶矩和二阶矩约束从来没有同时活跃在渐近低信噪比政权，只有在少数情况下，在渐近高信噪比政权。此外，二阶矩约束是更严格的渐近低信噪比制度比在高信噪比制度。
2021-02-04 cs.IT math.IT
Neural Capacity Estimators: How Reliable Are They?
Ryerson University（瑞尔森大学）；National Yang-Ming Chiao-Tung University（阳明交通大学）
最近，已经提出了几种使用深度神经网络并且在不知道数据的闭合形式分布的情况下从样本数据估计互信息的方法。这类估计被称为神经互信息估计。虽然非常有前途，这样的技术还没有被严格的基准，以建立其有效性，易于实施，和稳定的容量估计，这是联合最大化框架。在本文中，我们比较了文献中提出的不同技术估计能力，并提供了一个从业者的角度来看，其有效性。特别是，我们研究了互信息神经估计器（MINE），平滑的互信息下界估计器（SMILE）和定向信息神经估计器（DINE）的性能，并提供了对InfoNCE的见解。我们评估了这些算法的能力，学习的输入分布的能力接近的AWGN信道，光强度信道，峰值功率约束的AWGN信道。对于这两种情况，我们对训练过程的各个方面提供了有见地的评论，例如稳定性，对初始化的敏感性。
2022-03-19 cs.IT cs.LG eess.SP
The effect of fading, channel inversion, and threshold scheduling on ad hoc networks
本文解决了三个问题，在该领域的ad hoc网络的容量：i）信道衰落的影响，ii）信道反转功率控制，和iii）基于阈值的调度容量。信道反转和阈值调度可以被视为利用信道状态信息（CSI）而不需要跨发射机的协作的简单方式。我们使用的传输容量（TC）作为我们的度量，定义为成功的同时传输的最大空间强度的中断概率（OP）的约束。通过假设节点位于无限平面上根据泊松过程，我们能够采用随机几何的工具，以获得渐近紧界的信号干扰（SIR）水平的分布，从而产生紧界的OP（相对于一个给定的SIR阈值）和TC。我们证明，在没有CSI的情况下，衰落可以显着降低TC，有点令人惊讶的是，信道反转只会使事情变得更糟。我们开发了一个基于阈值的传输规则，发射机是活跃的，只有当他们的接收机的信道是可以接受的强，获得表达式的最佳阈值，并表明，这种简单的，完全分布式的计划可以显着减少衰落的影响。
2007-07-24 cs.IT math.IT
Finite-Support Structure in i.i.d.-Constrained Capacity of Finite-Memory Poisson Channels
State Key Laboratory of Networking and Switching Technology, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室）；Beijing Key Laboratory of Convergent Communications and Networking Technologies in LEO Satellite Systems（低轨卫星系统融合通信与网络技术北京市重点实验室）
研究有限记忆泊松信道在峰值和平均光强度约束下的i.i.d.约束容量问题，通过对连续状态隐马尔可夫输出过程熵率的研究，证明最大化平稳互信息率的输入分布有有限支撑，采用滤波 - 遗忘估计等方法得出结论。
2026-07-27 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Performance Analysis of Space-to-Ground Optical Satellite Communications
本文针对星地FSO卫星链路，在Fisher-Snedecor湍流信道下推导了平均保密容量、保密中断概率和严格正保密容量的闭合表达式，并揭示了卫星高度、天顶角和湍流强度对物理层安全性能的显著影响。
2024-02-21 cs.IT eess.SP math.IT
A Perspective on Neural Capacity Estimation: Viability and Reliability
最近，已经提出了几种使用深度神经网络从样本数据估计互信息的方法。这些估计器被称为神经互信息估计（NMIE）。NMIE与其他方法不同，因为它们是数据驱动的估计器。因此，它们有潜力在一大类容量问题上表现良好。为了测试各种NMIE的性能，需要建立一个包含容量估计的不同挑战的基准。这就是本文的目的。特别地，我们考虑三种用于基准测试的场景：i经典AWGN信道，ii信道连续输入光强度和峰值功率约束的AWGN信道，iii具有离散输出的信道，即，泊松通道。我们还考虑了扩展到多终端的情况下与iv的AWGN和光学MAC模型。我们认为，在这四种情况下，基准测试一定的NMIE提供了一个实质性的性能测试。本文研究了互信息神经估计器（MINE）、平滑互信息下界估计器（SMILE）和定向信息神经估计器（DINE）的性能。并提供对其他方法性能的见解。总结我们的基准测试结果，MINE提供了最可靠的性能。
2022-10-05 cs.IT cs.LG eess.SP
