Capacity bounds for amplitude-constrained MIMO channels

Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) wireless communication systems have garnered immense interest in the field of research as well as in the industry due to its capabilities to improve spectral efficiency and operational reliability. It has been shown by the analysis of classic channel models under the assumptions of constraints that MIMO technology is able to linearly increase the rate of information transfer by making use of multiple transmit and receive antennas operating in the same frequency bandwidth. The objective of this thesis is to study the capacity of MIMO channels with amplitude constraints. In particular, upper and lower bounds on the capacity have been evaluated for arbitrary, fixed channel matrices and further improvement in performance has been shown through postcoding at the receiver. Finally, a finite, analytical upper bound to the gap between the capacity bounds is provided for 2*2 MIMO case.

I sistemi di comunicazione wireless MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) hanno riscosso un enorme interesse nel campo della ricerca e nel settore grazie alle sue capacità di migliorare l'efficienza spettrale e l'affidabilità operativa. È stato dimostrato dall'analisi dei modelli di canali classici sotto l'ipotesi di vincoli che la tecnologia MIMO è in grado di aumentare linearmente la velocità di trasferimento delle informazioni, facendo uso di più antenne di trasmissione e ricezione che operano nella stessa larghezza di banda di frequenza. L'obiettivo di questa tesi è quello di studiare la capacità dei canali MIMO con limiti di ampiezza. In particolare, vengono proposti dei bound superiore e inferiore alla capacità di canale quando la realizzazione della matrice di fading è nota sia al trasmettitore che al ricevitore. Un ulteriore miglioramento delle prestazioni è stato dimostrato attraverso la post-codifica sul ricevitore. Infine, un limite finito e analitico al gap tra i bound di capacità viene fornito per il caso 2 * 2 MIMO.