`
` 7
`AndreaGoldsmith |
`
`a
`
`“—
`
`APPLE ETAL. 1017
`
`1
`
`APPLE ET AL. 1017
`
`

`

`
`
`2
`
`

`

`WIRELESS COMMUNICATIONS
`
`Andrea Goldsmith
`
`Stanford University
`
`3
`
`

`

`The possession of knowledge does not kill the sense of wonder and mystery.
`
`Ana¨ıs Nin
`
`Copyright c(cid:1) 2005 by Cambridge University Press.
`
`This material is in copyright. Subject to statutory exception and to the provisions of relevant collective licensing
`agreements, no reproduction of any part may take place without the written permission of Cambridge University
`Press.
`
`4
`
`

`

`Contents
`
`1 Overview of Wireless Communications
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.1 History of Wireless Communications .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.2 Wireless Vision .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.3 Technical Issues .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4 Current Wireless Systems .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.1 Cellular Telephone Systems
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.2 Cordless Phones
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.3 Wireless LANs .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.4 Wide Area Wireless Data Services .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.5 Broadband Wireless Access
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.6
`Paging Systems .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.7
`Satellite Networks
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.4.8 Low-Cost Low-Power Radios: Bluetooth and Zigbee .
`1.4.9 Ultrawideband Radios
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.5 The Wireless Spectrum .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.5.1 Methods for Spectrum Allocation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`1.5.2
`Spectrum Allocations for Existing Systems .
`.
`.
`.
`.
`.
`1.6 Standards .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`2 Path Loss and Shadowing
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.1 Radio Wave Propagation .
`.
`.
`.
`.
`.
`2.2 Transmit and Receive Signal Models .
`.
`.
`.
`.
`.
`2.3 Free-Space Path Loss .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.4 Ray Tracing .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.4.1 Two-Ray Model
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.4.2
`Ten-Ray Model (Dielectric Canyon) .
`.
`2.4.3 General Ray Tracing .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.4.4 Local Mean Received Power .
`.
`.
`.
`.
`.
`2.5 Empirical Path Loss Models
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.5.1 The Okumura Model .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.5.2 Hata Model .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.5.3 COST 231 Extension to Hata Model .
`2.5.4
`Piecewise Linear (Multi-Slope) Model .
`2.5.5
`Indoor Attenuation Factors .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.6 Simplified Path Loss Model .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.7 Shadow Fading .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`1
`1
`4
`5
`7
`7
`11
`12
`13
`14
`14
`15
`15
`16
`17
`17
`18
`19
`
`24
`25
`26
`28
`29
`30
`33
`34
`36
`36
`37
`37
`38
`38
`39
`40
`42
`
`iii
`
`5
`
`

`

`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`2.8 Combined Path Loss and Shadowing .
`2.9 Outage Probability under Path Loss and Shadowing .
`2.10 Cell Coverage Area .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`3 Statistical Multipath Channel Models
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.1 Time-Varying Channel Impulse Response .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.2 Narrowband Fading Models
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.2.1 Autocorrelation, Cross Correlation, and Power Spectral Density .
`3.2.2 Envelope and Power Distributions .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.2.3 Level Crossing Rate and Average Fade Duration .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.2.4
`Finite State Markov Channels
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.3 Wideband Fading Models .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.3.1
`Power Delay Profile
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.3.2 Coherence Bandwidth .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.3.3 Doppler Power Spectrum and Channel Coherence Time
`.
`.
`.
`.
`.
`3.3.4 Transforms for Autocorrelation and Scattering Functions .
`.
`.
`.
`.
`3.4 Discrete-Time Model
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`3.5 Space-Time Channel Models .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`
`.
`.
`
`4 Capacity of Wireless Channels
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`4.1 Capacity in AWGN .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`4.2 Capacity of Flat-Fading Channels
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`4.2.1 Channel and System Model
`.
`.
`4.2.2 Channel Distribution Information (CDI) Known .
`.
`.
`4.2.3 Channel Side Information at Receiver .
`.
`.
`.
`.
`.
`4.2.4 Channel Side Information at Transmitter and Receiver
`4.2.5 Capacity with Receiver Diversity .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`4.2.6 Capacity Comparisons .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`4.3 Capacity of Frequency-Selective Fading Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`4.3.1 Time-Invariant Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`4.3.2 Time-Varying Channels
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`
`.
`.
`.
`
`5 Digital Modulation and Detection
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.1 Signal Space Analysis .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.1.1
`Signal and System Model
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.1.2 Geometric Representation of Signals .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.1.3 Receiver Structure and Sufficient Statistics
`5.1.4 Decision Regions and the Maximum Likelihood Decision Criterion .
`5.1.5 Error Probability and the Union Bound .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.2 Passband Modulation Principles
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.3 Amplitude and Phase Modulation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.3.1
`Pulse Amplitude Modulation (MPAM) .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.3.2
`Phase Shift Keying (MPSK)
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.3.3 Quadrature Amplitude Modulation (MQAM) .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.3.4 Differential Modulation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.3.5 Constellation Shaping .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.3.6 Quadrature Offset .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`45
`45
`46
`
`58
`58
`63
`64
`69
`72
`74
`75
`77
`79
`81
`82
`83
`84
`
`91
`92
`.
`93
`.
`93
`.
`94
`.
`95
`.
`98
`.
`. 103
`. 104
`. 106
`. 106
`. 108
`
`116
`. 117
`. 117
`. 118
`. 121
`. 124
`. 127
`. 131
`. 131
`. 132
`. 135
`. 136
`. 138
`. 140
`. 141
`
`6
`
`

`

`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.4 Frequency Modulation .
`5.4.1
`Frequency Shift Keying (FSK) and Minimum Shift Keying (MSK) .
`5.4.2 Continuous-Phase FSK (CPFSK)
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.4.3 Noncoherent Detection of FSK .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.5 Pulse Shaping .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.6 Symbol Synchronization and Carrier Phase Recovery .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.6.1 Receiver Structure with Phase and Timing Recovery .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.6.2 Maximum Likelihood Phase Estimation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`5.6.3 Maximum Likelihood Timing Estimation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`6 Performance of Digital Modulation over Wireless Channels
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1 AWGN Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1.1
`Signal-to-Noise Power Ratio and Bit/Symbol Energy .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1.2 Error Probability for BPSK and QPSK .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1.3 Error Probability for MPSK .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1.4 Error Probability for MPAM and MQAM .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1.5 Error Probability for FSK and CPFSK .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1.6 Error Probability Approximation for Coherent Modulations
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.1.7 Error Probability for Differential Modulation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.2 Alternate Q Function Representation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.3 Fading .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.3.1 Outage Probability .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.3.2 Average Probability of Error .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.3.3 Moment Generating Function Approach to Average Error Probability .
`6.3.4 Combined Outage and Average Error Probability .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.4 Doppler Spread .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`6.5
`Intersymbol Interference .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`7 Diversity
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.1 Realization of Independent Fading Paths .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.2 Receiver Diversity .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.2.1
`System Model
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.2.2
`Selection Combining .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.2.3 Threshold Combining .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.2.4 Maximal Ratio Combining .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.2.5 Equal-Gain Combining .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.3 Transmitter Diversity .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.3.1 Channel Known at Transmitter .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.3.2 Channel Unknown at Transmitter - The Alamouti Scheme .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.4 Moment Generating Functions in Diversity Analysis
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.4.1 Diversity Analysis for MRC .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.4.2 Diversity Analysis for EGC and SC .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`7.4.3 Diversity Analysis for Noncoherent and Differentially Coherent Modulation .
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`. 141
`. 142
`. 143
`. 144
`. 145
`. 148
`. 148
`. 150
`. 152
`
`159
`. 159
`. 159
`. 160
`. 162
`. 163
`. 165
`. 166
`. 166
`. 168
`. 168
`. 169
`. 170
`. 171
`. 176
`. 177
`. 179
`
`190
`. 190
`. 191
`. 191
`. 193
`. 196
`. 199
`. 200
`. 202
`. 202
`. 203
`. 205
`. 205
`. 208
`. 209
`
`7
`
`

`

`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`8 Coding for Wireless Channels
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.1 Overview of Code Design .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.2 Linear Block Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.2.1 Binary Linear Block Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.2.2 Generator Matrix .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.2.3
`Parity Check Matrix and Syndrome Testing .
`.
`.
`8.2.4 Cyclic Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.2.5 Hard Decision Decoding (HDD) .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.2.6
`Probability of Error for HDD in AWGN .
`.
`.
`.
`.
`8.2.7
`Probability of Error for SDD in AWGN .
`.
`.
`.
`.
`8.2.8 Common Linear Block Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.2.9 Nonbinary Block Codes: the Reed Solomon Code
`.
`8.3 Convolutional Codes
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.3.1 Code Characterization: Trellis Diagrams
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.3.2 Maximum Likelihood Decoding .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.3.3 The Viterbi Algorithm .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.3.4 Distance Properties .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.3.5
`State Diagrams and Transfer Functions
`.
`.
`.
`.
`.
`8.3.6 Error Probability for Convolutional Codes .
`.
`.
`.
`.
`8.4 Concatenated Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.5 Turbo Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.6 Low Density Parity Check Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.7 Coded Modulation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.8 Coding and Interleaving for Fading Channels
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.8.1 Block Coding with Interleaving .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.8.2 Convolutional Coding with Interleaving .
`.
`.
`.
`.
`8.8.3 Coded Modulation with Symbol/Bit Interleaving .
`8.9 Unequal Error Protection Codes
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`8.10 Joint Source and Channel Coding .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`
`9 Adaptive Modulation and Coding
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.1 Adaptive Transmission System .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.2 Adaptive Techniques .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.2.1 Variable-Rate Techniques
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.2.2 Variable-Power Techniques .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.2.3 Variable Error Probability .
`.
`.
`.
`.
`.
`9.2.4 Variable-Coding Techniques .
`.
`.
`.
`.
`.
`9.2.5 Hybrid Techniques .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.3 Variable-Rate Variable-Power MQAM .
`.
`.
`.
`.
`9.3.1 Error Probability Bounds .
`.
`.
`.
`.
`.
`9.3.2 Adaptive Rate and Power Schemes .
`.
`.
`9.3.3 Channel Inversion with Fixed Rate .
`.
`.
`9.3.4 Discrete Rate Adaptation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.3.5 Average Fade Region Duration .
`.
`.
`9.3.6 Exact versus Approximate Pb
`.
`.
`.
`.
`.
`9.3.7
`Channel Estimation Error and Delay .
`9.3.8 Adaptive Coded Modulation .
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`213
`. 214
`. 214
`. 215
`. 217
`. 219
`. 220
`. 222
`. 224
`. 226
`. 227
`. 228
`. 229
`. 229
`. 232
`. 234
`. 235
`. 236
`. 238
`. 240
`. 240
`. 243
`. 244
`. 247
`. 248
`. 250
`. 251
`. 251
`. 253
`
`263
`. 264
`. 265
`. 265
`. 266
`. 267
`. 267
`. 268
`. 268
`. 268
`. 269
`. 270
`. 271
`. 276
`. 277
`. 279
`. 280
`
`8
`
`

`

`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.4 General M -ary Modulations .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.4.1 Continuous Rate Adaptation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.4.2 Discrete Rate Adaptation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`9.4.3 Average BER Target
`.
`.
`.
`.
`.
`9.5 Adaptive Techniques in Combined Fast and Slow Fading .
`
`10 Multiple Antennas and Space-Time Communications
`.
`.
`.
`.
`10.1 Narrowband MIMO Model .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.2 Parallel Decomposition of the MIMO Channel .
`.
`.
`.
`.
`.
`10.3 MIMO Channel Capacity .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.3.1 Static Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.3.2 Fading Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.4 MIMO Diversity Gain: Beamforming .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.5 Diversity/Multiplexing Tradeoffs .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.6 Space-Time Modulation and Coding .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.6.1 ML Detection and Pairwise Error Probability .
`.
`10.6.2 Rank and Determinant Criterion .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.6.3 Space-Time Trellis and Block Codes .
`.
`.
`.
`.
`.
`10.6.4 Spatial Multiplexing and BLAST Architectures .
`10.7 Frequency-Selective MIMO Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`10.8 Smart Antennas .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`11 Equalization
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.1 Equalizer Noise Enhancement
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.2 Equalizer Types .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.3 Folded Spectrum and ISI-Free Transmission .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.4 Linear Equalizers .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.4.1 Zero Forcing (ZF) Equalizers
`.
`.
`.
`.
`11.4.2 Minimum Mean Square Error (MMSE) Equalizer .
`11.5 Maximum Likelihood Sequence Estimation .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.6 Decision-Feedback Equalization .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.7 Other Equalization Methods
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`11.8 Adaptive Equalizers: Training and Tracking .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`12 Multicarrier Modulation
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.1 Data Transmission using Multiple Carriers .
`.
`.
`.
`.
`12.2 Multicarrier Modulation with Overlapping Subchannels .
`.
`.
`.
`.
`12.3 Mitigation of Subcarrier Fading .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.3.1 Coding with Interleaving over Time and Frequency .
`.
`.
`12.3.2 Frequency Equalization .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.3.3 Precoding .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.3.4 Adaptive Loading .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.4 Discrete Implementation of Multicarrier .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.4.1 The DFT and its Properties .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.4.2 The Cyclic Prefix .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.4.3 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) .
`12.4.4 Matrix Representation of OFDM .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`. 282
`. 282
`. 285
`. 286
`. 289
`
`299
`. 299
`. 301
`. 303
`. 303
`. 306
`. 309
`. 311
`. 312
`. 313
`. 314
`. 314
`. 315
`. 317
`. 317
`
`327
`. 328
`. 329
`. 329
`. 333
`. 333
`. 334
`. 337
`. 338
`. 340
`. 340
`
`350
`. 351
`. 353
`. 355
`. 356
`. 356
`. 356
`. 357
`. 358
`. 358
`. 359
`. 360
`. 362
`
`9
`
`

`

`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.4.5 Vector Coding .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.5 Challenges in Multicarrier Systems .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.5.1 Peak to Average Power Ratio .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`12.5.2 Frequency and Timing Offset
`12.6 Case Study: The IEEE 802.11a Wireless LAN Standard .
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`13 Spread Spectrum
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.1 Spread Spectrum Principles .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.2 Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.2.1 DSSS System Model .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.2.2 Spreading Codes for ISI Rejection: Random, Pseudorandom, and m-Sequences .
`13.2.3 Synchronization .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.2.4 RAKE receivers
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.3 Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS) .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.4 Multiuser DSSS Systems .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.4.1 Spreading Codes for Multiuser DSSS .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.4.2 Downlink Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.4.3 Uplink Channels .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.4.4 Multiuser Detection .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.4.5 Multicarrier CDMA .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`13.5 Multiuser FHSS Systems .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`14 Multiuser Systems
`.
`.
`14.1 Multiuser Channels: The Uplink and Downlink .
`.
`.
`14.2 Multiple Access .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.2.1 Frequency-Division Multiple Access (FDMA)
`14.2.2 Time-Division Multiple Access (TDMA)
`.
`.
`14.2.3 Code-Division Multiple Access (CDMA)
`.
`.
`14.2.4 Space-Division .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.2.5 Hybrid Techniques .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.3 Random Access .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.3.1 Pure ALOHA .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.3.2 Slotted ALOHA .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.3.3 Carrier Sense Multiple Access .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.3.4 Scheduling .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.4 Power Control
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.5 Downlink (Broadcast) Channel Capacity .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.5.1 Channel Model .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.5.2 Capacity in AWGN .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.5.3 Common Data .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.5.4 Capacity in Fading .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.5.5 Capacity with Multiple Antennas
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.6 Uplink (Multiple Access) Channel Capacity .
`.
`.
`.
`.
`14.6.1 Capacity in AWGN .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.6.2 Capacity in Fading .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.6.3 Capacity with Multiple Antennas
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`14.7 Uplink/Downlink Duality .
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`.
`
`. 364
`. 367
`. 367
`. 369
`. 370
`
`378
`. 378
`. 383
`. 383
`. 387
`. 390
`. 392
`. 393
`. 395
`. 396
`. 399
`. 404
`. 408
`. 410
`. 411
`
`422
`. 422
`. 424
`. 424
`. 426
`. 427
`. 429
`. 429
`. 430
`. 431
`. 432
`. 433
`. 434
`. 435
`. 437
`. 437
`. 438
`. 444
`. 444
`. 448
`. 450
`. 450
`. 453
`. 455
`. 455
`
`10
`
`