大规模MIMO系统原理与设计分析PDF电子书下载

第1章 介绍 1

1.1 点到点MIMO 2

1.2 多用户MIMO 4

1.3 大规模MIMO 6

1.4 时分双工与频分双工 10

1.5 要点总结 12

第2章 模型与准备工作 13

2.1 单天线发射机和单天线接收机 14

2.1.1 相干时间 14

2.1.2 相干带宽 16

2.1.3 相干间隔 17

2.1.4 根据奈奎斯特采样速率解释Tc和Bc 18

2.1.5 TDD相干间隔结构 18

2.1.6 OFDM调制时的相干间隔 19

2.1.7 小尺度和大尺度衰落 22

2.1.8 归一化信号模型和SNR 23

2.2 多天线基站和多个终端 23

2.2.1 单小区系统 24

2.2.2 多小区系统 25

2.3 性能指标——容量界 27

2.3.1 加性高斯噪声确定信道 28

2.3.2 加性非高斯噪声确定信道 29

2.3.3 具有加性高斯噪声及接收端完美CSI的衰落信道 30

2.3.4 具有加性高斯噪声但不具备接收端CSI的衰落信道 30

2.3.5 具有非高斯噪声和边信息的衰落信道 31

2.4 要点总结 32

第3章 单小区系统 35

3.1 上行链路导频和信道估计 36

3.1.1 正交导频 37

3.1.2 接收导频信号的解扩操作 37

3.1.3 MMSE信道估计 38

3.2 上行链路数据传输 39

3.2.1 迫零处理 41

3.2.2 最大比处理 43

3.3 下行链路数据传输 46

3.3.1 线性预编码 47

3.3.2 迫零处理 48

3.3.3 最大比处理 49

3.4 讨论 51

3.4.1 对有效SINR表达式的理解 52

3.4.2 功率控制的意义 53

3.4.3 比例规律和SINR上界 54

3.5 当M〉〉K时，线性处理的准最优性 55

3.6 净频谱效率 58

3.7 限制因素：天线数目及移动性 58

3.8 要点总结 62

第4章 多小区系统 63

4.1 基于导频的上行链路信道估计 65

4.2 上行链路数据传输 66

4.2.1 迫零处理 67

4.2.2 最大比处理 69

4.3 下行链路数据传输 71

4.3.1 迫零处理 72

4.3.2 最大比处理 74

4.4 小结 75

4.4.1 基站天线数趋于无穷时的渐近性能限 76

4.4.2 导频污染的影响 76

4.4.3 非同步导频干扰 77

4.5 要点总结 78

第5章 功率控制准则 79

5.1 引言 80

5.2 给定目标SINR的功率控制 82

5.2.1 单小区系统 82

5.2.2 多小、区系统 83

5.3 最大-最小公平功率控制 83

5.3.1 单小区系统中的最大-最小公平功率控制 84

5.3.2 具有网络范围最大-最小公平的多小区系统 87

5.3.3 用于可忽略相干干扰和全功率的每小区功率控制 88

5.3.4 一致优良的服务 91

5.4 要点总结 92

第6章 案例研究 93

6.1 单小区部署示例：农村地区固定宽带网接入 96

6.1.1 所需天线数和辐射功率 96

6.1.2 最大-最小公平功率控制算法分析 99

6.2 多小区部署：基础和算法 100

6.2.1 多小区分簇模型和导频复用 100

6.2.2 为基站分配终端 102

6.2.3 从服务中丢弃终端 103

6.2.4 导频分配和所需的导频序列长度 104

6.2.5 考虑相干干扰的单小区最大-最小功率控制 104

6.3 多小区部署示例：移动接入 106

6.3.1 密集城区场景 106

6.3.2 郊区场景 107

6.3.3 每个终端最低吞吐量性能 107

6.3.4 附加观察 109

6.3.5 功率控制策略的比较 110

6.4 要点总结 113

第7章 大规模MIMO与传播信道 115

7.1 有利传播与确定信道 116

7.1.1 容量上界 117

7.1.2 与有利传播间的差距 117

7.1.3 有利传播与线性处理 118

7.1.4 奇异值扩散作为有利传播的度量 119

7.2 有利传播与随机信道 120

7.2.1 独立瑞利衰落 120

7.2.2 均匀随机视距传输（UR-LoS） 121

7.2.3 独立瑞利衰落与UR-LoS的比较 122

7.3 有限维度信道 127

7.4 要点总结 128

第8章 最终篇与未来的方向 129

8.1 性能分析的替代方法 130

8.2 多天线终端 130

8.3 导频污染与导频分配 131

8.4 频分双工（FDD）模式下的大规模MIMO 132

8.5 非蜂窝大规模MIMO 132

8.6 信号处理算法 133

8.7 非理想硬件的影响 133

8.8 随机接入与资源分配 134

8.9 总能效 135

附录A 循环对称复高斯向量 137

A.1 复高斯随机向量 138

A.2 循环对称的复高斯随机向量 138

A.2.1 伪协方差矩阵 139

A.2.2 概率密度函数 139

A.2.3 线性变换 141

A.2.4 四阶矩 142

附录B 有用的随机矩阵结果 143

B.1 对称性 144

B.2 QR分解 145

B.3 期望值 147

附录C 容量和容量定界工具 149

C.1 Jensen不等式 150

C.2 点到点的标量信道 151

C.2.1 熵的转化不变性 152

C.2.2 高斯分布使熵最大化 152

C.2.3 带有加性高斯噪声的确定信道 153

C.2.4 带有加性非高斯噪声的确定信道 154

C.2.5 带有高斯噪声和接收端理想CSI的衰落信道 155

C.2.6 带有非高斯噪声和边信息的衰落信道 155

C.3 点到点的MIMO信道 157

C.3.1 确定的MIMO信道 157

C.3.2 接收端具有理想CSI时的MIMO衰落信道 159

C.4 多用户MIMO信道 159

C.4.1 多接入信道（上行） 161

C.4.2 广播信道（下行） 163

C.4.3 衰落与非理想CSI 166

附录D 单小区容量定界的替代方法 167

D.1 上行迫零传输 168

D.1.1 通过Jensen不等式获得容量下界 168

D.1.2 下界的紧致性 169

D.2 上行的最大比传输 170

D.2.1 基于Jensen不等式的容量下界 170

D.2.2 界的比较 171

D.3 下行的最大比处理 172

附录E 多小区系统中的渐近SINR 175

附录F 链路预算的计算 179

附录G 六边形中的均匀分布点 181

附录H 缩写和注释 185

参考文献 191