MIMO无线通信 从真实世界的传播到空-时编码的设计PDF电子书下载

第1章 多天线通信导论 1

1.1 阵列处理的简要回顾 1

1.2 多天线系统的空-时无线信道 1

1.3 无线通信系统中多天线的使用 4

1.3.1 分集技术 4

1.3.2 复用容量 6

1.4 单输入多输出系统 6

1.4.1 经选择合并的接收分集 7

1.4.2 经增益合并的接收分集 7

1.4.3 经混合选择合并或增益合并的接收分集 9

1.5 多输入单输出系统 10

1.5.1 切换的多波束天线 10

1.5.2 经匹配波束形成的发射分集 10

1.5.3 零导向和最优波束形成 11

1.5.4 经空-时编码的发射分集 11

1.5.5 间接发射分集 12

1.6 多输入多输出系统 13

1.6.1 具有完整发射信道知识的MIMO系统 13

1.6.2 没有发射信道知识的MIMO系统 15

1.6.3 具有部分发射信道知识的MIMO系统 17

1.7 商业无线通信系统中的多天线技术 18

第2章 MIMO信道的物理模型 19

2.1 多维信道模型 19

2.1.1 双向信道的脉冲响应 19

2.1.2 多维相关函数和平稳性 23

2.1.3 信道衰落、K因子和多普勒谱 24

2.1.4 功率延迟和方向谱 26

2.1.5 从双向传播到MIMO信道 27

2.1.6 信道矩阵的统计特性 29

2.1.7 离散信道建模：取样定理回顾 31

2.1.8 物理模型和解析模型 32

2.2 电磁模型 32

2.2.1 基于辐射的确定性方法 32

2.2.2 多极化信道 33

2.3 基于几何学的模型 35

2.3.1 单环模型 35

2.3.2 双环模型 37

2.3.3 组合椭圆环模型 37

2.3.4 椭圆和圆模型 39

2.3.5 基于几何的模型到双极化信道的推广 39

2.4 经验模型 40

2.4.1 推广的Saleh-Valenzuela模型 40

2.4.2 斯坦福大学过渡型信道模型 41

2.4.3 COST模型 42

2.5 标准化模型 42

2.5.1 IEEE 802.11 TGn模型 43

2.5.2 IEEE 802.16d/e模型 43

2.5.3 3GPP/3GPP2空间信道模型 44

2.6 MIMO系统中的天线 44

2.6.1 关于天线阵列 44

2.6.2 互耦合 44

第3章 用于系统设计的MIMO信道解析表示 48

3.1 具有相关性的MIMO信道的一般表示 48

3.1.1 瑞利衰落信道 48

3.1.2 莱斯衰落信道 49

3.1.3 双极化信道 50

3.1.4 孔洞信道的双瑞利衰落模型 53

3.2 简化的高斯MIMO信道表示 53

3.2.1 克罗内克模型 54

3.2.2 虚拟信道表示 54

3.2.3 特征波束模型 56

3.3　基于传播的MIMO系统的量度 57

3.3.1　比较模型和相关矩阵 58

3.3.2　多径丰富性的描述 58

3.3.3　MIMO信道非平稳性的测量 60

3.4　信道物理模型与其解析表示间的关系 64

3.4.1　克罗内克模型的似是而非 64

3.4.2　数值例子 66

3.4.3　解析模型间的比较：一种系统观点 71

第4章 互信息和实际随机MIMO信道的容量 73

4.1　具有完整发射信道知识的衰落信道容量 73

4.2　具有部分发射信道知识的独立同分布瑞利快衰落信道的遍历容量 76

4.3　互信息和具有部分发射信道知识的相关瑞利信道容量 82

4.3.1　等功率分配时的互信息 82

4.3.2　具有部分发射信道信息的相关瑞利信道的遍历容量 87

4.4　具有部分发射信道知识的莱斯信道互信息和容量 89

4.4.1　等功率分配时的互信息 89

4.4.2　具有部分发射信道知识的遍历容量 90

4.5　一些特殊信道上的互信息 91

4.5.1　双极化信道 91

4.5.2　天线耦合对互信息的影响 93

4.6　独立同分布瑞利慢衰落信道的中断容量和分集-多路复用的折中 95

4.6.1　无穷大信噪比情况 96

4.6.2　有限信噪比情况 100

4.7　半相关瑞利和莱斯慢衰落信道中的中断容量和分集-多路复用折中 101

第5章 独立同分布瑞利平坦衰落信道上的空-时编码 104

5.1　空-时编码的回顾 104

5.2　系统模型 105

5.3　由差错概率引出的设计方法 105

5.3.1　快衰落MIMO信道：距离-乘积准则 106

5.3.2　慢衰落MIMO信道：秩-行列式和秩-迹准则 107

5.4 由信息论引出的设计方法 109

5.4.1　快衰落MIMO信道：达到遍历容量 109

5.4.2　慢衰落MIMO信道：达到分集-多路复用折中 110

5.5　空-时分组编码 114

5.5.1　线性空-时分组码的一般构架 114

5.5.2　空间多路复用和V-BLAST 119

5.5.3 D-BLAST 128

5.5.4　正交空-时分组码 130

5.5.5　准正交空-时分组码 135

5.5.6　线性散布码 137

5.5.7　代数空-时码 138

5.5.8　全局性能比较 142

5.6　空-时格型编码 144

5.6.1　空-时格型编码 144

5.6.2　超正交空-时格型编码 151

第6章 真实MIMO信道的差错概率 153

6.1 一种条件成对差错概率方法 153

6.1.1 退化信道 153

6.1.2 空间多路复用例子 156

6.2 平均成对差错概率方法介绍 158

6.3 瑞利衰落信道中的平均成对差错概率 161

6.3.1 高信噪比方法 161

6.3.2 中等信噪比方法 168

6.3.3 低信噪比方法 174

6.3.4 总结和例子 174

6.4 莱斯衰落信道中的平均成对差错概率 177

6.4.1 高信噪比方法 177

6.4.2 中等信噪比方法 180

6.4.3 低信噪比方法 181

6.4.4 总结和例子 182

6.5 双极化信道中的平均成对差错概率 183

6.5.1 正交空-时分组码的性能 184

6.5.2 空间多路复用的性能 186

6.6 关于实际信道中空-时编码设计的一些想法 188

第7章　未知发射信道知识的实际MIMO系统信道上的空-时编码 189

7.1　根据信息论的设计方法 189

7.2　慢衰落信道下基于信息论的编码设计 190

7.2.1　一般编码设计准则 190

7.2.2　MISO信道 192

7.2.3　并行信道 193

7.3　基于差错概率的设计方法 195

7.3.1　具有健壮性的编码设计 195

7.3.2　退化信道中的平均成对差错概率 196

7.3.3　灾变编码和一般设计准则 198

7.4　慢衰落信道中基于差错概率的编码设计 203

7.4.1　满秩编码 203

7.4.2　线性空-时分组编码 203

7.4.3　基于虚拟信道表示的设计准则 205

7.4.4　与基于信息论方法设计编码的关系 206

7.4.5　慢衰落信道下实用化的编码设计 207

7.5　快衰落信道中基于差错概率的编码设计 215

7.5.1　乘性灾变编码 215

7.5.2　快衰落信道下的实用化编码设计 215

第8章　具有部分发射信道知识的空-时编码 219

8.1　基于信道统计特性的预编码技术导论 220

8.1.1　总体框架 220

8.1.2　基于信息论的设计方法 221

8.1.3　基于差错概率的设计方法 222

8.2　对正交空-时分组码的基于信道统计特性的预编码 222

8.2.1　克罗内克瑞利衰落信道的最优预编码 223

8.2.2　非克罗内克瑞利衰落信道的最优预编码 227

8.2.3　莱斯衰落信道的最优预编码 227

8.3　对非单位差错矩阵的基于信道统计特性的预编码 229

8.4　对空间多路复用的基于信道统计特性的预编码 232

8.4.1　波束形成 233

8.4.2　星座整形 233

8.4.3　星座整形的非线性方法 240

8.4.4 次最佳接收机的预编码器设计 243

8.5　量化预编码和天线选择技术导论 244

8.6　对主特征模式发射的量化预编码和天线选择 244

8.6.1　独立同分布瑞利衰落信道下的选择准则和码书设计 245

8.6.2　天线选择和可达分集增益 246

8.6.3　需要多少反馈比特 247

8.6.4　空间相关瑞利衰落信道下的选择准则和码书设计 247

8.7　正交空-时分组码的量化预编码和天线选择 248

8.7.1　选择准则和码书设计 248

8.7.2　天线子集选择和可达分集增益 249

8.8　对空间多路复用的量化预编码和天线选择 251

8.8.1　选择准则和码书设计 251

8.8.2　解码策略对差错概率的影响 252

8.8.3　推广至多模式预编码 253

8.9　基于信息论的量化预编码 254

第9章 频率选择性信道的空-时编码 256

9.1　单载波与多载波发射 256

9.1.1　单载波发射 256

9.1.2　多载波发射：MIMO-OFDM 257

9.1.3　单载波和多载波传输的统一表示 261

9.2　从信息论方面考虑频率选择性MIMO信道 262

9.2.1　容量考虑 262

9.2.2　等功率分配时的互信息 263

9.2.3　分集-多路复用折中 263

9.3　平均成对差错概率 264

9.4　瑞利衰落信道中单载波发射时的编码设计准则 265

9.4.1　广义延时-分集 265

9.4.2　Lindskog-Paulraj方案 266

9.4.3　替代结构 267

9.5　瑞利衰落信道中空-频编码MIMO-OFDM发射时的编码设计准则 267

9.5.1　分集增益分析 267

9.5.2　编码增益分析 270

9.5.3　空-频线性分组码 271

9.5.4　循环延时-分集 274

9.6　关于空间相关的频率选择性信道中编码的健壮性 277

9.6.1　退化抽头 277

9.6.2 空-频MIMO-OFDM的应用 278

附录A　数学公式和矩阵运算性质 280

附录B　复高斯随机变量和矩阵 282

附录C　斯坦福大学过渡型信道模型 285

附录D　关于阻抗参数的最小散射体天线耦合模型 287

附录E　平均成对差错概率的推导 291

缩写词表 295

数学符号表 297

参考文献 298