MIMO多天線無線通信系統(tǒng)

前言

　　經(jīng)過近10年的研究，MIMO多天線無線通信系統(tǒng)開始由概念模型和系統(tǒng)設(shè)計走向系統(tǒng)研制。IEEE 802．16e將MIMO多天線無線通信系統(tǒng)作為其無線通信系統(tǒng)架構(gòu)?！　∥覈畔⒓夹g(shù)領(lǐng)域國家科技重大專項與國家高科技發(fā)展課題均將MIMO多天線無線通信系統(tǒng)列為新一代無線通信系統(tǒng)的主要實現(xiàn)系統(tǒng)。但是，目前國外出版的相關(guān)著作偏重理論，偏重單一算法或數(shù)學(xué)上的完美卻難以實現(xiàn)的算法，無法滿足MIMO多天線無線通信系統(tǒng)研制的需要。本書內(nèi)容結(jié)合目前信息技術(shù)領(lǐng)域國家科技重大專項與國家高科技發(fā)展課題研究的需要，給出了MIMO多天線無線通信系統(tǒng)設(shè)計與算法，可滿足從事相關(guān)課題研究與系統(tǒng)研制人員的研發(fā)需要，所給出的系統(tǒng)方案具有明確的應(yīng)用背景和市場前景?！　EEE 802．16e標(biāo)準(zhǔn)雖然直接給出了MIMO系統(tǒng)的空時編碼方案，但未給出基站及移動臺的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計與算法，使得其在MIMO多天線無線通信系統(tǒng)的研制中具有較大的不確定性；IEEE 802．16e標(biāo)準(zhǔn)直接給出了MIMO系統(tǒng)空時編碼方案，但未給出其基本原理，使得系統(tǒng)研制者不清楚其空時編碼方案的原理與理論依據(jù)。本書將解決上述問題，結(jié)合最新MIMO系統(tǒng)空時編碼研究結(jié)果，提供具體的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)算法。　　目前熱點研究的MIMO多天線無線通信系統(tǒng)與智能天線無線通信系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計、信號處理算法上有何區(qū)別？能否直接將TD-SCDMA智能天線無線通信系統(tǒng)的設(shè)計與算法用到：MIMO多天線無線通信系統(tǒng)中？本書將詳細(xì)介紹兩者的系統(tǒng)設(shè)計和算法，并指出其根本區(qū)別?！　‖F(xiàn)有MIMO多天線無線通信系統(tǒng)方面的著作，未考慮LDPC編解碼對空間分集系統(tǒng)或空間復(fù)用系統(tǒng)的性能增強(qiáng)作用，尤其在空間復(fù)用系統(tǒng)中，空間信道的部分相關(guān)性會產(chǎn)生嚴(yán)重的共信道干擾。MIMO多天線技術(shù)本身并不能消除這類干擾。IEEE 802．16e雖然考慮了MIMO多天線無線通信系統(tǒng)中的LDPC編解碼方案，但是未給出其L，DPC編解碼方案的算法與具體的LDPC編解碼系統(tǒng)設(shè)計。本書則給出MIMO多天線無線通信系統(tǒng)中的LDPC編解碼設(shè)計與算法。　　本書以北京交通大學(xué)完成的國家自然科學(xué)基金課題和教育部博士點基金課題研究的內(nèi)容為主，主要參考了參加國家自然科學(xué)基金課題和教育部博士點基金課題的博士生與碩士生發(fā)表的論文和他們的實驗結(jié)果，同時部分參考和引用了國內(nèi)外相關(guān)研究論文的結(jié)果?！　”緯勺鳛楦叩仍盒Ｍㄐ排c電子系統(tǒng)方面的研究生教材或參考書，亦可作為MIMO多天線無線通信系統(tǒng)方面的研發(fā)人員的參考書。

內(nèi)容概要

　　MIMO多天線無線通信系統(tǒng)為智能天線無線通信系統(tǒng)之后的新型無線通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)實現(xiàn)可獲得空間分集增益或空間復(fù)用功能，進(jìn)而提高信號傳輸質(zhì)量，降低誤碼率或提高頻譜利用率。本書將系統(tǒng)介紹MIMO多天線無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)設(shè)計與實現(xiàn)涉及的空時信號處理與空時編解碼技術(shù)，同時介紹智能天線無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)?！　”緯鴥?nèi)容兼顧MIMO多天線無線通信系統(tǒng)和智能天線無線通信系統(tǒng)的基本原理、算法、系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)實現(xiàn)，可作為高等院校通信與電子系統(tǒng)方面的研究生教材或參考書，亦可作為MIMO多天線無線通信系統(tǒng)方面的研發(fā)人員的參考書。

作者簡介

　　肖揚(yáng)，北京交通大學(xué)信息科學(xué)研究所教授、博士生導(dǎo)師。通信信號處理領(lǐng)域的知名學(xué)者。曾作為訪問教授在德國及韓國進(jìn)行過該領(lǐng)域多項重要合作項目的研究；主持多項國家自然科學(xué)基金相關(guān)課題、國際合作項目及教育部博士生基金課題，已出版信號處理和系統(tǒng)理論方面的專著3部。

書籍目錄

第1章　緒論　　1.1　MIMO技術(shù)　　1.2　智能天線技術(shù)　　1.3　IMT-Advanced技術(shù)與多天線無線通信系統(tǒng)　　1.4　本書的梗概　第2章　MIMO信道模型　　2.1　無線信道衰落模型　　2.2　無線衰落信道的主要特性　　2.3　無線信道建?！　?.4　MIMO無線信道　　2.5　MIMO信道仿真模型　　2.6　MIMO系統(tǒng)的容量　　2.7　多用戶MIMO-DS/CDMA系統(tǒng)的容量　　參考文獻(xiàn)　第3章　MIMO信道估計與均衡　　3.1　MIMO信道估計的基本算法　　3.2　基于粒子群算法的MIMO平坦衰落信道均衡器　　參考文獻(xiàn)　第4章　MIMO空時分組碼系統(tǒng)　　4.1　空時編碼技術(shù)　　4.2　.16e標(biāo)準(zhǔn)下空時分組編碼系統(tǒng)　　4.3　基于迭代干擾抵消的空時分組碼譯碼算法　　4.4　空時塊分組系統(tǒng)中的排序最大信噪比檢測算法　　參考文獻(xiàn)　第5章　MIMO接收機(jī)中的球形解碼算法　　5.1　概述　　5.2　MIMO系統(tǒng)中信號檢測技術(shù)　　5.3　球形檢測算法　　參考文獻(xiàn)　第6章　MIMO-OFDM系統(tǒng)　　6.1　MIMO-OFDM系統(tǒng)概述　　6.2　基于FFT的OFDM系統(tǒng)　　6.3　基于DCT的OFDM系統(tǒng)　　6.4　MIMO-OFDM系統(tǒng)　　6.5　多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)設(shè)計　　6.6　基于上行導(dǎo)引信號和LDPC編解碼的MIMO空間復(fù)用系統(tǒng)　　參考文獻(xiàn)　第7章　MIMO系統(tǒng)天線選擇算法　　7.1　MIMO系統(tǒng)中發(fā)射天線的快速選擇算法　　7.2　MIMO系統(tǒng)中接收天線的快速選擇算法　　參考文獻(xiàn)　第8章　空時擴(kuò)譜CDMA系統(tǒng)　　8.1　簡介　　8.2　空時擴(kuò)譜CDMA系統(tǒng)　　8.3　移動臺接收機(jī)的信道估計　　參考文獻(xiàn)　第9章　空間復(fù)用MIMO-CDMA系統(tǒng)　　9.1　MIMO-CDMA接收機(jī)　　9.2　MIMO-CDMA系統(tǒng)預(yù)編碼算法　　參考文獻(xiàn)　第10章　TD-SCDMA基站系統(tǒng)　　10.1　TDD和FDD無線通信系統(tǒng)的下行鏈路波束賦形　　10.2　TD-SCDMA移動通信中的Pre-Rake分集合并　　10.3　用于TD-SCDMA基站的空時Rake接收機(jī)　　10.4　TD-SCDMA系統(tǒng)的動態(tài)空間CDMA信道分配　　參考文獻(xiàn)　第11章　TD-SCDMA系統(tǒng)基站接收機(jī)算法　　11.1　CDMA系統(tǒng)中的智能天線算法　　11.2　TD-SCDMA系統(tǒng)的多用戶檢測算法　　11.3　基于干擾子空間的修正MMSE多用戶檢測器　　11.4　基于解相關(guān)矩陣迭代的解相關(guān)-串行干擾消除聯(lián)合多用戶檢測器　　參考文獻(xiàn)　第12章　Turbo編解碼　　12.1　Turbo碼的編碼器　　12.2　多模Turbo編解碼器的正交交織器設(shè)計　　參考文獻(xiàn)　第13章　準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼設(shè)計與譯碼算法　　13.1　概述　　13.2　準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼的設(shè)計　　13.3　不規(guī)則QC碼構(gòu)造方法　　13.4　基于子矩陣移位法的圍數(shù)為8的規(guī)則LDPC碼設(shè)計　　13.5　LDPC碼的最小距離　　13.6　LDPC的譯碼算法　　參考文獻(xiàn)　第14章　LDPC編碼系統(tǒng)　　14.1　LDPC編碼算法　　14.2　IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼　　14.3　DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼　　參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

　　無線通信系統(tǒng)的性能主要受到移動無線信道的制約，而移動無線信道是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中最復(fù)雜的信道。在復(fù)雜的移動無線通信環(huán)境中，電磁波傳播的機(jī)理是多種多樣的，但總體上可以歸結(jié)為散射、反射和繞射。在城市的蜂窩無線環(huán)境中，由于周圍高大建筑物的遮擋，從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)之間很少有可視路徑傳播信號，到達(dá)接收機(jī)的信號都經(jīng)歷了各種障礙物的繞射、反射和散射。因此，無線信道的射頻信號在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間就會沿著多條路徑進(jìn)行傳播，這種現(xiàn)象叫做多徑傳播。由于各個信號的傳播路徑和傳播時間不同，它們到達(dá)接收機(jī)的時間、幅度和相位也各不相同，這些信號的相互作用造成了瞬時接收信號相位和幅度的隨機(jī)波動，這也就是通常所說的多徑衰落。當(dāng)一個信道具有以上特性時，稱該信道為多徑衰落信道。多徑衰落是移動無線信道最基本的特性?！　∫苿油ㄐ艧o線信號可以用3種傳播模型來表征：大尺度衰落模型、中尺度衰落模型和小尺度衰落模型，這3種傳播機(jī)制是根據(jù)距離尺度大小來區(qū)分的。大尺度傳播模型描述的是長距離（幾百米甚至更長）范圍內(nèi)接收信號強(qiáng)度緩慢變化的規(guī)律，它具有冪定律傳播特征，即中值信號功率與距離長度增加的某次冪成反比變化。中尺度傳播模型描述的是陰影衰落，它是重疊在大尺度傳播特性的中值電平上的平均功率變化，當(dāng)用分貝表示時，這種變化趨向于正態(tài)（高斯）分布，通常稱為對數(shù)正態(tài)陰影。最后，小尺度衰落模型主要描述短距離（幾個波長）或短時間（秒級）內(nèi)接收信號強(qiáng)度的快速變化，其變化范圍可以達(dá)到數(shù)十分貝。這是由于無線電波在傳播過程中各種阻礙物的發(fā)射、散射和吸收，在接收天線處形成干涉場，形成多徑效應(yīng)。此外，由于移動臺的運動會使接收信號產(chǎn)生多普勒（Doppler）擴(kuò)展，對信號造成隨機(jī)調(diào)頻的多普勒效應(yīng)，也造成了接收信號強(qiáng)度的快速變化。同時，無線電波的不同入射角傳播引起的信道角度色散，造成了傳播信道的空間選擇性衰落?！　∮缮鲜隹芍?，從系統(tǒng)的角度來看，在引起電波傳輸損耗的諸多因素中，路徑損耗主要影響發(fā)射臺的覆蓋范圍，可以通過合理的系統(tǒng)設(shè)計來減少影響。而多徑衰落、多普勒擴(kuò)展和空間選擇性衰落則直接影響接收信號的質(zhì)量，因此是無線信道研究中的重點。

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