MIMO通信系統(tǒng)編碼

前言

　　已經(jīng)證明，在提供可靠的無線傳輸鏈路方而，采用多發(fā)射和接收天線，即使用多輸入／多輸出(MIMO)系統(tǒng)，是一個(gè)主要突破。自從20世紀(jì)90年代中期提出MIMO系統(tǒng)以來，通過空時(shí)編碼實(shí)現(xiàn)的發(fā)射分集以及空間復(fù)用方案一直是無線通信領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。盡管近些年來在MIMO通信方面已經(jīng)做了許多卓有成效的工作，但在這一領(lǐng)域仍舊有很多要進(jìn)行的研究。很多通信公司已開始在他們當(dāng)前及將來的無線通信系統(tǒng)中集成了MIMO系統(tǒng)。實(shí)際上，將來無線通信應(yīng)用的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中已采納MIMO系統(tǒng)作為一種選擇?！　”緯荚跒樽x者提供關(guān)于MIMO通信系統(tǒng)廣泛、全而的編碼技術(shù)。本書的內(nèi)容也是作者這些年對(duì)MIMO通信系統(tǒng)深入研究的成果，其中包括在幾個(gè)會(huì)議[IEEE通信國(guó)際會(huì)議(ICC)，全球無線通信會(huì)議(GLOBECOM)，交通技術(shù)會(huì)議(VTC)，無線通信和網(wǎng)絡(luò)會(huì)議(WCNC)]上的指導(dǎo)和短期講授的內(nèi)容。作者由此收到的反饋信息激勵(lì)他們撰寫成此書，也是為了以更容易理解的方式給讀者講解關(guān)于MIMO通信的原理。　　截至目前，已有不少關(guān)于MIMO系統(tǒng)的書籍出版。然而，本書與這些己出版的書籍在以下幾點(diǎn)有所不同：首先，盡量避免非常復(fù)雜的推導(dǎo)過程、數(shù)學(xué)表示以及非常特殊的系統(tǒng)，而更注重與MIMO系統(tǒng)相關(guān)的基本原理；所使用的語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，使對(duì)這一話題感興趣的讀者很容易理解，包括低年級(jí)的研究生或那些主修電子工程而又對(duì)于數(shù)字通信和概率論知識(shí)有限的高年級(jí)研究生；對(duì)于特定的話題，本書給出了較詳細(xì)的推導(dǎo)以滿足那些更專業(yè)的研究者或研究生的需要；另外一個(gè)使本書區(qū)別于其他書籍的主要因素在于；所討論話題的覆蓋面很廣，例如，除了涵蓋了基本的MIMO通信算法，如空時(shí)分組碼、空時(shí)格形碼、酉信號(hào)與差分信號(hào)以及空間復(fù)用方案外，本書也包含了MIMO系統(tǒng)中的Turbo碼及迭代譯碼、天線選擇算法、一些與MIMO系統(tǒng)相關(guān)的諸如空間相關(guān)性及信道估計(jì)這樣的實(shí)際問題，還包含了頻率選擇性衰落信道下的MIMO系統(tǒng)；最后，本書為讀者提供了所討論話題的大量實(shí)例，一些是基本的，一些更專業(yè)。在每一章末還給出了關(guān)于MIMO通信的大量參考文獻(xiàn)。

內(nèi)容概要

本書重點(diǎn)論述了MIMO通信系統(tǒng)編碼技術(shù)的基礎(chǔ)和最新應(yīng)用。全書共分11章，首先簡(jiǎn)單回顧了MIMO技術(shù)的進(jìn)展；介紹了衰落信道與分集技術(shù)、MIMO系統(tǒng)的信道容量和信息速率問題；系統(tǒng)、深入地闡述了MIMO系統(tǒng)中的空時(shí)分組碼、空時(shí)格形碼、分層空時(shí)碼、級(jí)聯(lián)碼及迭代譯碼、酉空時(shí)碼和差分空時(shí)碼、頻率選擇性衰落信道下的空時(shí)編碼，并詳盡地探討了MIMO通信系統(tǒng)中的天線選擇等一些實(shí)際問題。全書概念清晰，事例詳實(shí)，取材新穎，充分反映了近年來關(guān)于MIMO通信編碼的新理論。每章還附有思考題供讀者思考。    本書可作為高等院校通信、信息類等專業(yè)高年級(jí)本科生及研究生教材，也可供在政府、軍隊(duì)、科學(xué)技術(shù)研究院等部門工作、對(duì)MIMO通信系統(tǒng)編碼感興趣的相關(guān)技術(shù)、科研人員使用。

書籍目錄

第1章  概述  1.1  M1MO系統(tǒng)的必要性  1.2  無線標(biāo)準(zhǔn)中的MIMO通信  1.3  本書的內(nèi)容安排  1.4  MIMO系統(tǒng)的其他主題第2章  衰落信道與分集技術(shù)  2.1  無線信道    2.1.1  路徑損耗、陰影和小尺度衰落    2.1.2  衰落信道模型  2.2  衰落信道下的差錯(cuò)／中斷概率    2.2.1  瑞利衰落信道的中斷概率    2.2.2  瑞利衰落信道下的平均差錯(cuò)概率    2.2.3  推廣到其他衰落信道    2.2.4  在頻率選擇性衰落信道下的性能  2.3  分集技術(shù)    2.3.1  分集的類型    2.3.2  L階分集的系統(tǒng)模型    2.3.3  最大比合并（MRC）    2.3.4  次優(yōu)合并算法    2.3.5  選擇合并    2.3.6  舉例  2.4  作為時(shí)間分集的信道編碼    2.4.1  充分交織信道下的分組編碼    2.4.2  卷積編碼  2.5  無線通信中的多天線    2.5.1  接收分集    2.5.2  智能天線和波束成形    2.5.3  空時(shí)編碼的基本思想  2.6  本章  小結(jié)與進(jìn)一步閱讀建議  思考題第3章  MIMO信道的容量與信息速率  3.1  噪聲信道的容量和信息速率  3.2  AWGN和衰落信道的容量和信息速率    3.2.1  AWGN信道    3.2.2  衰落信道  3.3　MIMO信道的容量    3.3.1　確定性MIMO信道    3.3.2　各態(tài)歷經(jīng)MIMO信道    3.3.3　非各態(tài)歷經(jīng)MIMO信道和中斷容量    3.3.4　MIMO衰落信道的發(fā)射CSI  3.4　MIMO通信的約束信號(hào)  3.5　討論：為什么要使用MIMO系統(tǒng)  3.6　本章小結(jié)與進(jìn)一步閱讀建議  思考題第4章　空時(shí)分組碼  4.1　雙天線發(fā)射分集：Alamouti方案    4.1.1　傳輸方案    4.1.2　Alamouti方案的最佳接收機(jī)    4.1.3　Alamouti方案的性能分析    4.1.4　舉例  4.2　正交空時(shí)分組碼    4.2.1　線性正交設(shè)計(jì)    4.2.2　線性正交設(shè)計(jì)的譯碼    4.2.3　空時(shí)分組碼的性能分析    4.2.4　舉例  4.3　準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼  4.4　線性分散碼  4.5　本章小結(jié)與進(jìn)一步閱讀建議  思考題第5章　空時(shí)格形碼  5.1　一個(gè)簡(jiǎn)單的空時(shí)格形碼  5.2　一般性的空時(shí)格形碼    5.2.1　表示法與預(yù)備知識(shí)    5.2.2　空時(shí)格形碼的譯碼  5.3　空時(shí)碼設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則    5.3.1　成對(duì)差錯(cuò)概率    5.3.2　空時(shí)碼設(shè)計(jì)準(zhǔn)則    5.3.3　優(yōu)良的空時(shí)碼例子    5.3.4　平衰落信道的空時(shí)格形碼  5.4　PSK星座圖的空時(shí)格形碼表示    5.4.1　生成矩陣表示    5.4.2　改進(jìn)的空時(shí)碼設(shè)計(jì)  5.5　空時(shí)格形碼的性能分析    5.5.1　空時(shí)格形碼的一致界    5.5.2　空時(shí)格形碼的有用性能界　……第6章  分層空時(shí)碼第7章  級(jí)聯(lián)碼與迭代譯碼第8章  西空時(shí)碼及差分空時(shí)碼第9章  頻率選擇性衰落信道下的空時(shí)編碼第10章  MIMO通信中的實(shí)際問題第11章  MIMO系統(tǒng)中的天線選擇符號(hào)表縮略語(yǔ)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在過去大約十年內(nèi)，我們見證了對(duì)支持包括語(yǔ)音、視頻、電子郵件和網(wǎng)頁(yè)瀏覽等廣泛應(yīng)用的可靠高速率無線通信鏈路需求的空前增長(zhǎng)。提供這樣的可靠鏈路是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)椴幌衿渌诺滥菢?，無線環(huán)境中的接收信號(hào)來自于多個(gè)路徑。通常多個(gè)路徑上的信號(hào)相抵消的疊加會(huì)造成性能的惡化，這種現(xiàn)象通常稱為“衰落”。另外，傳播媒介一般由多個(gè)不同的用戶或者應(yīng)用系統(tǒng)共用，因此還有干擾的可能。在高速率無線應(yīng)用系統(tǒng)中其他的挑戰(zhàn)還包括可用帶寬的貧乏、發(fā)射功率的嚴(yán)格限制、硬件復(fù)雜度和費(fèi)用要求等?！　‰S著頻譜的匱乏以及新的無線應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)目的穩(wěn)步增長(zhǎng)或者已有無線應(yīng)用的擴(kuò)展，如何支持這些應(yīng)用成為了一個(gè)顯著的難題。自然而然地想到的一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法是采用高階調(diào)制，以便提高帶寬利用率。但是，該方法的缺點(diǎn)之一是可靠性的不足，即對(duì)于同樣的發(fā)射功率，高階調(diào)制的性能比低階調(diào)制的差。事實(shí)上，即使對(duì)于小的信號(hào)星座圖，即低階調(diào)制（如二進(jìn)制調(diào)制），在無線鏈路上非編碼通信的可靠性也是非常差的?！　≡跓o線信道上實(shí)現(xiàn)可靠通信的唯一最有效的技術(shù)是分集，即盡量給接收機(jī)提供發(fā)送信號(hào)的多個(gè)獨(dú)立衰落復(fù)制，以期至少有一個(gè)復(fù)制將被正確接收。分集可以采用不同的方法來實(shí)現(xiàn)，例如頻率分集、時(shí)間分集、天線分集和調(diào)制分集等。在實(shí)際的無線通信場(chǎng)合中會(huì)經(jīng)常碰到采用分集的例子，例如，移動(dòng)通信中大多數(shù)的手機(jī)具有極化分集功能。　　信道編碼也可能用于提供一種時(shí)間分集，以對(duì)抗無線信道的失真。實(shí)際的信道編碼例子包括卷積和分組碼、網(wǎng)格編碼調(diào)制、多級(jí)編碼、比特交織編碼調(diào)制以及最近發(fā)現(xiàn)的逼近容量極限的編碼方式，比如Turbo碼、低密度奇偶校驗(yàn)碼和編碼調(diào)制等。在無線通信中，信道編碼通常結(jié)合交織一起使用，以便有效地實(shí)現(xiàn)時(shí)間分集。

編輯推薦

　　多輸入與多輸出（MOMO）系統(tǒng)已被證明為在提供可靠的無線通信鏈路方面所取得的一項(xiàng)重要成果。在未來的無線通信應(yīng)用的一些標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)采用了MIMO系統(tǒng)。3GPP LTE 演進(jìn)目標(biāo)中就包括了為提高數(shù)據(jù)率和頻譜利用率所需采用的多天線技術(shù)和自適應(yīng)調(diào)制與編碼技術(shù)。本書共分11章，分別介紹了衰落信道與分集技術(shù)；MIMO信道的容量與速率；空時(shí)塊編碼；空時(shí)格編碼；分層空時(shí)編碼；連續(xù)編碼與迭代解碼；酉空時(shí)編碼與差分空時(shí)編碼；頻率選擇衰落信道的空時(shí)編碼；MIMO通信的實(shí)際問題和MIMO系統(tǒng)的天線選擇。

圖書封面

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