分布式天線系統(tǒng)

前言

　　移動通信的快速發(fā)展加速了寬帶高速數(shù)據(jù)通信服務(wù)的需求。近年來，分布式天線系統(tǒng)（Distributed Antenna Systems，DAS）已經(jīng)成為未來移動通信（B3G或4G）的重要候選技術(shù)，這在FRAMES和FuTURE等方案中已經(jīng)得到證明。分布式天線系統(tǒng)繼承并發(fā)展了微單元系統(tǒng)概念，而在微單元系統(tǒng)中，多個(gè)分布式天線或訪問節(jié)點(diǎn)互相連接，并由一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)來控制。分布式天線系統(tǒng)也擁有開放式無線結(jié)構(gòu)（Open Wireless Architecture，OWA）的特點(diǎn)，這是未來無線通信系統(tǒng)的重要屬性之一。由于其具有開放的結(jié)構(gòu)，一些新穎、靈活的無線資源管理方式就可以應(yīng)用到分布式天線系統(tǒng)中，從而擁有比傳統(tǒng)的中心控制無線通信系統(tǒng)更好的性能。分布式天線技術(shù)的研究目前集中于蜂窩網(wǎng)系統(tǒng)中，特別是網(wǎng)絡(luò)本身就有分布式結(jié)構(gòu)的自組織網(wǎng)（Ad Hoc）和網(wǎng)格（Mesh）網(wǎng)絡(luò)。然而，許多有關(guān)分布式天線系統(tǒng)物理層和高效協(xié)議層的技術(shù)仍然需要進(jìn)一步研究。　　《分布式天線系統(tǒng)——未來無線通信的開放式架構(gòu)》是一本詳細(xì)介紹分布式天線技術(shù)的指導(dǎo)書，包括基本概念、研究進(jìn)展及待解決的問題。本書主要圍繞分布式天線系統(tǒng)中的一些重要問題進(jìn)行展開，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、容量、連通性、可測性、訪問控制、時(shí)序安排、動態(tài)信道分配和跨層優(yōu)化等。本書重點(diǎn)在于介紹分布式天線系統(tǒng)的概念、實(shí)現(xiàn)方案、系統(tǒng)集成、性能分析，并給出仿真、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，尤其是指出本領(lǐng)域的發(fā)展方向。本書適于相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者、教師、研究人員、學(xué)生、工程師及決策研究者作為參考書使用。

內(nèi)容概要

　　 本書主要圍繞分布式天線系統(tǒng)中的一些重要問題展開，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、容量、互連性、可測性、訪問控制、時(shí)序安排、動態(tài)信道分配和跨層優(yōu)化等。本書重點(diǎn)在于，結(jié)合分布式天線系統(tǒng)的最新研究成果，介紹分布式天線系統(tǒng)的概念、實(shí)現(xiàn)方案、系統(tǒng)集成、性能分析，給出仿真、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，指出本領(lǐng)域的發(fā)展方向。本書既有系統(tǒng)性，又不失重點(diǎn)性，概念清晰，理論分析嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，例證豐富，深入淺出地介紹了分布式天線通信系統(tǒng)中的主要問題，而且，書中還提供了大量的參考文獻(xiàn)供讀者閱讀，加深理解。因此，它是一本可供高年級本科生和研究生使用的很好的教科書，同時(shí)也可供無線通信領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

Honglin Hu于2004年在中國科技大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)獲得工學(xué)博士學(xué)位。2004年7月至2006年1月，他在德國慕尼黑的Future Radi0，Siemens AG Communications工作。2006年1月，加入上海無線通信研究中心工作(SHRCWC)，也稱為國際無線合作研究中心(Wireless CoRe)。Hu博士同時(shí)也是中科院上海微系統(tǒng)信息技術(shù)研究所的副研究員，他主要致力于國際標(biāo)準(zhǔn)化和其他合作活動。另外，他還是IEEE會員、IEEE Com Soc會員和IEEETCPC會員，還是IEEE Wireless Com 2005、IEEE ICC 2006、IEEE IWCMC 2006、IEEE／ACM Q2SWinet2006、IEEE ICC 2007和IEEE WCNC 2007技術(shù)委員會委員。自2006年6月以來，他是John Wiley & Sons出版的Wireless Communications and Mobile Computing雜志的編輯。E—mail：hlhu@ieee.org。

書籍目錄

第一部分  信道分析和理論研究　第1章  分布式天線系統(tǒng)中的分集和復(fù)用：信道模型分析　　1.1  引言　　1.2  系統(tǒng)非相關(guān)和系統(tǒng)相關(guān)信道模型的比較　　1.3  系統(tǒng)相關(guān)的信道特性　　　1.3.1  多徑信道的一般描述　　　1.3.2  天線方向和系統(tǒng)工作頻率對于信道特性的影響　　1.4  分布式天線系統(tǒng)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)和信道模型　　1.5  退化的單簇單跳（SCSB）信道的分集和自由度　　　1.5.1  分集增益計(jì)算　　　1.5.2  自由度計(jì)算　　1.6  完整模型：接收機(jī)非理想情況下的多簇多跳（MCMB）信道　　　1.6.1  分集增益計(jì)算　　　1.6.2  自由度計(jì)算　　1.7  示例　　　1.7.1  接收機(jī)理想情況下的SCSB信道　　　1.7.2  接收機(jī)非理想情況下的SCSB信道　　　1.7.3  接收機(jī)非理想情況下的MCMB信道　　1.8  小結(jié)及開放性問題　　參考文獻(xiàn)　第2章  蜂窩系統(tǒng)中分布式天線處理的信息論分析　　2.1  引言　　2.2  系統(tǒng)模型　　　2.2.1  Wyner模型　　　2.2.2  發(fā)送/接收方法　　2.3  上行信道　　　2.3.1  單單元處理　　　2.3.2  多單元處理　　2.4  下行信道　　　2.4.1  單單元處理　　　2.4.2  多單元處理　　　2.4.3  分布式的迫零波束成型　　2.5  終端間的協(xié)作　　　2.5.1  終端協(xié)作的Wyner模型　　　2.5.2  單單元處理和終端間的前向譯碼協(xié)作　　　2.5.3  多單元處理和終端間的前向譯碼協(xié)作　　2.6  觀點(diǎn)和討論　　2.7  文獻(xiàn)筆記　　參考文獻(xiàn)　第3章  分布式天線蜂窩系統(tǒng)中的理論限　　3.1  引言　　3.2  分布式天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)　　　3.2.1  分布式天線蜂窩結(jié)構(gòu)　　　3.2.2  傳輸策略和多接入　　　3.2.3  分布式天線系統(tǒng)的功率效率　　　3.2.4  信干噪比（SINR）　　　3.2.5  損耗概率　　3.3  多單元分布式天線系統(tǒng)中的發(fā)射分集性能　　3.4  多單元分布式天線系統(tǒng)中的容量　　　3.4.1  CSIT情況下的各態(tài)歷經(jīng)容量　　　3.4.2  CSIR情況下的各態(tài)歷經(jīng)容量　　3.5  多單元分布式MIMO系統(tǒng)　　　3.5.1  系統(tǒng)模型　　　3.5.2  CSIT情況下的各態(tài)歷經(jīng)容量　　　3.5.3  CSIR情況下的各態(tài)歷經(jīng)容量　　3.6  結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　第4章  移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作通信： 抽象鏈接概念的重思考　　4.1  引言　　　4.1.1  協(xié)作通信：由上而下的動力　　　4.1.2  網(wǎng)絡(luò)模型　　4.2  協(xié)作通信的要素　　　4.2.1  協(xié)作無線電的物理層模型　　　4.2.2  性能增益　　4.3  現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的協(xié)作鏈路　　　4.3.1  基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的中心分割　　　4.3.2  含有協(xié)作網(wǎng)關(guān)的分組網(wǎng)絡(luò)的連接　　4.4  新Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)作　　　4.4.1  隨機(jī)協(xié)作編碼　　　4.4.2  物理層協(xié)作的隨機(jī)分組　　　4.4.3  隨機(jī)協(xié)作的連接　　4.5  結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　第5章  分布式天線系統(tǒng)和虧秩MIMO系統(tǒng)的線性中繼　　5.1  引言　　5.2  前向放大中繼的協(xié)議　　　5.2.1  信號和信道模型　　　5.2.2  可達(dá)速率　　　5.2.3  帶分布式中繼陣列的系統(tǒng)（DRA）　　　5.2.4  帶Ad Hoc中繼的系統(tǒng)　　　5.2.5  例子　　5.3  一種中繼輔助虧秩MIMO信道的各項(xiàng)性能　　　5.3.1  系統(tǒng)模型　　　5.3.2  可達(dá)速率　　　5.3.3  結(jié)果　　5.4  總結(jié)和展望　　參考文獻(xiàn)第二部分  MAC和協(xié)議　第6章  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分布式信號處理　　6.1  分布式檢測和數(shù)據(jù)融合問題　　6.2  融合架構(gòu)　　6.3  資源受限無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布式檢測/估計(jì)的近期進(jìn)展　　　6.3.1  大規(guī)模系統(tǒng)中的檢測　　　6.3.2  衰落信道下的檢測性能　　　6.3.3  利用分布式傳感器進(jìn)行參數(shù)估計(jì)　　6.4  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中模擬數(shù)據(jù)融合的近期研究成果　　　6.4.1  功率和帶寬受限系統(tǒng)中確定性信號的分布式檢測　　　6.4.2  功率和帶寬受限系統(tǒng)中高斯隨機(jī)信號的分布式檢測　　6.5  未來研究方向　　6.6  小結(jié)　　參考文獻(xiàn)　第7章  分布式天線系統(tǒng)的資源最優(yōu)分配　　7.1  無線系統(tǒng)的資源分配　　　7.1.1  資源分配的最優(yōu)架構(gòu)　　　7.1.2  自適應(yīng)技術(shù)　　7.2  分布式信道的資源分配　　　7.2.1  系統(tǒng)和信道模型　　　7.2.2  注水和等功率分配　　　7.2.3  發(fā)射機(jī)完全信道狀態(tài)信息（CSI）　　　7.2.4  發(fā)射機(jī)長期信道統(tǒng)計(jì)　　　7.2.5  小結(jié)　　7.3  分布式天線系統(tǒng)中多用戶資源分配　　　7.3.1  基于CDMA的資源分配　　　7.3.2  機(jī)會傳輸　　　7.3.3  小結(jié)　　7.4  結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　第8章  移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同基于競爭的MAC協(xié)議和智能天線　　8.1  簡介　　8.2  智能天線使用條件　　　8.2.1  輸入　　　8.2.2  自適應(yīng)結(jié)果　　　8.2.3  天線自適應(yīng)模型　　　8.2.4  智能天線的使用條件　　8.3  競爭MAC　　　8.3.1  機(jī)制　　　8.3.2  競爭MAC層協(xié)議　　　8.3.3  MANET競爭MAC協(xié)議的失敗模式　　　8.3.4  使用智能天線與流行的競爭MAC協(xié)議　　8.4  同步?jīng)_突分解MAC層協(xié)議　　　8.4.1  概述　　　8.4.2  采用單時(shí)隙Phase設(shè)計(jì)沖突分解信令　　　8.4.3  回聲　　　8.4.4  天線使用策略　　　8.4.5  開發(fā)條件　　8.5  MANET仿真中具有SCR的智能天線建?！　　?.5.1  智能天線建模過程　　　8.5.2  智能天線效果的建模　　8.6  SCR的評估　　　8.6.1  仿真情況　　　8.6.2  實(shí)驗(yàn)　　8.7  開放的問題和研究機(jī)會　　　8.7.1  使用智能天線建立MANET節(jié)點(diǎn)　　　8.7.2  使用SCR的高級概念　　　8.7.3  新的技術(shù)　　8.8  結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　第9章  具有虛擬MIMO的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計(jì)　　9.1  引言　　9.2  相關(guān)工作　　　9.2.1  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于虛擬MIMO設(shè)計(jì)的相關(guān)工作　　　9.2.2  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)工作　　　9.2.3  無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于QoS保障的相關(guān)工作　　9.3  基于虛擬MIMO方案的跨層設(shè)計(jì)　　　9.3.1  系統(tǒng)架構(gòu)　　　9.3.2  單跳傳輸方案設(shè)計(jì)　　　9.3.3  端到端傳輸方案設(shè)計(jì)　　9.4  跨層設(shè)計(jì)的理論分析　　　9.4.1  能耗及端到端QoS性能分析　　　9.4.2  參數(shù)優(yōu)化　　9.5  仿真分析　　　9.5.1  跨層設(shè)計(jì)的節(jié)能性能　　　9.5.2  跨層設(shè)計(jì)的QoS保障性能　　9.6  結(jié)論及開放性的問題　　參考文獻(xiàn)　第10章  協(xié)作天線系統(tǒng)的分布式組織　　10.1  引言　　10.2  協(xié)作天線引入的動因　　　10.2.1  理論性能限及算法　　　10.2.2  室外測量　　10.3  分布式系統(tǒng)概念　　　10.3.1  下行　　　10.3.2  上行　　　10.3.3  挑戰(zhàn)與優(yōu)化　　10.4 開放性的問題　　10.5  結(jié)論　　參考文獻(xiàn)第三部分  案例及應(yīng)用　第11章  室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究　　11.1  引言　　　11.1.1  動因　　　11.1.2  方法及目的　　　11.1.3  概述　　11.2  實(shí)驗(yàn)描述　　　11.2.1  測量實(shí)驗(yàn)　　　11.2.2  測量環(huán)境及所采用的天線　　　11.2.3  X-dB窗及數(shù)據(jù)完整性　　11.3  發(fā)射分集的后處理　　　11.3.1  下行分集　　　11.3.2  選擇性分集　　　11.3.3  多徑天線分集　　　11.3.4  同相發(fā)射分集　　11.4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果與問題　　　11.4.1  分集性能　　　11.4.2  覆蓋　　　11.4.3  非平衡鏈路SNR及最優(yōu)功率分配　　11.5  結(jié)論及將來的工作　　　11.5.1  結(jié)論　　　11.5.2  將來的工作　　參考文獻(xiàn)　第12章  分布式天線系統(tǒng)案例　　12.1  引言　　12.2  案例：室內(nèi)環(huán)境中的DAS　　　12.2.1  室內(nèi)傳播特性　　　12.2.2 用戶配置方案　　12.3  無線資源分配　　　12.3.1 功率分配與端口配置　　　12.3.2  動態(tài)信道分配　　12.4  系統(tǒng)仿真　　　12.4.1  仿真假定　　　12.4.2  系統(tǒng)容量　　12.5  結(jié)論及一些開放性問題　　12.6  總結(jié)　　參考文獻(xiàn)　第13章  CDMA分布式天線系統(tǒng)的RF系統(tǒng)工程　　13.1  引言　　13.2  DAS小區(qū)特征　　13.3  DAS小區(qū)室外傳播及鏈路預(yù)算　　　13.3.1  DAS小區(qū)室外傳播　　　13.3.2  DAS小區(qū)鏈路預(yù)算　　13.4  DAS小區(qū)反向鏈路容量　　13.5  DAS扇區(qū)分簇和基站分簇　　　13.5.1  CMI扇區(qū)分簇規(guī)則　　　13.5.2  BTS分簇　　13.6  CMI小區(qū)重疊考慮　　　13.6.1  增量法　　　13.6.2  一致性方法　　13.7  天線安裝配置　　　13.7.1  CMI天線電纜規(guī)格　　　13.7.2  電纜絞合線的CMI天線安裝配置　　　13.7.3  空間分集　　　13.7.4  天線隔離　　　13.7.5  天線靈敏度降低　　13.8  DAS/CMI現(xiàn)場性能測量設(shè)計(jì)過程及效果　　　13.8.1  理論限　　　13.8.2  關(guān)于容量的現(xiàn)實(shí)因素　　　13.8.3  整體基站扇區(qū)容量　　13.9  結(jié)論及將來的研究方向　　　13.9.1  結(jié)論　　　13.9.2  將來的研究方向　　參考文獻(xiàn)　第14章  多跳虛擬蜂窩網(wǎng)　　14.1  引言　　14.2  多跳VCN概念　　14.3  無線多跳路由　　　14.3.1  路由構(gòu)建過程　　　14.3.2  MHMRC分集　　　14.3.3  計(jì)算機(jī)仿真　　14.4  無線多跳信道分配　　　14.4.1  CS-DCA在上行多跳通信中的應(yīng)用　　　14.4.2  計(jì)算機(jī)仿真　　14.5  結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　第15章  DVB-H網(wǎng)絡(luò)的DAS　　15.1  DAS和DVB-H　　　15.1.1  DVB-H介紹　　　15.1.2  DVB-H中DAS的應(yīng)用　　15.2  DVB-H網(wǎng)絡(luò)中有源中繼器的應(yīng)用　　　15.2.1  DVB-H中的軟切換　　　15.2.2  使用中繼器形成DVB-H中的虛擬小區(qū)　　　15.2.3  中繼器輔助的軟切換算法　　　15.2.4  仿真分析　　15.3  DVB-H網(wǎng)絡(luò)中有源中繼器的應(yīng)用　　　15.3.1  目前的研究狀況　　　15.3.2  開放性問題　　15.4  結(jié)論　　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　8.3.3 MANET競爭MAC協(xié)議的失敗模式　　接入?yún)f(xié)議中的失敗模式是用來解決沖突的技術(shù)的產(chǎn)物，下面描述最通用：　　沖突：發(fā)生在接收機(jī)由于干擾而不能進(jìn)行接收時(shí)，有主、從兩種類型的沖突。主沖突發(fā)生在當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被期望參與到同時(shí)發(fā)生的多個(gè)包交換時(shí)；從沖突發(fā)生在當(dāng)交換被遠(yuǎn)距離交換干擾的時(shí)候?！　‰[藏終端，是異步載波監(jiān)聽機(jī)制的產(chǎn)物。隱藏終端出現(xiàn)在當(dāng)正在進(jìn)行的交換周圍的競爭者不能夠被載波監(jiān)聽或者包監(jiān)聽抑制時(shí)，其競爭將會干擾正在進(jìn)行的交換?！　”┞督K端，是異步載波監(jiān)聽和虛擬監(jiān)聽機(jī)制的產(chǎn)物。暴露終端是不能獲得接入信道機(jī)會的競爭者，由于它始終在與網(wǎng)絡(luò)不相交的部分對其他的交換進(jìn)行監(jiān)聽。　　方向錯(cuò)誤的競爭，是異步接入的產(chǎn)物。它發(fā)生在當(dāng)一個(gè)競爭者試圖向一個(gè)不適合的接收機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，而這個(gè)接收機(jī)被虛擬監(jiān)聽或者另外交換載波監(jiān)聽所抑制?！　∶@是異步虛擬監(jiān)聽的失敗。它發(fā)生在當(dāng)虛擬監(jiān)聽所必須的包監(jiān)聽被干擾阻止時(shí)，結(jié)果是競爭者有可能不能向其應(yīng)該做的推遲競爭而產(chǎn)生沖突?！　∽钄喟l(fā)生在競爭接入?yún)f(xié)議中，其中的目的節(jié)點(diǎn)沒有被競爭分辨機(jī)制所包括在內(nèi)。在彼此范圍之外而在彼此目的節(jié)點(diǎn)范圍之內(nèi)的競爭者重復(fù)地獲得接入并且彼此干擾，阻斷最可能發(fā)生在不隨機(jī)化接入嘗試的同步接入方案中，　　重試計(jì)數(shù)輸出發(fā)生在任何沖突接入?yún)f(xié)議中。它是當(dāng)一個(gè)源節(jié)點(diǎn)察覺到多個(gè)連續(xù)成功的競爭但是交換失敗時(shí)的丟包，其結(jié)果是因?yàn)楦偁幑?jié)點(diǎn)不可能去區(qū)分交換失敗的原因。失敗的結(jié)果導(dǎo)致目的節(jié)點(diǎn)在范圍之外，一個(gè)授權(quán)丟包的條件，沒有明顯和由上面列出的失敗機(jī)制所導(dǎo)致的失敗相不同的簽名。

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