MIMO系統(tǒng)與空時編碼

內(nèi)容概要

本書在分析多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)信道特性和容量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了MIMO系統(tǒng)與空時編碼的相關(guān)理論、編碼方案、性能分析、優(yōu)化及應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：無線信道的傳播和衰落特性分析與模擬、MIMO信道的容量分析、空時分組碼的設(shè)計原則、正交空時分組碼編碼及性能分析、空時格型碼的編碼原理及性能分析、分層空時編碼原理及檢測算法分析、準(zhǔn)正交空時分組碼和最小解碼復(fù)雜度分析、MIMO系統(tǒng)與正交頻分復(fù)用及空時編碼傳輸技術(shù)，凸優(yōu)化理論與MIMO系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的設(shè)計。
本書內(nèi)容的闡述循序漸進(jìn)、條理清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)，書中重要結(jié)論、編碼方案等均利用MATLAB＆reg;軟件平臺進(jìn)行編程實現(xiàn)；各章均對重要知識點予以總結(jié)，并附有練習(xí)題。

書籍目錄

第1章  無線信道的傳播和衰落特性分析與模擬	1
引言	1
1.1  一些預(yù)備知識與概念	2
1.2  無線信道一般傳播特性分析	3
1.2.1  大尺度衰落	6
1.2.2  小尺度衰落	13
1.3  單輸入單輸出信道模型	22
1.3.1  室內(nèi)信道模型	23
1.3.2  室外信道模型	30
1.4  多輸入多輸出信道模型	45
1.4.1  多輸入多輸出信道統(tǒng)計模型	45
1.4.2  I-METRA 多輸入多輸出信道統(tǒng)計模型	54
1.4.3  SCM 多輸入多輸出信道模型	63
1.5  天線分集及合并算法	69
1.5.1  分集增益的一些概念	69
1.5.2  幾種經(jīng)典的合并算法	71
1.6  多輸入多輸出信道系統(tǒng)	75
1.7  本章要點總結(jié)	75
練習(xí)題	76
參考文獻(xiàn)	77
第2章  MIMO信道的容量分析	80
引言	80
2.1  一些準(zhǔn)備	81
2.2  具有確定傳輸函數(shù)的多輸入多輸出高斯信道的容量分析	83
2.2.1  多輸入多輸出信道容量的定義	83
2.2.2  發(fā)送端未知信道參數(shù)時的信道容量	84
2.2.3  發(fā)送端已知信道參數(shù)時的信道容量	86
2.2.4  確定性信道的信道容量	88
2.2.5  隨機(jī)性信道的信道容量	91
2.2.6  遍歷性容量	91
2.2.7  中斷容量	92
2.3  差錯指數(shù)	93
2.4  影響信道容量的其他一些因素	94
2.4.1  衰落相關(guān)對信道容量的影響	94
2.4.2  直達(dá)波對信道容量的影響	96
2.4.3  交叉極化判別對信道容量的影響	97
2.4.4  信道蛻化—鎖眼效應(yīng)對信道容量的影響	99
2.4.5  頻率選擇性信道對信道容量的影響	100
2.5  模擬說明	103
2.6  本章要點總結(jié)	103
練習(xí)題	103
參考文獻(xiàn)	104
第3章  空時分組碼的設(shè)計準(zhǔn)則	105
引言	105
3.1  秩和行列式準(zhǔn)則	106
3.2  跡準(zhǔn)則	112
3.3  最大互信息熵準(zhǔn)則	114
3.4  本章要點總結(jié)	115
練習(xí)題	115
參考文獻(xiàn)	116
第4章  正交空時分組碼編碼及性能分析	117
引言	117
4.1  Alamouti 空時編碼方案	118
4.2  Alamouti 空時編碼方案與最大比合并器的比較	122
4.3  實正交設(shè)計	124
4.4  廣義實正交設(shè)計	133
4.5  復(fù)正交設(shè)計和廣義復(fù)正交設(shè)計	139
4.6  OSTBC的解碼（符號估計判決量的構(gòu)造）	147
4.7  性能分析	149
4.7.1  正交空時碼情形的性能分析	150
4.7.2  非正交空時碼情形的性能分析	154
4.8  計算機(jī)模擬實驗說明	157
4.9  本章要點總結(jié)	158
練習(xí)題	159
參考文獻(xiàn)	161
附錄A  有關(guān)函數(shù)Q(x)的幾個結(jié)果	163
附錄B  編碼矩陣 對信道參數(shù)的編碼變換公式	164
第5章  空時格型碼的編碼原理及性能分析	165
引言	165
5.1  空時格型編碼器的網(wǎng)格圖	165
5.2  空時格型碼編碼器結(jié)構(gòu)、生成多項式及生成矩陣	166
5.3  空時格型碼的解碼算法	172
5.4  空時格型碼的性能分析	172
5.5  空時格型碼的設(shè)計	174
5.6  本章要點總結(jié)	178
練習(xí)題	178
參考文獻(xiàn)	179
第6章  分層空時編碼原理及檢測算法分析	180
引言	180
6.1  系統(tǒng)模型和層的概念	181
6.2  分層空時碼的編碼結(jié)構(gòu)和原理	183
6.2.1  分層空時碼的水平編碼結(jié)構(gòu)	183
6.2.2  分層空時碼的垂直編碼結(jié)構(gòu)	190
6.3  分層空時編碼的幾個經(jīng)典檢測算法	192
6.3.1  最大似然檢測器	193
6.3.2  迫零（解相關(guān)）檢測器	193
6.3.3  最小均方誤差檢測器	194
6.3.4  基于QR分解的干擾逐個剔除接收機(jī)	195
6.4  分層空時編碼的性能分析	197
6.4.1  水平分層空時碼的性能分析	197
6.4.2  慢衰落信道的性能分析	198
6.4.3  快衰落信道的性能分析	198
6.5  信道估計問題	199
6.6  計算機(jī)模擬實驗結(jié)果和說明	203
6.7  本章要點總結(jié)	207
練習(xí)題	207
參考文獻(xiàn)	208
第7章  準(zhǔn)正交空時分組碼和最小解碼復(fù)雜度分析	209
引言	209
7.1  擬（準(zhǔn)）正交空時分組碼的傳輸模型	210
7.2  擬（準(zhǔn)）正交空時分組碼的編碼規(guī)則和解碼算法	214
7.2.1  幾種擬（準(zhǔn)）正交空時分組碼的編碼方案	214
7.2.2  擬（準(zhǔn)）正交空時分組碼的星座圖旋轉(zhuǎn)編碼與解碼算法	216
7.2.3  擬（準(zhǔn)）正交空時分組碼的解碼算法復(fù)雜度分析	222
7.3  通用的非奇異線性星座圖符號變換公式	224
7.4  非奇異線性變換矩陣 的設(shè)計	226
7.4.1  非奇異線性變換矩陣 對最大似然解碼為實符號對復(fù)雜度的充分必要條件	226
7.4.2  正方形QAM情形下的最佳線性變換	228
 
7.4.3  矩形QAM（RQAM）情形下的最佳線性變換	230
7.4.4  關(guān)于任何格點上的任意QAM調(diào)制符號星座圖的非奇異線性變換	233
7.5  關(guān)于矩形QAM調(diào)制符號星座圖和坐標(biāo)交織正交設(shè)計的最佳線性變換	235
7.5.1  坐標(biāo)交織正交設(shè)計編碼的概念	235
7.5.2  坐標(biāo)交織正交碼的最優(yōu)解碼	237
7.5.3  坐標(biāo)交織正交碼的空時分集增益和編碼增益	239
7.5.4  4-QAM星座圖的最佳旋轉(zhuǎn)角	240
7.5.5  坐標(biāo)交織正交設(shè)計的非奇異線性變換	240
7.6  計算機(jī)仿真和結(jié)論	242
7.7  本章要點總結(jié)	245
練習(xí)題	246
參考文獻(xiàn)	248
附錄C  定理7.1的證明	251
附錄D  定理7.2的證明	254
附錄E  定理7.3的證明	259
附錄F  定理7.7的證明	263
第8章  MIMO系統(tǒng)與正交頻分復(fù)用及空時頻編碼傳輸技術(shù)	264
引言	264
8.1  正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的基本概念	265
8.2  正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的基本原理	266
8.2.1  正交頻分復(fù)用（OFDM）信號的生成和表達(dá)式	267
8.2.2  OFDM信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式	268
8.2.3  保護(hù)間隔與循環(huán)前綴的插入	269
8.2.4  加窗函數(shù)對OFDM信號的意義	270
8.3  正交頻分復(fù)用（OFDM）信號的接收與解碼	271
8.3.1  OFDM信號接收端結(jié)構(gòu)分析	272
8.3.2  OFDM信號在接收端的數(shù)學(xué)表示分析	273
8.4  OFDM信號功率峰均值比（PAPR）問題	281
8.4.1  OFDM信號峰均值功率比的分布	281
8.4.2  非線性形變類限幅法	282
8.4.3  編碼類方法	288
8.4.4  加擾類方法	289
8.5  MIMO-STFC-OFDM系統(tǒng)成對差錯概率分析	292
8.5.1  系統(tǒng)模型及其分集特性	293
8.5.2  基于OFDM調(diào)制的發(fā)送端陣列天線系統(tǒng)與空頻編碼	295
8.5.3  成對差錯概率分析	296
8.5.4  空時頻編碼矩陣對成對差錯概率的影響分析	301
8.5.5  接收數(shù)據(jù)矢量協(xié)方差分析	303
 
8.6  空—時—頻分集增益的實現(xiàn)	306
8.7  關(guān)于成對差錯概率的模擬分析	319
8.8  本章要點總結(jié)	321
練習(xí)題	322
參考文獻(xiàn)	325
附錄G  接收信號數(shù)據(jù)矢量 的2范數(shù)的計算公式推導(dǎo)	329
附錄H  成對差錯概率的計算公式推導(dǎo)	330
第9章  凸優(yōu)化理論與MIMO系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的設(shè)計	335
引言	335
9.1  優(yōu)化理論的一些基本概念	335
9.2  凸優(yōu)化及其對偶理論	338
9.2.1  凸優(yōu)化的定義和分類	338
9.2.2  將一般優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題	339
9.2.3  拉格朗日乘子對偶理論和KKT條件	340
9.3  MIMO系統(tǒng)接收端的優(yōu)化問題	341
9.3.1  MIMO系統(tǒng)發(fā)送端和接收端信號模型	341
9.3.2  與線性接收濾波器有關(guān)的性能指標(biāo)	342
9.3.3  最優(yōu)線性接收濾波器	343
9.3.4  不同性能度量間的聯(lián)系	344
9.4  MIMO系統(tǒng)發(fā)送端波束形成優(yōu)化問題	345
9.4.1  MIMO系統(tǒng)發(fā)送端波束形成的凸優(yōu)化處理	346
9.4.2  性能指標(biāo)直接約束的發(fā)送端濾波器優(yōu)化設(shè)計	346
9.4.3  廣義性能指標(biāo)約束的系統(tǒng)發(fā)送端濾波器優(yōu)化設(shè)計	348
9.4.4  最小誤比特率發(fā)送端濾波器優(yōu)化設(shè)計	349
9.5  本章要點總結(jié)	350
練習(xí)題	351
參考文獻(xiàn)	352

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