MIMO系統(tǒng)與空時(shí)編碼

內(nèi)容概要

本書(shū)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(shí)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(wú)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(shí)分組碼的設(shè)計(jì)原則、正交空時(shí)分組碼編碼及性能分析、空時(shí)格型碼的編碼原理及性能分析、分層空時(shí)編碼原理及檢測(cè)算法分析、準(zhǔn)正交空時(shí)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(shí)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(jì)。
本書(shū)內(nèi)容的闡述循序漸進(jìn)、條理清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)，書(shū)中重要結(jié)論、編碼方案等均利用MATLAB＆reg;軟件平臺(tái)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)；各章均對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)予以總結(jié)，并附有練習(xí)題。

書(shū)籍目錄

第1章  無(wú)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(shí)與概念	2
1.2  無(wú)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(jì)模型	45
1.4.2  I-METRA 多輸入多輸出信道統(tǒng)計(jì)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(diǎn)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(shí)的信道容量	84
2.2.3  發(fā)送端已知信道參數(shù)時(shí)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(cuò)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(duì)信道容量的影響	94
2.4.2  直達(dá)波對(duì)信道容量的影響	96
2.4.3  交叉極化判別對(duì)信道容量的影響	97
2.4.4  信道蛻化—鎖眼效應(yīng)對(duì)信道容量的影響	99
2.4.5  頻率選擇性信道對(duì)信道容量的影響	100
2.5  模擬說(shuō)明	103
2.6  本章要點(diǎn)總結(jié)	103
練習(xí)題	103
參考文獻(xiàn)	104
第3章  空時(shí)分組碼的設(shè)計(jì)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(diǎn)總結(jié)	115
練習(xí)題	115
參考文獻(xiàn)	116
第4章  正交空時(shí)分組碼編碼及性能分析	117
引言	117
4.1  Alamouti 空時(shí)編碼方案	118
4.2  Alamouti 空時(shí)編碼方案與最大比合并器的比較	122
4.3  實(shí)正交設(shè)計(jì)	124
4.4  廣義實(shí)正交設(shè)計(jì)	133
4.5  復(fù)正交設(shè)計(jì)和廣義復(fù)正交設(shè)計(jì)	139
4.6  OSTBC的解碼（符號(hào)估計(jì)判決量的構(gòu)造）	147
4.7  性能分析	149
4.7.1  正交空時(shí)碼情形的性能分析	150
4.7.2  非正交空時(shí)碼情形的性能分析	154
4.8  計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)說(shuō)明	157
4.9  本章要點(diǎn)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(gè)結(jié)果	163
附錄B  編碼矩陣 對(duì)信道參數(shù)的編碼變換公式	164
第5章  空時(shí)格型碼的編碼原理及性能分析	165
引言	165
5.1  空時(shí)格型編碼器的網(wǎng)格圖	165
5.2  空時(shí)格型碼編碼器結(jié)構(gòu)、生成多項(xiàng)式及生成矩陣	166
5.3  空時(shí)格型碼的解碼算法	172
5.4  空時(shí)格型碼的性能分析	172
5.5  空時(shí)格型碼的設(shè)計(jì)	174
5.6  本章要點(diǎn)總結(jié)	178
練習(xí)題	178
參考文獻(xiàn)	179
第6章  分層空時(shí)編碼原理及檢測(cè)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(shí)碼的編碼結(jié)構(gòu)和原理	183
6.2.1  分層空時(shí)碼的水平編碼結(jié)構(gòu)	183
6.2.2  分層空時(shí)碼的垂直編碼結(jié)構(gòu)	190
6.3  分層空時(shí)編碼的幾個(gè)經(jīng)典檢測(cè)算法	192
6.3.1  最大似然檢測(cè)器	193
6.3.2  迫零（解相關(guān)）檢測(cè)器	193
6.3.3  最小均方誤差檢測(cè)器	194
6.3.4  基于QR分解的干擾逐個(gè)剔除接收機(jī)	195
6.4  分層空時(shí)編碼的性能分析	197
6.4.1  水平分層空時(shí)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(jì)問(wèn)題	199
6.6  計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果和說(shuō)明	203
6.7  本章要點(diǎn)總結(jié)	207
練習(xí)題	207
參考文獻(xiàn)	208
第7章  準(zhǔn)正交空時(shí)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(shí)分組碼的傳輸模型	210
7.2  擬（準(zhǔn)）正交空時(shí)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(shí)分組碼的編碼方案	214
7.2.2  擬（準(zhǔn)）正交空時(shí)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(shí)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(hào)變換公式	224
7.4  非奇異線性變換矩陣 的設(shè)計(jì)	226
7.4.1  非奇異線性變換矩陣 對(duì)最大似然解碼為實(shí)符號(hào)對(duì)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(diǎn)上的任意QAM調(diào)制符號(hào)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(hào)星座圖和坐標(biāo)交織正交設(shè)計(jì)的最佳線性變換	235
7.5.1  坐標(biāo)交織正交設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)的非奇異線性變換	240
7.6  計(jì)算機(jī)仿真和結(jié)論	242
7.7  本章要點(diǎn)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(shí)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(hào)的生成和表達(dá)式	267
8.2.2  OFDM信號(hào)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(duì)OFDM信號(hào)的意義	270
8.3  正交頻分復(fù)用（OFDM）信號(hào)的接收與解碼	271
8.3.1  OFDM信號(hào)接收端結(jié)構(gòu)分析	272
8.3.2  OFDM信號(hào)在接收端的數(shù)學(xué)表示分析	273
8.4  OFDM信號(hào)功率峰均值比（PAPR）問(wèn)題	281
8.4.1  OFDM信號(hào)峰均值功率比的分布	281
8.4.2  非線性形變類(lèi)限幅法	282
8.4.3  編碼類(lèi)方法	288
8.4.4  加擾類(lèi)方法	289
8.5  MIMO-STFC-OFDM系統(tǒng)成對(duì)差錯(cuò)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(duì)差錯(cuò)概率分析	296
8.5.4  空時(shí)頻編碼矩陣對(duì)成對(duì)差錯(cuò)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(shí)—頻分集增益的實(shí)現(xiàn)	306
8.7  關(guān)于成對(duì)差錯(cuò)概率的模擬分析	319
8.8  本章要點(diǎn)總結(jié)	321
練習(xí)題	322
參考文獻(xiàn)	325
附錄G  接收信號(hào)數(shù)據(jù)矢量 的2范數(shù)的計(jì)算公式推導(dǎo)	329
附錄H  成對(duì)差錯(cuò)概率的計(jì)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(jì)	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(duì)偶理論	338
9.2.1  凸優(yōu)化的定義和分類(lèi)	338
9.2.2  將一般優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問(wèn)題	339
9.2.3  拉格朗日乘子對(duì)偶理論和KKT條件	340
9.3  MIMO系統(tǒng)接收端的優(yōu)化問(wèn)題	341
9.3.1  MIMO系統(tǒng)發(fā)送端和接收端信號(hào)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(wèn)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(jì)	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(jì)	348
9.4.4  最小誤比特率發(fā)送端濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)	349
9.5  本章要點(diǎn)總結(jié)	350
練習(xí)題	351
參考文獻(xiàn)	352

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