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第1章 多天线通信导论1

1.1 阵列处理的简要回顾1

1.2 多天线系统的空-时无线信道1

1.3 无线通信系统中多天线的使用4

1.3.1 分集技术4

1.3.2 复用容量6

1.4 单输入多输出系统6

1.4.1 经选择合并的接收分集7

1.4.2 经增益合并的接收分集7

1.4.3 经混合选择合并或增益合并的接收分集9

1.5 多输入单输出系统10

1.5.1 切换的多波束天线10

1.5.2 经匹配波束形成的发射分集10

1.5.3 零导向和最优波束形成11

1.5.4 经空-时编码的发射分集11

1.5.5 间接发射分集12

1.6 多输入多输出系统13

1.6.1 具有完整发射信道知识的MIMO系统13

1.6.2 没有发射信道知识的MIMO系统15

1.6.3 具有部分发射信道知识的MIMO系统17

1.7 商业无线通信系统中的多天线技术18

第2章 MIMO信道的物理模型19

2.1 多维信道模型19

2.1.1 双向信道的脉冲响应19

2.1.2 多维相关函数和平稳性23

2.1.3 信道衰落、K因子和多普勒谱24

2.1.4 功率延迟和方向谱26

2.1.5 从双向传播到MIMO信道27

2.1.6 信道矩阵的统计特性29

2.1.7 离散信道建模：取样定理回顾31

2.1.8 物理模型和解析模型32

2.2 电磁模型32

2.2.1 基于辐射的确定性方法32

2.2.2 多极化信道33

2.3 基于几何学的模型35

2.3.1 单环模型35

2.3.2 双环模型37

2.3.3 组合椭圆环模型37

2.3.4 椭圆和圆模型39

2.3.5 基于几何的模型到双极化信道的推广39

2.4 经验模型40

2.4.1 推广的Saleh-Valenzuela模型40

2.4.2 斯坦福大学过渡型信道模型41

2.4.3 COST模型42

2.5 标准化模型42

2.5.1 IEEE 802.11 TGn模型43

2.5.2 IEEE 802.16d/e模型43

2.5.3 3GPP/3GPP2空间信道模型44

2.6 MIMO系统中的天线44

2.6.1 关于天线阵列44

2.6.2 互耦合44

第3章 用于系统设计的MIMO信道解析表示48

3.1 具有相关性的MIMO信道的一般表示48

3.1.1 瑞利衰落信道48

3.1.2 莱斯衰落信道49

3.1.3 双极化信道50

3.1.4 孔洞信道的双瑞利衰落模型53

3.2 简化的高斯MIMO信道表示53

3.2.1 克罗内克模型54

3.2.2 虚拟信道表示54

3.2.3 特征波束模型56

3.3　基于传播的MIMO系统的量度57

3.3.1　比较模型和相关矩阵58

3.3.2　多径丰富性的描述58

3.3.3　MIMO信道非平稳性的测量60

3.4　信道物理模型与其解析表示间的关系64

3.4.1　克罗内克模型的似是而非64

3.4.2　数值例子66

3.4.3　解析模型间的比较：一种系统观点71

第4章 互信息和实际随机MIMO信道的容量73

4.1　具有完整发射信道知识的衰落信道容量73

4.2　具有部分发射信道知识的独立同分布瑞利快衰落信道的遍历容量76

4.3　互信息和具有部分发射信道知识的相关瑞利信道容量82

4.3.1　等功率分配时的互信息82

4.3.2　具有部分发射信道信息的相关瑞利信道的遍历容量87

4.4　具有部分发射信道知识的莱斯信道互信息和容量89

4.4.1　等功率分配时的互信息89

4.4.2　具有部分发射信道知识的遍历容量90

4.5　一些特殊信道上的互信息91

4.5.1　双极化信道91

4.5.2　天线耦合对互信息的影响93

4.6　独立同分布瑞利慢衰落信道的中断容量和分集-多路复用的折中95

4.6.1　无穷大信噪比情况96

4.6.2　有限信噪比情况100

4.7　半相关瑞利和莱斯慢衰落信道中的中断容量和分集-多路复用折中101

第5章 独立同分布瑞利平坦衰落信道上的空-时编码104

5.1　空-时编码的回顾104

5.2　系统模型105

5.3　由差错概率引出的设计方法105

5.3.1　快衰落MIMO信道：距离-乘积准则106

5.3.2　慢衰落MIMO信道：秩-行列式和秩-迹准则107

5.4 由信息论引出的设计方法109

5.4.1　快衰落MIMO信道：达到遍历容量109

5.4.2　慢衰落MIMO信道：达到分集-多路复用折中110

5.5　空-时分组编码114

5.5.1　线性空-时分组码的一般构架114

5.5.2　空间多路复用和V-BLAST119

5.5.3 D-BLAST128

5.5.4　正交空-时分组码130

5.5.5　准正交空-时分组码135

5.5.6　线性散布码137

5.5.7　代数空-时码138

5.5.8　全局性能比较142

5.6　空-时格型编码144

5.6.1　空-时格型编码144

5.6.2　超正交空-时格型编码151

第6章 真实MIMO信道的差错概率153

6.1 一种条件成对差错概率方法153

6.1.1 退化信道153

6.1.2 空间多路复用例子156

6.2 平均成对差错概率方法介绍158

6.3 瑞利衰落信道中的平均成对差错概率161

6.3.1 高信噪比方法161

6.3.2 中等信噪比方法168

6.3.3 低信噪比方法174

6.3.4 总结和例子174

6.4 莱斯衰落信道中的平均成对差错概率177

6.4.1 高信噪比方法177

6.4.2 中等信噪比方法180

6.4.3 低信噪比方法181

6.4.4 总结和例子182

6.5 双极化信道中的平均成对差错概率183

6.5.1 正交空-时分组码的性能184

6.5.2 空间多路复用的性能186

6.6 关于实际信道中空-时编码设计的一些想法188

第7章　未知发射信道知识的实际MIMO系统信道上的空-时编码189

7.1　根据信息论的设计方法189

7.2　慢衰落信道下基于信息论的编码设计190

7.2.1　一般编码设计准则190

7.2.2　MISO信道192

7.2.3　并行信道193

7.3　基于差错概率的设计方法195

7.3.1　具有健壮性的编码设计195

7.3.2　退化信道中的平均成对差错概率196

7.3.3　灾变编码和一般设计准则198

7.4　慢衰落信道中基于差错概率的编码设计203

7.4.1　满秩编码203

7.4.2　线性空-时分组编码203

7.4.3　基于虚拟信道表示的设计准则205

7.4.4　与基于信息论方法设计编码的关系206

7.4.5　慢衰落信道下实用化的编码设计207

7.5　快衰落信道中基于差错概率的编码设计215

7.5.1　乘性灾变编码215

7.5.2　快衰落信道下的实用化编码设计215

第8章　具有部分发射信道知识的空-时编码219

8.1　基于信道统计特性的预编码技术导论220

8.1.1　总体框架220

8.1.2　基于信息论的设计方法221

8.1.3　基于差错概率的设计方法222

8.2　对正交空-时分组码的基于信道统计特性的预编码222

8.2.1　克罗内克瑞利衰落信道的最优预编码223

8.2.2　非克罗内克瑞利衰落信道的最优预编码227

8.2.3　莱斯衰落信道的最优预编码227

8.3　对非单位差错矩阵的基于信道统计特性的预编码229

8.4　对空间多路复用的基于信道统计特性的预编码232

8.4.1　波束形成233

8.4.2　星座整形233

8.4.3　星座整形的非线性方法240

8.4.4 次最佳接收机的预编码器设计243

8.5　量化预编码和天线选择技术导论244

8.6　对主特征模式发射的量化预编码和天线选择244

8.6.1　独立同分布瑞利衰落信道下的选择准则和码书设计245

8.6.2　天线选择和可达分集增益246

8.6.3　需要多少反馈比特247

8.6.4　空间相关瑞利衰落信道下的选择准则和码书设计247

8.7　正交空-时分组码的量化预编码和天线选择248

8.7.1　选择准则和码书设计248

8.7.2　天线子集选择和可达分集增益249

8.8　对空间多路复用的量化预编码和天线选择251

8.8.1　选择准则和码书设计251

8.8.2　解码策略对差错概率的影响252

8.8.3　推广至多模式预编码253

8.9　基于信息论的量化预编码254

第9章 频率选择性信道的空-时编码256

9.1　单载波与多载波发射256

9.1.1　单载波发射256

9.1.2　多载波发射：MIMO-OFDM257

9.1.3　单载波和多载波传输的统一表示261

9.2　从信息论方面考虑频率选择性MIMO信道262

9.2.1　容量考虑262

9.2.2　等功率分配时的互信息263

9.2.3　分集-多路复用折中263

9.3　平均成对差错概率264

9.4　瑞利衰落信道中单载波发射时的编码设计准则265

9.4.1　广义延时-分集265

9.4.2　Lindskog-Paulraj方案266

9.4.3　替代结构267

9.5　瑞利衰落信道中空-频编码MIMO-OFDM发射时的编码设计准则267

9.5.1　分集增益分析267

9.5.2　编码增益分析270

9.5.3　空-频线性分组码271

9.5.4　循环延时-分集274

9.6　关于空间相关的频率选择性信道中编码的健壮性277

9.6.1　退化抽头277

9.6.2 空-频MIMO-OFDM的应用278

附录A　数学公式和矩阵运算性质280

附录B　复高斯随机变量和矩阵282

附录C　斯坦福大学过渡型信道模型285

附录D　关于阻抗参数的最小散射体天线耦合模型287

附录E　平均成对差错概率的推导291

缩写词表295

数学符号表297

参考文献298