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大規模MIMO系統原理與設計分析 版權信息
- ISBN：9787115499844
- 條形碼：9787115499844 ; 978-7-115-49984-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
大規模MIMO系統原理與設計分析 本書特色
本書由大規模多輸入多輸出系統概念的創始人撰寫，是該系統物理層及工程應用原理的D一部完全指南。本書僅僅需要讀者具備通信和統計信號處理的基礎知識，在此基礎上本書將指導讀者深入理解多小區大規模多輸入多輸出系統中的信道傳播模型、復用和解復用、信道估計、功率控制和性能分析等核心問題。作者獨具特色的容量界方法將能夠幫助讀者開展有效的系統性能分析和研發，適用于大規模多輸入多輸出系統的關鍵技術和算法。本書豐富的示例以及與本書配套的習題、解答等網絡資源將幫助讀者實踐所學的知識并獲取對復雜無線通信系統設計與分析的技能。無論你是研究生、研究人員，還是從事無線通信研發的專業人士，本書將是不可或缺的指南。
大規模MIMO系統原理與設計分析 內容簡介
本書由大規模多輸入多輸出系統概念的創始人撰寫，是該系統物理層及工程應用原理的D一部接近指南。本書僅僅需要讀者具備通信和統計信號處理的基礎知識，在此基礎上本書將指導讀者深入理解多小區大規模多輸入多輸出系統中的信道傳播模型、復用和解復用、信道估計、功率控制和性能分析等核心問題。作者獨具特色的容量界方法將能夠幫助讀者開展有效的系統性能分析和研發，適用于大規模多輸入多輸出系統的關鍵技術和算法。 本書豐富的示例以及與本書配套的習題、解答等網絡資源將幫助讀者實踐所學的知識并獲取對復雜無線通信系統設計與分析的技能。無論你是研究生、研究人員，還是從事無線通信研發的專業人士，本書將是不可或缺的指南。
大規模MIMO系統原理與設計分析 目錄
目 錄
第 1章 介紹 1
1.1 點到點MIMO 2
1.2 多用戶MIMO 4
1.3 大規模MIMO 6
1.4 時分雙工與頻分雙工 10
1.5 要點總結 12
第 2章 模型與準備工作 13
2.1 單天線發射機和單天線接收機 14
2.1.1 相干時間 14
2.1.2 相干帶寬 16
2.1.3 相干間隔 17
2.1.4 根據奈奎斯特采樣速率解釋Tc和Bc 18
2.1.5 TDD相干間隔結構 18
2.1.6 OFDM調制時的相干間隔 19
2.1.7 小尺度和大尺度衰落 22
2.1.8 歸一化信號模型和SNR 23
2.2 多天線基站和多個終端 23
2.2.1 單小區系統 24
2.2.2 多小區系統 25
2.3 性能指標——容量界 27
2.3.1 加性高斯噪聲確定信道 28
2.3.2 加性非高斯噪聲確定信道 29
2.3.3 具有加性高斯噪聲及接收端完美CSI的衰落信道 30
2.3.4 具有加性高斯噪聲但不具備接收端CSI的衰落信道 30
2.3.5 具有非高斯噪聲和邊信息的衰落信道 31
2.4 要點總結 32
第3章 單小區系統 35
3.1 上行鏈路導頻和信道估計 36
3.1.1 正交導頻 37
3.1.2 接收導頻信號的解擴操作 37
3.1.3 MMSE信道估計 38
3.2 上行鏈路數據傳輸 39
3.2.1 迫零處理 41
3.2.2 *大比處理 43
3.3 下行鏈路數據傳輸 46
3.3.1 線性預編碼 47
3.3.2 迫零處理 48
3.3.3 *大比處理 49
3.4 討論 51
3.4.1 對有效SINR表達式的理解 52
3.4.2 功率控制的意義 53
3.4.3 比例規律和SINR上界 54
3.5 當M>>K時，線性處理的準*優性 55
3.6 凈頻譜效率 58
3.7 限制因素：天線數目及移動性 58
3.8 要點總結 62
第4章 多小區系統 63
4.1 基于導頻的上行鏈路信道估計 65
4.2 上行鏈路數據傳輸 66
4.2.1 迫零處理 67
4.2.2 *大比處理 69
4.3 下行鏈路數據傳輸 71
4.3.1 迫零處理 72
4.3.2 *大比處理 74
4.4 小結 75
4.4.1 基站天線數趨于無窮時的漸近性能限 76
4.4.2 導頻污染的影響 76
4.4.3 非同步導頻干擾 77
4.5 要點總結 78
第5章 功率控制準則 79
5.1 引言 80
5.2 給定目標SINR的功率控制 82
5.2.1 單小區系統 82
5.2.2 多小區系統 83
5.3 *大-*小公平功率控制 83
5.3.1 單小區系統中的*大-*小公平功率控制 84
5.3.2 具有網絡范圍*大-*小公平的多小區系統 87
5.3.3 用于可忽略相干干擾和全功率的每小區功率控制 88
5.3.4 一致優良的服務 91
5.4 要點總結 92
第6章 案例研究 93
6.1 單小區部署示例：農村地區固定寬帶網接入 96
6.1.1 所需天線數和輻射功率 96
6.1.2 *大-*小公平功率控制算法分析 99
6.2 多小區部署：基礎和算法 100
6.2.1 多小區分簇模型和導頻復用 100
6.2.2 為基站分配終端 102
6.2.3 從服務中丟棄終端 103
6.2.4 導頻分配和所需的導頻序列長度 104
6.2.5 考慮相干干擾的單小區*大-*小功率控制 104
6.3 多小區部署示例：移動接入 106
6.3.1 密集城區場景 106
6.3.2 郊區場景 107
6.3.3 每個終端*低吞吐量性能 107
6.3.4 附加觀察 109
6.3.5 功率控制策略的比較 110
6.4 要點總結 113
第7章 大規模MIMO與傳播信道 115
7.1 有利傳播與確定信道 116
7.1.1 容量上界 117
7.1.2 與有利傳播間的差距 117
7.1.3 有利傳播與線性處理 118
7.1.4 奇異值擴散作為有利傳播的度量 119
7.2 有利傳播與隨機信道 120
7.2.1 獨立瑞利衰落 120
7.2.2 均勻隨機視距傳輸（UR-LoS） 121
7.2.3 獨立瑞利衰落與UR-LoS的比較 122
7.3 有限維度信道 127
7.4 要點總結 128
第8章 *終篇與未來的方向 129
8.1 性能分析的替代方法 130
8.2 多天線終端 130
8.3 導頻污染與導頻分配 131
8.4 頻分雙工（FDD）模式下的大規模MIMO 132
8.5 非蜂窩大規模MIMO 132
8.6 信號處理算法 133
8.7 非理想硬件的影響 133
8.8 隨機接入與資源分配 134
8.9 總能效 135
附錄A 循環對稱復高斯向量 137
A.1 復高斯隨機向量 138
A.2 循環對稱的復高斯隨機向量 138
A.2.1 偽協方差矩陣 139
A.2.2 概率密度函數 139
A.2.3 線性變換 141
A.2.4 四階矩 142
附錄B 有用的隨機矩陣結果 143
B.1 對稱性 144
B.2 QR分解 145
B.3 期望值 147
附錄C 容量和容量定界工具 149
C.1 Jensen不等式 150
C.2 點到點的標量信道 151
C.2.1 熵的轉化不變性 152
C.2.2 高斯分布使熵*大化 152
C.2.3 帶有加性高斯噪聲的確定信道 153
C.2.4 帶有加性非高斯噪聲的確定信道 154
C.2.5 帶有高斯噪聲和接收端理想CSI的衰落信道 155
C.2.6 帶有非高斯噪聲和邊信息的衰落信道 155
C.3 點到點的MIMO信道 157
C.3.1 確定的MIMO信道 157
C.3.2 接收端具有理想CSI時的MIMO衰落信道 159
C.4 多用戶MIMO信道 159
C.4.1 多接入信道（上行） 161
C.4.2 廣播信道（下行） 163
C.4.3 衰落與非理想CSI 166
附錄D 單小區容量定界的替代方法 167
D.1 上行迫零傳輸 168
D.1.1 通過Jensen不等式獲得容量下界 168
D.1.2 下界的緊致性 169
D.2 上行的*大比傳輸 170
D.2.1 基于Jensen不等式的容量下界 170
D.2.2 界的比較 171
D.3 下行的*大比處理 172
附錄E 多小區系統中的漸近SINR 175
附錄F 鏈路預算的計算 179
附錄G 六邊形中的均勻分布點 181
附錄H 縮寫和注釋 185
參考文獻 191
第 1章 介紹 1
1.1 點到點MIMO 2
1.2 多用戶MIMO 4
1.3 大規模MIMO 6
1.4 時分雙工與頻分雙工 10
1.5 要點總結 12
第 2章 模型與準備工作 13
2.1 單天線發射機和單天線接收機 14
2.1.1 相干時間 14
2.1.2 相干帶寬 16
2.1.3 相干間隔 17
2.1.4 根據奈奎斯特采樣速率解釋Tc和Bc 18
2.1.5 TDD相干間隔結構 18
2.1.6 OFDM調制時的相干間隔 19
2.1.7 小尺度和大尺度衰落 22
2.1.8 歸一化信號模型和SNR 23
2.2 多天線基站和多個終端 23
2.2.1 單小區系統 24
2.2.2 多小區系統 25
2.3 性能指標——容量界 27
2.3.1 加性高斯噪聲確定信道 28
2.3.2 加性非高斯噪聲確定信道 29
2.3.3 具有加性高斯噪聲及接收端完美CSI的衰落信道 30
2.3.4 具有加性高斯噪聲但不具備接收端CSI的衰落信道 30
2.3.5 具有非高斯噪聲和邊信息的衰落信道 31
2.4 要點總結 32
第3章 單小區系統 35
3.1 上行鏈路導頻和信道估計 36
3.1.1 正交導頻 37
3.1.2 接收導頻信號的解擴操作 37
3.1.3 MMSE信道估計 38
3.2 上行鏈路數據傳輸 39
3.2.1 迫零處理 41
3.2.2 *大比處理 43
3.3 下行鏈路數據傳輸 46
3.3.1 線性預編碼 47
3.3.2 迫零處理 48
3.3.3 *大比處理 49
3.4 討論 51
3.4.1 對有效SINR表達式的理解 52
3.4.2 功率控制的意義 53
3.4.3 比例規律和SINR上界 54
3.5 當M>>K時，線性處理的準*優性 55
3.6 凈頻譜效率 58
3.7 限制因素：天線數目及移動性 58
3.8 要點總結 62
第4章 多小區系統 63
4.1 基于導頻的上行鏈路信道估計 65
4.2 上行鏈路數據傳輸 66
4.2.1 迫零處理 67
4.2.2 *大比處理 69
4.3 下行鏈路數據傳輸 71
4.3.1 迫零處理 72
4.3.2 *大比處理 74
4.4 小結 75
4.4.1 基站天線數趨于無窮時的漸近性能限 76
4.4.2 導頻污染的影響 76
4.4.3 非同步導頻干擾 77
4.5 要點總結 78
第5章 功率控制準則 79
5.1 引言 80
5.2 給定目標SINR的功率控制 82
5.2.1 單小區系統 82
5.2.2 多小區系統 83
5.3 *大-*小公平功率控制 83
5.3.1 單小區系統中的*大-*小公平功率控制 84
5.3.2 具有網絡范圍*大-*小公平的多小區系統 87
5.3.3 用于可忽略相干干擾和全功率的每小區功率控制 88
5.3.4 一致優良的服務 91
5.4 要點總結 92
第6章 案例研究 93
6.1 單小區部署示例：農村地區固定寬帶網接入 96
6.1.1 所需天線數和輻射功率 96
6.1.2 *大-*小公平功率控制算法分析 99
6.2 多小區部署：基礎和算法 100
6.2.1 多小區分簇模型和導頻復用 100
6.2.2 為基站分配終端 102
6.2.3 從服務中丟棄終端 103
6.2.4 導頻分配和所需的導頻序列長度 104
6.2.5 考慮相干干擾的單小區*大-*小功率控制 104
6.3 多小區部署示例：移動接入 106
6.3.1 密集城區場景 106
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6.3.3 每個終端*低吞吐量性能 107
6.3.4 附加觀察 109
6.3.5 功率控制策略的比較 110
6.4 要點總結 113
第7章 大規模MIMO與傳播信道 115
7.1 有利傳播與確定信道 116
7.1.1 容量上界 117
7.1.2 與有利傳播間的差距 117
7.1.3 有利傳播與線性處理 118
7.1.4 奇異值擴散作為有利傳播的度量 119
7.2 有利傳播與隨機信道 120
7.2.1 獨立瑞利衰落 120
7.2.2 均勻隨機視距傳輸（UR-LoS） 121
7.2.3 獨立瑞利衰落與UR-LoS的比較 122
7.3 有限維度信道 127
7.4 要點總結 128
第8章 *終篇與未來的方向 129
8.1 性能分析的替代方法 130
8.2 多天線終端 130
8.3 導頻污染與導頻分配 131
8.4 頻分雙工（FDD）模式下的大規模MIMO 132
8.5 非蜂窩大規模MIMO 132
8.6 信號處理算法 133
8.7 非理想硬件的影響 133
8.8 隨機接入與資源分配 134
8.9 總能效 135
附錄A 循環對稱復高斯向量 137
A.1 復高斯隨機向量 138
A.2 循環對稱的復高斯隨機向量 138
A.2.1 偽協方差矩陣 139
A.2.2 概率密度函數 139
A.2.3 線性變換 141
A.2.4 四階矩 142
附錄B 有用的隨機矩陣結果 143
B.1 對稱性 144
B.2 QR分解 145
B.3 期望值 147
附錄C 容量和容量定界工具 149
C.1 Jensen不等式 150
C.2 點到點的標量信道 151
C.2.1 熵的轉化不變性 152
C.2.2 高斯分布使熵*大化 152
C.2.3 帶有加性高斯噪聲的確定信道 153
C.2.4 帶有加性非高斯噪聲的確定信道 154
C.2.5 帶有高斯噪聲和接收端理想CSI的衰落信道 155
C.2.6 帶有非高斯噪聲和邊信息的衰落信道 155
C.3 點到點的MIMO信道 157
C.3.1 確定的MIMO信道 157
C.3.2 接收端具有理想CSI時的MIMO衰落信道 159
C.4 多用戶MIMO信道 159
C.4.1 多接入信道（上行） 161
C.4.2 廣播信道（下行） 163
C.4.3 衰落與非理想CSI 166
附錄D 單小區容量定界的替代方法 167
D.1 上行迫零傳輸 168
D.1.1 通過Jensen不等式獲得容量下界 168
D.1.2 下界的緊致性 169
D.2 上行的*大比傳輸 170
D.2.1 基于Jensen不等式的容量下界 170
D.2.2 界的比較 171
D.3 下行的*大比處理 172
附錄E 多小區系統中的漸近SINR 175
附錄F 鏈路預算的計算 179
附錄G 六邊形中的均勻分布點 181
附錄H 縮寫和注釋 185
參考文獻 191
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大規模MIMO系統原理與設計分析 作者簡介
Thomas L. Marzetta 是大規模多輸入多輸出系統的創始人。他是Nokia 公司Bell 實驗室院士和IEEE 會士，曾經在Schlumberger-Doll 研究院和Nichols Research 公司工作。他曾獲得諸多認證和獎勵，其中包括IEEE W. R. G. Baker 獎2015）、IEEE 通信協會的Stephen O. Rice 獎（2015）以及IEEE Guglielmo Marconi 最佳文獻獎（2013）。他曾獲得Linkoping 大學的榮譽博士學位。Erik G. Larsson 是瑞典Linkoping 大學的正教授和IEEE 會士。他曾合著了包含120篇期刊文獻和無線通信中的空時編碼一書（劍橋大學出版社，2003）。他目前是IEEE 信號處理協會中面向通信及網絡的信號處理專題組技術委員會主席（2015—2016 年）。他于2012 年和2014 年兩次獲得IEEE Signal Processing Magazine 的最佳專欄獎，2015 年獲得了IEEE 通信協會的Stephen O. Rice 獎。Hong Yang 是Nokia 公司Bell 實驗室網絡及通信的數學研究部的研究員，他的研究集中在無線通信網絡領域。他具有超過15 年的工業界研究及開發經驗，他曾經供職于Alcatel-Lucent 公司的射頻技術系統工程部和無線設計中心。Hien Quoc Ngo 是瑞典Linkoping 大學的研究員。他于2015 年獲得了IEEE 通信協會的Stephen O. Rice 獎和IEEE 瑞典VT-COM-IT 的聯合最佳學生期刊文獻獎。他于2014年和2015 年獲得了IEEE Communications Letters 和IEEE Transactions on Communications的模范審稿人稱號。
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