MIMO多天線無線通信系統(tǒng)

肖揚(yáng)，北京交通大學(xué)信息科學(xué)研究所教授、博士生導(dǎo)師。通信信號(hào)處理領(lǐng)域的知名學(xué)者。曾作為訪問教授在德國(guó)及韓國(guó)進(jìn)行過該領(lǐng)域多項(xiàng)重要合作項(xiàng)目的研究;主持多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金相關(guān)課題、國(guó)際合作項(xiàng)目及教育部博士生基金課題，已出版信號(hào)處理和系統(tǒng)理論方面的專著3部。

第1章 緒論 1

1.1 MIMO技術(shù) 1

1.2 智能天線技術(shù) 6

1.3 IMT-Advanced技術(shù)與多天線無線通信系統(tǒng) 10

1.4 本書的梗概 13

第2章 MIMO信道模型 14

2.1 無線信道衰落模型 14

2.2 無線衰落信道的主要特性 16

2.3 無線信道建模 18

2.4 MIMO無線信道 20

2.5 MIMO信道仿真模型 24

2.6 MIMO系統(tǒng)的容量 27

2.7 多用戶MIMO-DS/CDMA系統(tǒng)的容量 32

參考文獻(xiàn) 36

第3章 MIMO信道估計(jì)與均衡 38

3.1 MIMO信道估計(jì)的基本算法 38

3.2 基于粒子群算法的MIMO平坦衰落信道均衡器 42

參考文獻(xiàn) 46

第4章 MIMO空時(shí)分組碼系統(tǒng) 48

4.1 空時(shí)編碼技術(shù) 48

4.2 802.16e標(biāo)準(zhǔn)下空時(shí)分組編碼系統(tǒng) 54

4.3 基于迭代干擾抵消的空時(shí)分組碼譯碼算法 61

4.4 空時(shí)塊分組系統(tǒng)中的排序最大信噪比檢測(cè)算法 68

參考文獻(xiàn) 73

第5章 MIMO接收機(jī)中的球形解碼算法 75

5.1 概述 75

5.2 MIMO系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)技術(shù) 76

5.3 球形檢測(cè)算法 77

參考文獻(xiàn) 88

第6章 MIMO-OFDM系統(tǒng) 91

6.1 MIMO-OFDM系統(tǒng)概述 91

6.2 基于FFT的OFDM系統(tǒng) 91

6.3 基于DCT的OFDM系統(tǒng) 97

6.4 MIMO-OFDM系統(tǒng) 100

6.5 多用戶MIMO-OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì) 106

6.6 基于上行導(dǎo)引信號(hào)和LDPC編解碼的MIMO空間復(fù)用系統(tǒng) 108

參考文獻(xiàn) 114

第7章 MIMO系統(tǒng)天線選擇算法 117

7.1 MIMO系統(tǒng)中發(fā)射天線的快速選擇算法 117

7.2 MIMO系統(tǒng)中接收天線的快速選擇算法 120

參考文獻(xiàn) 123

第8章 空時(shí)擴(kuò)譜CDMA系統(tǒng) 125

8.1 簡(jiǎn)介 125

8.2 空時(shí)擴(kuò)譜CDMA系統(tǒng) 125

8.3 移動(dòng)臺(tái)接收機(jī)的信道估計(jì) 132

參考文獻(xiàn) 135

第9章 空間復(fù)用MIMO-CDMA系統(tǒng) 137

9.1 MIMO-CDMA接收機(jī) 137

9.2 MIMO-CDMA系統(tǒng)預(yù)編碼算法 144

參考文獻(xiàn) 149

第10章 TD-SCDMA基站系統(tǒng) 152

10.1 TDD和FDD無線通信系統(tǒng)的下行鏈路波束賦形 152

10.2 TD-SCDMA移動(dòng)通信中的Pre-Rake分集合并 157

10.3 用于TD-SCDMA基站的空時(shí)Rake接收機(jī) 165

10.4 TD-SCDMA系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)空間CDMA信道分配 173

參考文獻(xiàn) 178

第11章 TD-SCDMA系統(tǒng)基站接收機(jī)算法 181

11.1 CDMA系統(tǒng)中的智能天線算法 181

11.2 TD-SCDMA系統(tǒng)的多用戶檢測(cè)算法 186

11.3 基于干擾子空間的修正MMSE多用戶檢測(cè)器 193

11.4 基于解相關(guān)矩陣迭代的解相關(guān)-串行干擾消除聯(lián)合多用戶檢測(cè)器 197

參考文獻(xiàn) 203

第12章 Turbo編解碼 206

12.1 Turbo碼的編碼器 206

12.2 多模Turbo編解碼器的正交交織器設(shè)計(jì) 214

參考文獻(xiàn) 221

第13章 準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼設(shè)計(jì)與譯碼算法 223

13.1 概述 223

13.2 準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼的設(shè)計(jì) 230

13.3 不規(guī)則QC碼構(gòu)造方法 242

13.4 基于子矩陣移位法的圍數(shù)為8的規(guī)則LDPC碼設(shè)計(jì) 244

13.5 LDPC碼的最小距離 246

13.6 LDPC的譯碼算法 253

參考文獻(xiàn) 257

第14章 LDPC編碼系統(tǒng) 260

14.1 LDPC編碼算法 260

14.2 IEEE802.16e標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼 266

14.3 DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)中的LDPC碼 275

參考文獻(xiàn) 279

……

本書由北京交通大學(xué)信息科學(xué)研究所知名學(xué)者肖揚(yáng)教授編著，系統(tǒng)介紹了MIMO多天線無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)涉及的空時(shí)信號(hào)處理與空時(shí)編解碼技術(shù)，以及智能天線無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。書中內(nèi)容兼顧MIMO多天線無線通信系統(tǒng)和智能天線無線通信系統(tǒng)的基本原理、算法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可作為高等院校通信與電子系統(tǒng)方面的研究生教材或參考書，亦可作為MIMO多天線無線通信系統(tǒng)方面的研發(fā)人員的參考書。

《MIMO多天線無線通信系統(tǒng)》內(nèi)容簡(jiǎn)介:MIMO多天線無線通信系統(tǒng)為智能天線無線通信系統(tǒng)之后的新型無線通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可獲得空間分集增益或空間復(fù)用功能，進(jìn)而提高信號(hào)傳輸質(zhì)量，降低誤碼率或提高頻譜利用率?！禡IMO多天線無線通信系統(tǒng)》將系統(tǒng)介紹MIMO多天線無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)涉及的空時(shí)信號(hào)處理與空時(shí)編解碼技術(shù)，同時(shí)介紹智能天線無線通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

《MIMO多天線無線通信系統(tǒng)》內(nèi)容兼顧MIMO多天線無線通信系統(tǒng)和智能天線無線通信系統(tǒng)的基本原理、算法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，可作為高等院校通信與電子系統(tǒng)方面的研究生教材或參考書，亦可作為MIMO多天線無線通信系統(tǒng)方面的研發(fā)人員的參考書。

圖1 所示為mimo系統(tǒng)的原理圖。傳輸信息流s(k)經(jīng)過空時(shí)編碼形成n個(gè)信息子流ci(k)，i =1 ,…， n 。這n子流由n個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由m個(gè)接收天線接收。多天線接收機(jī)利用先進(jìn)的空時(shí)編碼處理能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實(shí)現(xiàn)最佳的處理。 特別是，這n個(gè)子流同時(shí)發(fā)送到信道，各發(fā)射信號(hào)占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個(gè)并行空間信道。通過這些并行空間信道獨(dú)立地傳輸信息，數(shù)據(jù)率必然可以提高。 mimo 將多徑無線信道與發(fā)射、接收視為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化， 從而實(shí)現(xiàn)高的通信容量和頻譜利用率。這是一種近于最優(yōu)的空域時(shí)域聯(lián)合的分集和干擾對(duì)消處理。

1、3g中的mimo 應(yīng)用 目前，對(duì)mimo 技術(shù)的研究工作己經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)成熟的階段。但至今為止，mimo 在蜂窩系統(tǒng)中還很少商業(yè)實(shí)現(xiàn)。除了多入單出的純發(fā)分集方案，目前3g(3 generation ,第三代) 還沒有采用任何的mimo 方案。影響mimo 系統(tǒng)大規(guī)模商業(yè)化的兩個(gè)主要因素: 一是天線問題。在mimo 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，天線的數(shù)目和間距是很重要的系統(tǒng)參數(shù)。對(duì)于終端而言1/ 2 波長(zhǎng)間距足夠保證非相關(guān)衰落，最大可能是使用兩根天線，而對(duì)于手機(jī)而言，安裝兩根天線可能是個(gè)問題。這是因?yàn)槟壳笆謾C(jī)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是把天線放入蓋子里以改進(jìn)外表的吸引力，這就使得間隔的要求近乎苛刻。 二是接收機(jī)復(fù)雜度的問題。首先，接收機(jī)中對(duì)mimo 信道的估計(jì)使得復(fù)雜度增加。另外，復(fù)雜度還來自特別的rf(radio frequency ,射頻) 、硬件和接收機(jī)高級(jí)分離算法。 系統(tǒng)與現(xiàn)有的非mimo 網(wǎng)絡(luò)兼容問題、itu ( international telecommunication union ,國(guó)際電信聯(lián)盟) 還沒有統(tǒng)一的mimo 信道模型問題、考慮發(fā)射機(jī)的信道狀態(tài)信息csi (channel status information)問題等等，也是需要考慮的。 2、mimo 技術(shù)的其它應(yīng)用 mimo 技術(shù)己經(jīng)廣泛地應(yīng)用在固定寬帶無線接入領(lǐng)域中，采用mimo 的主要公司是iospan wire2less 和raze technologies。iospan wireless 的airburst 系統(tǒng)是基于mimo 一ofdm 正交頻分復(fù)用的fdd(頻分雙工) 系統(tǒng)。raze technologies 的skyfir 系統(tǒng)也具有mimo 接口，并且可以用波束成形控制器來升級(jí)。

盡管還有許多問題有待解決，如blast 系統(tǒng)中多用戶情況時(shí)的干擾、實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端的多天線、降低接收機(jī)復(fù)雜度等等，但在頻帶資源有限而高速數(shù)據(jù)需求無限增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)下，利用增加發(fā)射天線來增加空間自由度、改善系統(tǒng)性能、提高頻帶利用率已經(jīng)成為無線通信領(lǐng)域中的一個(gè)研究方向。mimo 技術(shù)以其特有的優(yōu)點(diǎn)，將成為未來移動(dòng)通信中的關(guān)鍵技術(shù)之一，將對(duì)無線通信系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。