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第1章 无线信道的传播和衰落特性分析与模拟1

引言1

1.1 一些预备知识与概念2

1.2 无线信道一般传播特性分析3

1.2.1 大尺度衰落6

1.2.2 小尺度衰落13

1.3 单输入单输出信道模型22

1.3.1 室内信道模型23

1.3.2 室外信道模型30

1.4 多输入多输出信道模型45

1.4.1 多输入多输出信道统计模型45

1.4.2 I-METRA多输入多输出信道统计模型54

1.4.3 SCM多输入多输出信道模型63

1.5 天线分集及合并算法69

1.5.1 分集增益的一些概念69

1.5.2 几种经典的合并算法71

1.6 多输入多输出信道系统75

1.7 本章要点总结75

练习题76

参考文献77

第2章 MIMO信道的容量分析80

引言80

2.1 一些准备81

2.2 具有确定传输函数的多输入多输出高斯信道的容量分析83

2.2.1 多输入多输出信道容量的定义83

2.2.2 发送端未知信道参数时的信道容量84

2.2.3 发送端已知信道参数时的信道容量86

2.2.4 确定性信道的信道容量88

2.2.5 随机性信道的信道容量91

2.2.6 遍历性容量91

2.2.7 中断容量92

2.3 差错指数93

2.4 影响信道容量的其他一些因素94

2.4.1 衰落相关对信道容量的影响94

2.4.2 直达波对信道容量的影响96

2.4.3 交叉极化判别对信道容量的影响97

2.4.4 信道蜕化—锁眼效应对信道容量的影响99

2.4.5 频率选择性信道对信道容量的影响100

2.5 模拟说明103

2.6 本章要点总结103

练习题103

参考文献104

第3章 空时分组码的设计准则105

引言105

3.1 秩和行列式准则106

3.2 迹准则112

3.3 最大互信息熵准则114

3.4 本章要点总结115

练习题115

参考文献116

第4章 正交空时分组码编码及性能分析117

引言117

4.1 Alamouti空时编码方案118

4.2 Alamouti空时编码方案与最大比合并器的比较122

4.3 实正交设计124

4.4 广义实正交设计133

4.5 复正交设计和广义复正交设计139

4.6 OSTBC的解码（符号估计判决量的构造）147

4.7 性能分析149

4.7.1 正交空时码情形的性能分析150

4.7.2 非正交空时码情形的性能分析154

4.8 计算机模拟实验说明157

4.9 本章要点总结158

练习题159

参考文献161

附录A 有关函数Q（x）的几个结果163

附录B 编码矩阵H3对信道参数的编码变换公式164

第5章 空时格型码的编码原理及性能分析165

引言165

5.1 空时格型编码器的网格图165

5.2 空时格型码编码器结构、生成多项式及生成矩阵166

5.3 空时格型码的解码算法172

5.4 空时格型码的性能分析172

5.5 空时格型码的设计174

5.6 本章要点总结178

练习题178

参考文献179

第6章 分层空时编码原理及检测算法分析180

引言180

6.1 系统模型和层的概念181

6.2 分层空时码的编码结构和原理183

6.2.1 分层空时码的水平编码结构183

6.2.2 分层空时码的垂直编码结构190

6.3 分层空时编码的几个经典检测算法192

6.3.1 最大似然检测器193

6.3.2 迫零（解相关）检测器193

6.3.3 最小均方误差检测器194

6.3.4 基于QR分解的干扰逐个剔除接收机195

6.4 分层空时编码的性能分析197

6.4.1 水平分层空时码的性能分析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 信道估计问题199

6.6 计算机模拟实验结果和说明203

6.7 本章要点总结207

练习题207

参考文献208

第7章 准正交空时分组码和最小解码复杂度分析209

引言209

7.1 拟（准）正交空时分组码的传输模型210

7.2 拟（准）正交空时分组码的编码规则和解码算法214

7.2.1 几种拟（准）正交空时分组码的编码方案214

7.2.2 拟（准）正交空时分组码的星座图旋转编码与解码算法216

7.2.3 拟（准）正交空时分组码的解码算法复杂度分析222

7.3 通用的非奇异线性星座图符号变换公式224

7.4 非奇异线性变换矩阵Ui的设计226

7.4.1 非奇异线性变换矩阵Ui对最大似然解码为实符号对复杂度的充分必要条件226

7.4.2 正方形QAM情形下的最佳线性变换228

7.4.3 矩形QAM（RQAM）情形下的最佳线性变换230

7.4.4 关于任何格点上的任意QAM调制符号星座图的非奇异线性变换233

7.5 关于矩形QAM调制符号星座图和坐标交织正交设计的最佳线性变换235

7.5.1 坐标交织正交设计编码的概念235

7.5.2 坐标交织正交码的最优解码237

7.5.3 坐标交织正交码的空时分集增益和编码增益239

7.5.4 4-QAM星座图的最佳旋转角240

7.5.5 坐标交织正交设计的非奇异线性变换240

7.6 计算机仿真和结论242

7.7 本章要点总结245

练习题246

参考文献248

附录C 定理7.1的证明251

附录D 定理7.2的证明254

附录E 定理7.3的证明259

附录F 定理7.7的证明263

第8章 MIMO系统与正交频分复用及空时频编码传输技术264

引言264

8.1 正交频分复用（OFDM）技术的基本概念265

8.2 正交频分复用（OFDM）技术的基本原理266

8.2.1 正交频分复用（OFDM）信号的生成和表达式267

8.2.2 OFDM信号的数学表达式268

8.2.3 保护间隔与循环前缀的插入269

8.2.4 加窗函数对OFDM信号的意义270

8.3 正交频分复用（OFDM）信号的接收与解码271

8.3.1 OFDM信号接收端结构分析272

8.3.2 OFDM信号在接收端的数学表示分析273

8.4 OFDM信号功率峰均值比（PAPR）问题281

8.4.1 OFDM信号峰均值功率比的分布281

8.4.2 非线性形变类限幅法282

8.4.3 编码类方法288

8.4.4 加扰类方法289

8.5 MIMO-STFC-OFDM系统成对差错概率分析292

8.5.1 系统模型及其分集特性293

8.5.2 基于OFDM调制的发送端阵列天线系统与空频编码295

8.5.3 成对差错概率分析296

8.5.4 空时频编码矩阵对成对差错概率的影响分析301

8.5.5 接收数据矢量协方差分析303

8.6 空—时—频分集增益的实现306

8.7 关于成对差错概率的模拟分析319

8.8 本章要点总结321

练习题322

参考文献325

附录G 接收信号数据矢量Y的2范数的计算公式推导329

附录H 成对差错概率的计算公式推导330

第9章 凸优化理论与MIMO系统收发机的设计335

引言335

9.1 优化理论的一些基本概念335

9.2 凸优化及其对偶理论338

9.2.1 凸优化的定义和分类338

9.2.2 将一般优化问题转化为凸优化问题339

9.2.3 拉格朗日乘子对偶理论和KKT条件340

9.3 MIMO系统接收端的优化问题341

9.3.1 MIMO系统发送端和接收端信号模型341

9.3.2 与线性接收滤波器有关的性能指标342

9.3.3 最优线性接收滤波器343

9.3.4 不同性能度量间的联系344

9.4 MIMO系统发送端波束形成优化问题345

9.4.1 MIMO系统发送端波束形成的凸优化处理346

9.4.2 性能指标直接约束的发送端滤波器优化设计346

9.4.3 广义性能指标约束的系统发送端滤波器优化设计348

9.4.4 最小误比特率发送端滤波器优化设计349

9.5 本章要点总结350

练习题351

参考文献352