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第1章 介绍1

1.1 点到点MIMO2

1.2 多用户MIMO4

1.3 大规模MIMO6

1.4 时分双工与频分双工10

1.5 要点总结12

第2章 模型与准备工作13

2.1 单天线发射机和单天线接收机14

2.1.1 相干时间14

2.1.2 相干带宽16

2.1.3 相干间隔17

2.1.4 根据奈奎斯特采样速率解释Tc和Bc18

2.1.5 TDD相干间隔结构18

2.1.6 OFDM调制时的相干间隔19

2.1.7 小尺度和大尺度衰落22

2.1.8 归一化信号模型和SNR23

2.2 多天线基站和多个终端23

2.2.1 单小区系统24

2.2.2 多小区系统25

2.3 性能指标——容量界27

2.3.1 加性高斯噪声确定信道28

2.3.2 加性非高斯噪声确定信道29

2.3.3 具有加性高斯噪声及接收端完美CSI的衰落信道30

2.3.4 具有加性高斯噪声但不具备接收端CSI的衰落信道30

2.3.5 具有非高斯噪声和边信息的衰落信道31

2.4 要点总结32

第3章 单小区系统35

3.1 上行链路导频和信道估计36

3.1.1 正交导频37

3.1.2 接收导频信号的解扩操作37

3.1.3 MMSE信道估计38

3.2 上行链路数据传输39

3.2.1 迫零处理41

3.2.2 最大比处理43

3.3 下行链路数据传输46

3.3.1 线性预编码47

3.3.2 迫零处理48

3.3.3 最大比处理49

3.4 讨论51

3.4.1 对有效SINR表达式的理解52

3.4.2 功率控制的意义53

3.4.3 比例规律和SINR上界54

3.5 当M〉〉K时，线性处理的准最优性55

3.6 净频谱效率58

3.7 限制因素：天线数目及移动性58

3.8 要点总结62

第4章 多小区系统63

4.1 基于导频的上行链路信道估计65

4.2 上行链路数据传输66

4.2.1 迫零处理67

4.2.2 最大比处理69

4.3 下行链路数据传输71

4.3.1 迫零处理72

4.3.2 最大比处理74

4.4 小结75

4.4.1 基站天线数趋于无穷时的渐近性能限76

4.4.2 导频污染的影响76

4.4.3 非同步导频干扰77

4.5 要点总结78

第5章 功率控制准则79

5.1 引言80

5.2 给定目标SINR的功率控制82

5.2.1 单小区系统82

5.2.2 多小、区系统83

5.3 最大-最小公平功率控制83

5.3.1 单小区系统中的最大-最小公平功率控制84

5.3.2 具有网络范围最大-最小公平的多小区系统87

5.3.3 用于可忽略相干干扰和全功率的每小区功率控制88

5.3.4 一致优良的服务91

5.4 要点总结92

第6章 案例研究93

6.1 单小区部署示例：农村地区固定宽带网接入96

6.1.1 所需天线数和辐射功率96

6.1.2 最大-最小公平功率控制算法分析99

6.2 多小区部署：基础和算法100

6.2.1 多小区分簇模型和导频复用100

6.2.2 为基站分配终端102

6.2.3 从服务中丢弃终端103

6.2.4 导频分配和所需的导频序列长度104

6.2.5 考虑相干干扰的单小区最大-最小功率控制104

6.3 多小区部署示例：移动接入106

6.3.1 密集城区场景106

6.3.2 郊区场景107

6.3.3 每个终端最低吞吐量性能107

6.3.4 附加观察109

6.3.5 功率控制策略的比较110

6.4 要点总结113

第7章 大规模MIMO与传播信道115

7.1 有利传播与确定信道116

7.1.1 容量上界117

7.1.2 与有利传播间的差距117

7.1.3 有利传播与线性处理118

7.1.4 奇异值扩散作为有利传播的度量119

7.2 有利传播与随机信道120

7.2.1 独立瑞利衰落120

7.2.2 均匀随机视距传输（UR-LoS）121

7.2.3 独立瑞利衰落与UR-LoS的比较122

7.3 有限维度信道127

7.4 要点总结128

第8章 最终篇与未来的方向129

8.1 性能分析的替代方法130

8.2 多天线终端130

8.3 导频污染与导频分配131

8.4 频分双工（FDD）模式下的大规模MIMO132

8.5 非蜂窝大规模MIMO132

8.6 信号处理算法133

8.7 非理想硬件的影响133

8.8 随机接入与资源分配134

8.9 总能效135

附录A 循环对称复高斯向量137

A.1 复高斯随机向量138

A.2 循环对称的复高斯随机向量138

A.2.1 伪协方差矩阵139

A.2.2 概率密度函数139

A.2.3 线性变换141

A.2.4 四阶矩142

附录B 有用的随机矩阵结果143

B.1 对称性144

B.2 QR分解145

B.3 期望值147

附录C 容量和容量定界工具149

C.1 Jensen不等式150

C.2 点到点的标量信道151

C.2.1 熵的转化不变性152

C.2.2 高斯分布使熵最大化152

C.2.3 带有加性高斯噪声的确定信道153

C.2.4 带有加性非高斯噪声的确定信道154

C.2.5 带有高斯噪声和接收端理想CSI的衰落信道155

C.2.6 带有非高斯噪声和边信息的衰落信道155

C.3 点到点的MIMO信道157

C.3.1 确定的MIMO信道157

C.3.2 接收端具有理想CSI时的MIMO衰落信道159

C.4 多用户MIMO信道159

C.4.1 多接入信道（上行）161

C.4.2 广播信道（下行）163

C.4.3 衰落与非理想CSI166

附录D 单小区容量定界的替代方法167

D.1 上行迫零传输168

D.1.1 通过Jensen不等式获得容量下界168

D.1.2 下界的紧致性169

D.2 上行的最大比传输170

D.2.1 基于Jensen不等式的容量下界170

D.2.2 界的比较171

D.3 下行的最大比处理172

附录E 多小区系统中的渐近SINR175

附录F 链路预算的计算179

附录G 六边形中的均匀分布点181

附录H 缩写和注释185

参考文献191