无线通信基础

第1章绪论1

1.1本书目标1

1.2无线系统2

1.3本书结构4

第2章无线信道7

2.1无线信道的物理建模7

2.1.1自由空间、固定发射天线与接收天线8

2.1.2自由空间、运动天线9

2.1.3反射墙、固定天线10

2.1.4反射墙、运动天线11

2.1.5地平面反射12

2.1.6由距离和阴影引起的功率衰减13

2.1.7运动天线、多个反射体14

2.2无线信道的输入/输出模型14

2.2.1无线信道的线性时变系统14

2.2.2基带等效模型16

2.2.3离散时间基带模型18

2.2.4加性白噪声21

2.3时间相干与频率相干22

2.3.1多普勒扩展与相干时间22

2.3.2时延扩展与相干带宽23

2.4统计信道模型25

2.4.1建模基本原理25

2.4.2瑞利衰落与莱斯衰落26

2.4.3抽头增益自相关函数27

2.5文献说明31

2.6习题31

第3章点对点通信：检测、分集与信道不确定性36

3.1瑞利衰落信道中的检测36

3.1.1非相干检测36

3.1.2相干检测39

3.1.3从BPSK到QPSK：自由度研究41

3.1.4分集43

3.2时间分集44

3.2.1重复编码44

3.2.2超越重复编码47

3.3天线分集52

3.3.1接收分集53

3.3.2发射分集：空时码54

3.3.3MIMO：一个2×2实例56

3.4频率分集61

3.4.1基本概念61

3.4.2具有ISI均衡的单载波62

3.4.3直接序列扩频67

3.4.4正交频分多路复用70

3.5信道不确定性的影响75

3.5.1直接序列扩频的非相干检测76

3.5.2信道估计77

3.5.3其他分集方案79

3.6文献说明81

3.7习题81

第4章蜂窝系统：多址接入与干扰管理88

4.1概述88

4.2窄带蜂窝系统90

4.2.1窄带分配：GSM系统91

4.2.2对网络和系统设计的影响92

4.2.3对频率复用的影响93

4.3宽带系统：CDMA94

4.3.1CDMA上行链路95

4.3.2CDMA下行链路105

4.3.3系统问题106

4.4宽带系统：OFDM107

4.4.1分配设计原理108

4.4.2跳频模式109

4.4.3信号特征与接收机设计110

4.4.4扇区化111

4.5文献说明112

4.6习题113

第5章无线信道的容量121

5.1AWGN信道容量121

5.1.1重复编码122

5.1.2填充球体122

5.2AWGN信道的资源125

5.2.1连续时间AWGN信道125

5.2.2功率与带宽126

5.3线性时不变高斯信道130

5.3.1单输入多输出(SIMO)信道130

5.3.2多输入单输出(MISO)信道131

5.3.3频率选择性信道131

5.4衰落信道的容量136

5.4.1慢衰落信道136

5.4.2接收分集138

5.4.3发射分集140

5.4.4时间分集与频率分集143

5.4.5快衰落信道146

5.4.6发射端信息149

5.4.7频率选择性衰落信道156

5.4.8总结：观点的转变156

5.5文献说明158

5.6习题159

第6章多用户容量与机会通信167

6.1上行链路AWGN信道168

6.1.1逐行干扰消除获得的容量168

6.1.2与传统CDMA的比较170

6.1.3与正交多址接入的比较171

6.1.4一般K用户上行链路容量172

6.2下行链路AWGN信道173

6.2.1对称情况：获取容量的两种方案174

6.2.2一般情况：叠加编码获取容量176

6.3上行链路衰落信道179

6.3.1慢衰落信道179

6.3.2快衰落信道180

6.3.3完整的信道辅助信息182

6.4下行链路衰落信道184

6.4.1仅利用接收端的信道辅助信息184

6.4.2完整信道辅助信息185

6.5频率选择性衰落信道185

6.6多用户分集186

6.6.1多用户分集增益186

6.6.2多用户分集与经典分集188

6.7多用户分集：系统级问题189

6.7.1公平调度与多用户分集189

6.7.2信道预测与反馈193

6.7.3利用失谐天线实现机会波束成形194

6.7.4多小区系统中的多用户分集199

6.7.5系统级观点200

6.8文献说明203

6.9习题204

第7章MIMOⅠ：空间多路复用与信道建模213

7.1确定性MIMO信道的多路复用容量214

7.1.1通过奇异值分解分析容量214

7.1.2秩与条件数215

7.2MIMO信道的物理建模217

7.2.1视距SIMO信道217

7.2.2视距MISO信道218

7.2.3仅存在一条视距路径的天线阵列219

7.2.4地理位置上间隔的天线220

7.2.5视距路径加一条反射路径225

7.3MIMO衰落信道的建模227

7.3.1基本方法227

7.3.2MIMO多径信道228

7.3.3信号的角域表示229

7.3.4MIMO信道的角域表示231

7.3.5角域统计建模232

7.3.6自由度与分集233

7.3.7对于天线间隔的依赖性237

7.3.8独立同分布瑞利衰落模型241

7.4文献说明243

7.5习题243

第8章MIMOⅡ：容量与多路复用结构246

8.1V-BLAST结构246

8.2快衰落MIMO信道247

8.2.1具有接收端CSI时的容量247

8.2.2性能增益248

8.2.3完整CSI255

8.3接收机结构257

8.3.1线性解相关器257

8.3.2逐行消除261

8.3.3线性MMSE接收机263

8.3.4信息论的最优性268

8.4慢衰落MIMO信道270

8.5D-BLAST：一种中断最优结构271

8.5.1V-BLAST结构的次最优性272

8.5.2跨发射天线编码：D-BLAST273

8.5.3讨论274

8.6文献说明275

8.7习题276

第9章MIMOⅢ:分集-多路复用折中与通用空时码282

9.1分集-多路复用折中283

9.1.1公式化表示283

9.1.2标量瑞利信道284

9.1.3并行瑞利信道287

9.1.4MISO瑞利信道288

9.1.52×2MIMO瑞利信道289

9.1.6nt×nrMIMO独立同分布瑞利信道291

9.2最优分集-多路复用折中的通用编码设计294

9.2.1QAM对于标量信道是近似通用的294

9.2.2并行信道的通用编码设计295

9.2.3MISO信道的通用编码设计300

9.2.4MIMO信道的通用编码设计303

9.3文献说明307

9.4习题307

第10章MIMOⅣ：多用户通信313

10.1采用多副接收天线的上行链路313

10.1.1空分多址接入313

10.1.2SDMA容量区域315

10.1.3系统问题317

10.1.4慢衰落319

10.1.5快衰落322

10.1.6再谈多用户分集323

10.2MIMO上行链路326

10.2.1采用多副发射天线的SDMA326

10.2.2系统问题328

10.2.3快衰落329

10.3采用多副发射天线的下行链路330

10.3.1下行链路的自由度331

10.3.2上行链路-下行链路的对偶性与发射波束成形332

10.3.3发射机已知干扰的预编码335

10.3.4下行链路预编码344

10.3.5快衰落346

10.4MIMO下行链路348

10.5蜂窝网络中的多副天线：系统级观点350

10.5.1小区间干扰管理351

10.5.2采用多副接收天线的上行链路352

10.5.3MIMO上行链路354

10.5.4采用多副接收天线的下行链路354

10.5.5采用多副发射天线的下行链路354

10.6文献说明356

10.7习题356

附录A加性高斯噪声环境下的检测与估计366

附录B信息论基本原理380

参考文献402

索引410

　　本书是一部杰出的无线通信著作。作者从一个比较高的层次、用系统的观点总结现有通信技术，并用信息论的观点诠释了近年来比较热门的MIMO、OFDM、机会通信、多用户通信等技术，着重强调概念及其在系统中的实现之间的内在联系和相互影响。深刻的工程理解、理论远景和系统实践的完美结合，使本书不仅成为普林斯顿大学和加州大学伯克利分校等世界众多高校的教材，也被高通等世界级通信公司用于工程师内部培训。本书是高等院校通信和电气信息相关专业高年级本科生和研究生教材，是无线通信领域工程技术人员必备参考书。　　本书由无线通信领域新一代权威Tse根据教学实际编写而成，已被加州大学伯克利分校、麻省理工学院等众多名校和高通等世界知名公司作为教材。本书重点介绍无线通信的基本原理，读者只需具有概率论和数字通信基本背景。本书所涉及的主要问题有MIMO通信、空时编码、机会通信、OFDM和CDMA等，这些概念均利用无线系统的大量实例予以说明。本书着重强调概念及其在系统中的实现之间的相互影响。书中还配有大量的习题和图表，可以帮助读者进一步理解材料内容。