第1章 多天线通信介绍

1.1 天线阵列处理概述

1.2 多天线系统的空时无线信道

1.2.1 离散时域表示

1.2.2 路损和阴影

1.2.3 衰落

1.2.4 MIMO信道

1.3 在无线系统中利用多天线

1.3.1 分集技术

1.3.2 复用能力

1.3.3 干扰管理

1.4 单输入多输出系统

1.4.1 选择合并实现接收分集

1.4.2 增益合并实现接收分集

1.4.3 混合选择／增益合并实现接收分集

1.5 多输入单输出系统

1.5.1 多波束天线切换

1.5.2 匹配波束赋形实现发射分集

1.5.3 零陷和最优波束赋形

1.5.4 空时编码实现发射分集

1.5.5 间接发射分集

1.6 多输入多输出系统

1.6.1 具有完全发射信道信息的MIMO

1.6.2 无发射信道信息的MIMO

1.6.3 具有部分发射信道信息的MIMO

1.7 多链路MIMO网络：从多用户到多小区MIMO

1.8 商用无线系统中的MIMO技术

第2章 从多维传输到多链路MIMO信道

2.1 方向性信道建模

2.1.1 双方向性信道冲激响应

2.1.2 多维相关函数和平稳性

2.1.3 信道衰落统计量和K因子

2.1.4 多普勒谱和相干时间

2.1.5 功率延迟和方向谱

2.1.6 双方向性信道的互相关特性

2.2 MIMO信道矩阵

2.2.1 推导MIMO信道矩阵

2.2.2 天线和传播的联系：引入导向向量

2.2.3 有限散射体时的MIMO信道表示

2.3 MIMO信道矩阵的统计特性

2.3.1 空间相关

2.3.2 奇异值和特征值

2.3.3 Frobenius范数

2.4 多链路MIMO传播

2.5 天线阵列对MIMO信道的影响

2.5.1 理想与实际的天线阵列

2.5.2 互耦合

2.5.3 双极化天线

2.6 MIMO信道建模

2.6.1 分析表示与实际模型

2.6.2 离散MIMO信道建模：重温抽样理论

第3章 系统设计中MOMO信道的分析表示

3.1 基于传播的MIMO度量

3.1.1 模型和相关矩阵的比较

3.1.2 多径丰富程度特征的度量

3.1.3 测量MIMO信道的非平稳性

3.1.4 测量多链路MIMO信道之间的距离

3.2 窄带相关MIMO信道的单链路分析表示

3.2.1 瑞利衰落信道

3.2.2 莱斯衰落信道

3.2.3 双瑞利衰落小孔信道

3.2.4 相关瑞利动态信道

3.3 双极化信道

3.3.1 建模去极化的天线和散射

3.3.2 双极化瑞利衰落信道

3.3.3 双极化莱斯衰落信道

3.4 MIMO信道可分离的表示

3.4.1 克罗内克模型

3.4.2 虚信道的表示

3.4.3 特征波束模型

3.4.4 可分离表示方法的精度

3.5 频率选择性MIMO信道

3.6 MIMO信道的多链路分析表示

第4章 性能评估中使用的实际MIMO信道模型

4.1 电磁波模型

4.1.1 基于射线的确定性模型

4.1.2 多极化信道

4.2 基于几何的随机模型

4.2.1 单环模型

4.2.2 双环模型

4.2.3 混合椭圆环模型

4.2.4 椭圆和圆形模型

4.2.5 基于几何的模型扩展到双极化信道

4.2.6 基于几何的信道模型的克罗内克可分离性

4.3 经验信道模型

4.3.1 扩展Saleh-Valenzuela模型

4.3.2 SUI信道模型

4.3.3 多链路场景中的阴影相关模型

4.4 标准化中的MIMO信道模型

4.4.1 IEEE802.1 1TGn模型

4.4.2 IEEE802.1 6/WiMAX模型

4.4.3 COST259/273方向信道模型

4.4.4 3GPP/3GPP2空间信道模型和WINNER

4.4.5 COST2100多链路MIMO信道模型

4.4.6 WINNERⅡ多链路MIMO信道模型

第5章 单链路MIMO信道容量

5.1 引言

5.1.1 信息论的一些概念

5.1.2 系统模型

5.2 确定性MIMO信道的容量

5.2.1 容量和注水算法

5.2.2 容量界和次优的功率分配

5.3 快衰落信道的遍历容量

5.3.1 理想传输信道信息的MIMO容量

5.3.2 部分传输信道信息的MIMO容量

5.4 独立同分布瑞利快衰落信道

5.4.1 理想信道信息

5.4.2 部分传输信道信息

5.5 相关瑞利快衰落信道

5.5.1 相等功率分配的频谱效率

5.5.2 部分传输信道信息

5.6 莱斯快衰落信道

5.6.1 相等功率分配的频谱效率

5.6.2 部分传输信道信息

5.7 中断容量和概率以及在慢衰落信道中分集－复用的折中

5.7.1 理想发射信道信息

5.7.2 部分传输信道信息

5.8 独立同分布瑞利慢衰落信道

5.8.1 无限SNR

5.8.2 有限SNR

5.9 相关瑞利和莱斯慢衰落信道

第6章 独立同分布瑞丽平坦衰落信道的空时编码

6.1 空时编码概述

6.2 系统模型

6.3 基于错误率的设计方法

6.3.1 快衰落MIMO信道：距离积准则

6.3.2 慢衰落MIMO信道：秩－行列式和秩－迹准则

6.4 基于信息论的设计方法

6.4.1 快衰落MIMO信道：达到遍历容量

6.4.2 慢衰落MIMO信道：达到分集－复用折中

6.5 空时分组码

6.5.1 线性STBC的通用架构

6.5.2 空间复用／V-BLAST

6.5.3 D-BLAST

6.5.4 正交空时分组码

6.5.5 准正交空时分组码

6.5.6 线性离散码

6.5.7 代数空时编码

6.5.8 全局性能比较

6.6 空时格码

6.6.1 空时格码

6.6.2 超正交空时格码

第7章 MIMO接收机设计：检测和信道估计

7.1 回顾：系统模型

7.2 非编码传输MIMO接收机

7.2.1 最优检测

7.2.2 格型重构

7.2.3 线性接收机

7.2.4 判决反馈接收机

7.2.5 格型回退辅助检测

7.2.6 球形译码算法和 QR-ML检测

7.2.7 排序球形检测

7.2.8 具有确定复杂度的宽度优先搜索检测

7.2.9 半定松弛检测

7.2.10 最慢下降检测

7.3 编码传输系统的MIMO接收机

7.3.1 迭代MIMO接收机

7.3.2 空时编码调制

7.4 MIMO信道估计

7.4.1 信道估计的目的

7.4.2 慢衰信道

7.4.3 快衰信道

第8章 现实MIMO信道的差错概率

8.1 条件成对错误概率方法

8.1.1 退化信道

8.1.2 空间复用示例

8.2 平均成对错误概率方法介绍

8.3 瑞利衰落信道中的平均成对错误概率

8.3.1 高信噪比区域

8.3.2 中等信噪比区域

8.3.3 低信噪比区域

8.3.4 总结与举例

8.4 莱斯衰落信道中的平均成对错误概率

8.5 关于现实信道中空时码设计的看法

第9章 现实MIMO信道上无传输信道知识的空时编码

9.1 信息论激励的设计方法

9.2 信息论激励的慢衰落信道中的码设计

9.2.1 通用码设计准则

9.2.2 MISO信道

9.2.3 并行信道

9.3 错误概率激励的设计方法

9.3.1 设计鲁棒码

9.3.2 退化信道中的平均成对错误概率

9.3.3 灾难码和一般设计准则

9.4 错误概率激励的慢衰落信道中的码设计

9.4.1 满秩码

9.4.2 线性空时分组码

9.4.3 基于设计准则的虚拟信道表示

9.4.4 与信息论关系激励的设计

9.4.5 慢衰落信道中的实践码设计

9.5 错误概率激励的快衰落信道中的码设计

9.5.1 “积意识”灾难码

9.5.2 快衰落信道中的实践码设计

第10章 基于部分传输信道信息的空时编码

10.1 基于信道统计信息的预编码简介

10.1.1 信息论激励的设计方法

10.1.2 错误概率激励的设计方法

10.2 针对正交空时分组码的基于信道统计信息的预编码

10.2.1 Kronecker瑞利衰落信道中的最优预编码

10.2.2 非Kronecker瑞利衰落信道中的最优预编码

10.2.3 莱斯信道中的最优预编码

10.3 非单位错误矩阵的编码中基于信道统计信息的预编码

10.4 针对空间复用的基于信道统计信息的预编码

10.4.1 波束赋形

10.4.2 星座塑形

10.5 量化预编码和天线选择技术简介

10.6 针对主特征模式传输的量化预编码和天线选择

10.6.1 选择准则和码本设计

10.6.2 基于矢量量化的最优码本设计

10.6.3 独立同分布瑞利衰落信道

10.6.4 空间相关瑞利衰落信道

10.6.5 双极化瑞利衰落信道

10.6.6 动态瑞利衰落信道

10.7 针对正交空时分组码的量化预编码和天线选择

10.7.1 选择准则和码本设计

10.7.2 天线子集选择和可实现分集增益

10.8 针对空间复用的量化预编码和天线选择

10.8.1 选择准则和码本设计

10.8.2 解码策略对错误概率的影响

10.8.3 扩展到多模预编码

10.9 信息论激励的量化预编码

第11章 频率选择性信道的空时编码

11.1 单载波与多载波传输

11.1.1 单载波传输

11.1.2 多载波传输：MIMO-OFDM

11.1.3 单载波和多载波的统一表达式

11.2 频率选择性信道的信息论分析

11.2.1 容量分析

11.2.2 等功率分配下的互信息

11.2.3 分集－复用折中

11.3 平均成对错误概率

11.4 瑞利衰落信道下的单载波传输编码设计原则

11.4.1 整体延时分集

11.4.2 Lindskog-Paulraj机制

11.4.3 其他构造

11.5 瑞利衰落信道下空频编码MIMO-OFDM传输的编码设计原则

11.5.1 分集增益分析

11.5.2 编码增益分析

11.5.3 空间频率线性分组码

11.5.4 循环延时分集

11.5.5 循环预编码

11.6 空间相关频率选择性信道下编码的鲁棒性

11.6.1 退化抽头

11.6.2 空频MIMO-OFDM的应用

11.6.3 循环预编码的应用

第12章 多用户MIMO

12.1 系统模型

12.1.1 多址接入信道——上行

12.1.2 广播信道——下行

12.2 多址接入信道（MAC）的容量

12.2.1 固定信道的容量区

12.2.2 快衰落信道的遍历容量区

12.2.3 慢衰落信道的中断容量、中断概率和分集复用折中

12.3 广播信道（BC）的容量

12.3.1 固定信道的容量区

12.3.2 快衰落信道的遍历容量区

12.3.3 慢衰落信道的中断容量、中断概率和分集复用折中

12.4 广播信道－多址接入信道的对偶性

12.4.1 SISO信道的对偶性

12.4.2 MIMO信道的对偶性

12.5 多用户分集、资源分配和调度

12.5.1 多用户分集

12.5.2 资源分配、公平和调度

12.5.3 用户分组

12.6 速率和的比例定律

12.6.1 高和低SNR区域

12.6.2 大规模天线阵列

12.6.3 大规模的用户

12.7 上行多用户MIMO

12.8 具有传输信道信息的下行多用户MIMO预编码

12.8.1 匹配波束赋形

12.8.2 迫零波束赋形

12.8.3 块对角化

12.8.4 正则化迫零波束赋形

12.8.5 联合泄露抑制

12.8.6 最大速率和波束赋形

12.8.7 具有目标SINR的波束赋形

12.8.8 Tomlinson-Harashima预编码

12.8.9 向量扰动

12.8.10 全局性能比较

12.9 部分传输信道信息的下行多用户MIMO预编码

12.9.1 伺机波束赋形－酉预编码伺机波束赋形

12.9.2 基于反馈的量化预编码

12.9.3 过时反馈预编码

第13章 多小区MIMO

13.1 无线网络的干扰

13.1.1 典型的小区干扰消除

13.1.2 面向多小区协同和协调

13.2 系统模型

13.2.1 干扰信道－协调

13.2.2 多址接入和广播信道－协同

13.3 网络架构

13.3.1 多小区测量、成簇和传输

13.3.2 分布式和集中式架构

13.3.3 用户中心簇和网络预定义簇

13.4 多小区MIMO信道的容量

13.4.1 SISO信道

13.4.2 大于两用户SISO干扰信道

13.4.3 MIMO干扰信道

13.4.4 多址接入和广播信道

13.5 多小区分集和资源分配

13.5.1 多小区多用户分集

13.5.2 多小区资源分配

13.6 协调功控

13.6.1 大量用户

13.6.2 大量干扰

13.6.3 高和低SNB等级

13.6.4 两小区簇

13.6.5 OFDMA网络

13.6.6 完全分布式功率控制

13.7 协调波束赋形

13.7.1 匹配波束赋形

13.7.2 迫零波束赋形和分块对角化

13.7.3 干扰对齐

13.7.4 联合泄漏抑制

13.7.5 最大化网络累积速率波束赋形

13.7.6 基于分配的目标SNR波束赋形

13.7.7 均衡竞争和协调

13.7.8 伺机波束赋形

13.8 协调、调度、波束赋形和功率控制

13.8.1 MIMO-OFDMA网络

13.8.2 协调的通用架构

13.9 多小区协调编码

13.10 网络MIMO

第14章 LTE、LTE-Advanced和WiMAX中的MIMO技术

14.1 设计目标和主要技术

14.1.1 系统要求

14.1.2 核心技术

14.2 天线和网络部署

14.2.1 优先排序的多天线设置

14.2.2 部署场景

14.2.3 回程

14.3 参考信号

14.3.1 专用和公共参考信号对比

14.3.2 下行设计

14.3.3 上行设计

14.4 单用户MIMO

14.4.1 MIMO编码

14.4.2 开环和闭环MIMO

14.4.3 开环空间复用：空时／频编码

14.4.4 开环空间复用：循环预编码

14.4.5 上行SU-MIMO

14.5 多用户MIMO

14.5.1 基于码本和非码本的预编码

14.5.2 MU-MIMO维度

14.5.3 MU-MIMO的透传性

14.5.4 SU/MU-MIMO动态切换

14.5.5 开环MU-MIMO

14.5.6 上行MU-MIMO

14.6 多小区MIMO

14.6.1 传统干扰消除

14.6.2 半静态ICIC

14.6.3 增强ICIC

14.6.4 多点协同（CoMP）

14.7 信道状态信息（CSI）反馈

14.7.1 反馈类型

14.7.2 反馈机制

14.7.3 量化反馈和码本设计

14.7.4 上行导频

14.7.5 多小区MIMO下的CSI反馈

14.8 超越LTE-A：大规模多小区和大规模多天线网络

第15章 MIMO-OFDMA系统级评估

15.1 单用户MIMO

15.1.1 天线部署和配置

15.1.2 信道估计误差

15.1.3 反馈类型

15.1.4 反馈精度

15.2 多用户MIMO

15.2.1 天线部署与配置

15.2.2 规模

15.2.3 信道估计误差

15.2.4 接收滤波器

15.2.5 发送滤波器和反馈类型

15.2.6 反馈精度

15.2.7 损耗的累积影响

15.2.8 单用户／多用户MIMO动态切换

15.2.9 多用户分集

15.3 同构网络中撒用户和小区分簇

15.3.1 站内与站间分簇

15.3.2 用户为中心与网络预定义分簇

15.3.3 受益于CoMP的用户群

15.3.4 反馈开销

15.4 同构网络中的协调调度和波束赋形

15.4.1 天线部署

15.4.2 迭代次数

15.4.3 协调调度与协调波束赋形

15.4.4 链路自适应和CQI计算

15.5 异构网络中的协同调度和功率控制

15.5.1 家庭基站

15.5.2 下行死区问题

15.5.3 静态二元开关功率控制

15.5.4 动态二元开关功率控制

15.5.5 动态和静态二元开关功率控制对比

15.5.6 微微小区和分布式天线系统

15.6 结束语

附录

附录A 有用的数学和矩阵特性

附录B 复高斯随机变量和矩阵

B.1 一些有用的概率分布

B.2 威沙特矩阵的特征值

B.2.1 威沙特矩阵特征值的行列式和乘积

B.2.2 排序特征值的分布

B.2.3 非排序特征值的分布

附录C 天线耦合模型

C.1 关于阻抗参数的最小散射体

C.1.1 电路表达

C.1.2 辐射图

C.2 关于导纳参数的最小散射体

附录D 推导平均成对错误概率

D.1 联合空时相关莱斯衰落信道

D.2 空间相关莱斯慢衰落信道

D.3 联合空时相关莱斯分组衰落信道

D.4 独立同分布瑞利慢衰落和快衰落信道

参考文献