空时编码技术

　　本书从多输入多输出（MIMO）系统的信息容量极限及信道模型入手，对编码设计准则和主要的空时编码技术作了总体介绍，并积极引入相关领域知识，如空时编码的应用及在宽带无线信道中的性能评估。本书主要围绕空时编码的基本理论及在无线通信系统中的相关应用，如码劈多址（CDMA）和正交频分复用（OFDMA）进行介绍，既有各种性能分析与仿真结果，又有生动的应用举例，还提供了基于科研导向的观点。本书适用对象为无线通信工程及相关专业的研究生、工程师和科研人员。原书前言本书的主题是介绍空时编码，作者在相关教学、学术报告和商业顾问方面有着丰富的经验，主要介绍了有关空时编码的知识及在无线通信系统中的应用。随着因特网和多媒体应用在下一代无线通信中的集成，宽带高速数据通信服务的需要正在不断增长。由于可用无线频谱资源的有限性，高数据速率只能通过高效的信号处理来实现。信息论领域近期的研究表明，在无线信道中使用多输入多输出（MIMO）系统可以显著提高通信容量。在无线链路两端设置多元素天线阵列就构成了MIMO信道。在MIMO信道中，空时编码是可以使信息容量接近理论容量的一种较实用的编码。空时编码的基础理论由Tarokh、Seshadri和Calderbank于1998年提出。自那以后，空时编码和相关的MIMO信号处理技术在无线通信领域取得了广泛应用和飞速的发展。空时编码的依据是将发射信号在空域和时域都弓I入联合相关，不仅可以同时取得分集增益和编码增益，而且能得到很高的频谱效率。为了达到最优的编码和分集增益，最初的研究集中在发射信号的空间和时间独立的联合设计上。以后的重点逐渐转移到只有时间域编码的独立多发射天线上，研究的难点在于如何抑制和消除接收机信号之间的干扰。本书适用对象为无线通信工程及相关专业的研究生、工程师和科研人员。同时读者应较好地熟悉基本的数字通信、矩阵分析和概率论知识。本书从多输入多输出（MIMO）系统的信息容量限及信道模型入手，对编码设计准则和主要的空时编码技术作了总体介绍，并积极引入相关领域知识，如空时编码的应用及其在宽带无线信道中的性能评估。全书既有各种性能分析与仿真结果，又有生动的应用举例，适应广大研究生和工程师的要求和兴趣，书中提供的基于科研导向的观点则是针对部分高级读者的。本书主要围绕基本理论及其在无线通信系统中的相关应用进行组织，如码分多址（CDMA）和正交频分复用（OFDMA）。全书采用统一符号，包括对所需问题的编址。书中还包括了大量未曾发表的观点、性能分析和编码设计原则等一些有关空时编码的新的例证，与以往相比有更大的适用范围。关于CDMA系统和OFDMA系统中分层空时码和网格空时码的系统结构、性能分析和结论，也是以前从未发表过的。本书的第1章和第6章由BrankaVucetic执笔？坏？3章和第7章由JinhongYuan执笔；第8章除去最后两节由BrankaVucetic和JinhongYuan共同完成外，其余由JinhongYuan执笔；第2章、第4章和第5章的大部分内容都是由BrankaVucetic和JinhongYuan共同完成的，第2章和第4章由JinhongYuan执笔，第5章由BrankaVucetic执笔。译者序21世纪，全球进入了信息时代，信息的产生和传递非常迅速，已影响了社会的各个方面。随着经济的增长、社会的发展和人们物质生活及精神生活水平的提高，人们对通信提出了更新、更高的要求。由于因特网和多媒体应用在下一代无线通信中的集成，宽带高速数据通信服务的需求也不断增长，而可利用的无线频谱是有限的，只有使通信频谱的利用率得到显著提高，才能满足通信容量的需求。在第三代移动通信系统中，空，时编码（space-timecoding）技术是抗信道衰落和提高系统容量的一种最新编码方法。近几年来，许多机构都在研究基于MIMO天线系统的空时编码技术。多天线系统和空时编码的结合，是空间资源利用技术的发展方向，可以认为是一种高级的分集技术。研究表明，空时编码可以使频谱利用率得到显著的提高。由于其在宽带系统中可以实现非常高的数据传输率，因此，空时编码技术被越来越多地应用于提供高数据传输率的业务（例如视频会议）和宽带无线信道中的移动计算。本书介绍了空时编码技术及其在无线通信系统中的应用。全书共分为8章，对空时编码的性能分析、编码设计及设计准则进行了探讨，通过大量的推导介绍了各种空时编码方案的编码原理和译码算法，通过对大量仿真结果的分析比较，对编码性能进行了有效的评估。书中还介绍了空时编码的应用情况，通过对一些方案在实际移动通信标准和系统中的应用以及移动通信的相关标准的介绍？隽宋裁匆帐北嗦肓腥氲谌尴咄ㄐ畔低潮曜嫉睦？由。本书的作者在空时编码技术的研究方面有着丰富的经验，全书不仅提供了生动的应用举例，更提供了各种性能分析与仿真结果，适用于广大无线通信工程及相关专业的研究生、工程师以及科研人员。本书由王晓海主持翻译。参加翻译工作的有：王晓海、黄开枝、杨曼、白红军、郭炎、王峰；参加审校工作的还有：宋焱淼、邵振付、安辉、毛磊达、王红亮、周银东、王颖、张贤军等；同时向吉玲、杨东凯、迟国强等对本书的翻译出版给予大力支持和帮助的朋友表示衷心的感谢。限于学识，本书在翻译过程中定有不当之处，恳请广大读者批评指正。

暂缺《空时编码技术》作者简介

第1章  多输入多输出无线通信系统的性能局限
  1.1  概述
  1.2   MIMO系统模型
  1.3  MIMO系统容量推导
  1.4  自适应发送功率分配的MIMO信道容量的推导
  1.5  具有固定系数信道的MIMO容量实例
  1.6  具有随机信道系数的MIMO系统容量
  1.6.1  快瑞利衰落和块瑞利衰落信道的MIMO信道容量
  1.6.2 MIMO慢瑞利衰落信道容量
  1.6.3  MIMO慢瑞利衰落信道容量的示例
  1.7  系统参数和天线相关性对MIMO信道容量的影响
  1.7.7  LOSMIMO信道的相关模型
  1.7.2  瑞利衰落信道MIMO相关模型
  1.7.3  赖斯MIMO信道的相关模型
  1.7.4  匙孔效应
  1.7.5  有发射和接收散射体的MIMO相关衰落信道
  1.7.6  系统参数对匙孔传播的影响
  附录1.1  注水原理
  附录1.2  Cholesky分解
  参考文献
第2章  空时编码的性能分析和编码设计 
  2.1  概述
  2.2  衰落信道模型
  2.2.1  多径传播
  2.2.2  多普勒频移
  2.2.3  衰落信道的统计模型
  2.3  分集
  2.3.1  分集技术
  2.3.2  分集合并方法
  2.3.3  发射分集
  2.4  空时编码系统
  2.5. 空时编码的性能分析
  2.5.1  慢衰落信道的差错率
  2.5.2  快衰落信道的差错率
  2.6  空时编码设计准则
  2.6.1  慢瑞利衰落信道的编码设计准则
  2.6.2  快瑞利衰落信道的编码设计准则
  2.6.3  中低SNR范围的编码性能
  2.7  编码性能的准确评估
  参考文献  
第3章  空时分组码
  3.1  概述
  3.2  Alamouti空时编码
  3.2.1  Alamouti空时编码器
  3.2.2  合并和最大似然译码
  3.2.3  有多根接收天线的Alamouti方案
  3.2.4 Alamouti方案的性能
  3.3  空时分组码(STBC)
  3.4  实信号星座的STBC
  3.5  复信号星座的STBC
  3.6  STBC的译码
  3.7  STBC的性能
  3.8  非理想信道估计对性能的影响
  3.9  天线相关性对性能的影响
  参考文献
第4章  空时网格码
  4.1  概述.
  4.2  STTC编码器结构
  4.2.1  生成器简介
  4.2.2  生成多项式简介
  4.2.3  举例
  4.3  慢衰落信道上的空时网格码设计
  4.3.1  基于秩与行列式准则的最佳STTC
  4.3.2  基于迹准则的最佳STTC
  4.4  慢衰落信道上的性能评估
  4.4.1  基于秩与行列式准则的编码性能
  4.4.2  基于迹准则的编码性能
  4.4.3  基于不同设计准则的编码性能对比
  4.4.4  发射天线数对编码性能的影响
  4.4.5  接收天线数对编码性能的影响
  4.4.6  信道相关性对编码性能的影响
  4.4.7  非理想的信道估计对编码性能的影响
  4.5  快衰落信道下空时网格码的设计
  4.6  快衰落信道上的性能评估
  参考文献
第5章  空时Turbo网格编码
  5.1  概述
  5.2  递归STTC的性能
  5.3  空时Turbo网格编码(STTurboTC)
  5.4  译码算法
  5.5  STTurboTC的性能
  5.5.1  STTurboTC和STTC的比较
  5.5.2  记忆长度和交织器容量的影响
  5.5.3  迭代次数的影响
  5.5.4  分量编码设计的影响
  5.5.5  译码器的EXIT表
  5.5.6  交织器类型的影响
  5.5.7  发射天线和接收天线数量的影响
  5.5.8  天线相关的影n向
  5.5.9  非理想信道估计的影响
  5.5.10  快衰落信道上的性能
  附录  最大后验概率算法
  参考文献
第6章  分层空时编码
  6.1  概述
  6.2  LST发射机
  6.3   LST接收机
  6.3.1  QR分解干扰抑制和干扰抵消
  6.3.2  最小均方误差(MMSE)干扰抑制和干扰抵消
  6.3.3迭代LST接收机
  6.3.4  具有PIC的迭代接收机
  6.3.5迭代MMSE接收机
  6.3.6  迭代MMSE接收机和迭代PIC-DSC接收机的比较
  6.4  不同LST结构的比较
  附录QR分解
 参考文献
第7章  差分空时分组码
  7.1  概述
  7.2  单根发射天线的差分编码
  7.3  发射天线数为2的差分STBC
  7.3.1  差分编码
  7.3.2  差分译码
  7.3.3  性能仿真
  7.4  发射天线数为3和4的实信号星座的差分STBC
  7.4.1  差分编码
  7.4.2  差分译码
  7.4.3  性能仿真
  7.5  发射天线数为3和4的复信号星座的差分STBC
  7.5.1  差分编码
  7.5.2  差分译码
  7.5.3  性能仿真
  7.6  酉空时调制
  7.7酉群码
  参考文献
第8章  宽带系统的空时编码
  8.1  概述
  8.2  空时编码在频率选择性衰落信道上的性能
  8.2.1  频率选择性衰落信道
  8.2.2  性能分析
  8.3  宽带OFDM系统中的STC
  8.3.1  OFDM技术
  8.3.2  STC-OFDM系统
  8.4  STC-OFDM系统的容量
  8.5  STC-OFDM系统的性能分析
  8.6  STC-OFDM系统的性能评估
  8.6.1  单径衰落信道上的性能
  8.6.2  交织器对性能的影响
  8.6.3  逐符号汉明距离对性能的影响
  8.6.4  路径数对性能的影响
  8.7  级联空时码在OFDM系统上的性能
  8.7.1  0FDM系统上的级联RS-STC
  8.7.2  OFDM系统上的级联CONV-STC
  8.7.3  0FDM系统上的STTurboTC
  8.8  CDMA系统中韵发射分集方案
  8.8.1  系统模型
  8.8.2  CDMA的开环发射分集
  8.8.3  CDMA的闭环发射分集
  8.8.4  时间切换正交发射分集(TS-OTD)
  8.8.5  空时扩展(STS)
  8.8.6  天线数为3和4的STS
  8.9  CDMA系统的空时编码
  8.10  STTC在CDMA系统中的性能
  8.10.1  空时匹配滤波器检测器
  8.10.2  空时MMSE多用户检测器
  8.10.3  空时迭代MMSE检测器
  8.10.4  性能仿真
  8.11  分层STC在CDMA系统中的性能
参考文献