空间多维协同传输理论与关键技术

　　本书从空间多维信号传输以及多天线系统的原理出发，分别介绍了在地基、空基以及天基协同传输系统中如何最大程度利用空间维度资源提升系统性能以及频谱效率。本书主要内容包括自适应天线系统、MIMO多天线系统中的空间多维信号发送、接收，多天线设计以及迭代信号处理等基础理论与关键技术。基于以上理论与技术，本书还从实际应用角度出发，分别介绍了空间多维协同传输在地基、空基以及天基通信系统中的特点及应用。

　　白琳，1982年生，男，博士，北京航空航天大学电子信息工程学院副教授。以**作者著有英文专著一部：《Low Complexity MIMO Detection》，由美国Springer出版社于2012年出版，2012年销售145本；**作者中文专著一部《空间信号组合理论与关键技术》，由人民邮电出版社于2013年出版。 于全，中国工程院院士。现任总参某研究所总工程师，是我军战术通信领域的学科带头人，长期在科研一线承担通信装备的总体设计与型号研制任务，先后主持完成了我军**代战术通信网络、国内**部软件无线电台等20多项重大科研项目，在我军战术通信的发展战略、体制论证、系统仿真、综合集成和关键技术等方面取得了丰硕成果。

录
第　1章 绪论　001
1．1　地基无线通信系统概述　002
1．1．1　第 一代移动通信系统　002
1．1．2　第二代移动通信系统　003
1．1．3　第三代移动通信系统　003
1．1．4　第四代移动通信系统　004
1．1．5　第五代移动通信系统　005
1．2　空基协同传输系统概述　007
1．3　天基协同传输系统概述　012
1．3．1　天基协同传输系统的现状及发展趋势　012
1．3．2　天基协同传输系统的基本原理　015
1．4　本章小结　016
参考文献　016
第　2章 多天线信号与系统概述　021
2．1　空间信号组合与检测基础　022
2．1．1　空间信号组合　022
2．1．2　接收信号检测　030
2．2　阵列天线方向图综合技术　039
2．2．1　阵列天线排列方式　039
2．2．2　阵列天线自由度　044
2．2．3　阵列天线方向图综合　045
2．3　MIMO系统概述　047
2．3．1　分集技术　048
2．3．2　SIMO系统　049
2．3．3　MISO系统　053
2．3．4　MIMO系统　056
2．4　MIMO传统检测技术　060
2．4．1　系统模型　060
2．4．2　未编码MIMO信号检测　061
2．4．3　仿真结果　068
2．5　本章小结　068
参考文献　069
第3章　自适应天线阵列理论与技术　071
3．1　自适应天线阵列的基本原理　072
3．2　最佳滤波准则　075
3．2．1　最小均方误差准则　075
3．2．2　最大信干噪比准则　076
3．2．3　最大似然准则　077
3．2．4　最小方差准则　078
3．3　自适应波束成形算法　080
3．3．1　最小均方算法　081
3．3．2　采用矩阵求逆法　085
3．3．3　递归最小二乘法　086
3．3．4　共轭梯度算法　089
3．3．5　恒模算法　090
3．4　波达方向估计　093
3．4．1　传统谱估计方法　094
3．4．2　最大熵谱估计　094
3．4．3　多重信号分类算法　095
3．4．4　旋转不变子空间算法　098
3．4．5　最大似然算法　100
3．4．6　子空间拟合算法　103
3．5　自适应天线阵列校正　105
3．5．1　无线馈入参考信号法　106
3．5．2　注入信号法　109
3．5．3　盲信号校正法　110
3．6　自适应天线系统硬件构架　112
3．6．1　射频前端模块　113
3．6．2　数据信号处理模块　114
3．6．3　并行数字波束成形　115
3．7　本章小结　116
参考文献　116
第4章　MIMO多天线理论与技术　119
4．1　MIMO信道模型　120
4．2　MIMO信道容量　123
4．2．1　确定性信道的容量　124
4．2．2　随机MIMO信道的容量　128
4．2．3　平均功率分配的MIMO信道容量比较　129
4．3　MIMO空时编码技术　133
4．3．1　空时编码及编码准则　134
4．3．2　空时格形码　137
4．3．3　空时分组码　139
4．3．4　分层空时码　143
4．3．5　其他的空时编码　144
4．4　MIMO波束成形技术　145
4．4．1　单用户波束成形技术　146
4．4．2　多用户波束成形技术　148
4．5　MIMO多天线技术　155
4．5．1　多天线单元的互耦　156
4．5．2　空域相关系数　157
4．5．3　空域相关性与MIMO信道　160
4．5．4　MIMO多天线去耦　163
4．5．5　MIMO多天线选择　169
4．6　大规模MIMO技术　171
4．6．1　大规模MIMO系统应用前景　172
4．6．2　大尺寸下信道的硬化　173
4．6．3　大规模MIMO面临的技术挑战　175
4．7　本章小结　178
参考文献　179
第5章　空间多维信号接收与迭代处理　183
5．1　基于格基理论的MIMO检测技术　184
5．1．1　格基数学基础　184
5．1．2　基于格基规约的MIMO检测　186
5．1．3　仿真结果　197
5．2　迭代检测译码基本原理及最优MAP检测　198
5．2．1　BICM-ID系统　198
5．2．2　MIMO迭代接收机—最优MAP检测　201
5．3　基于随机采样的检测译码技术　203
5．3．1　系统模型　203
5．3．2　基于LR的采样列表生成方法　203
5．3．3　复杂度分析　211
5．3．4　仿真结果　213
5．4　基于比特滤波的检测译码技术　215
5．4．1　基于LR的IDD与比特级组合和列表生成　216
5．4．2　复杂度分析　219
5．4．3　仿真结果　220
5．5　本章小结　225
参考文献　225
第6章　地基协同传输系统　229
6．1　地基传输系统概述　230
6．1．1　地基无线通信系统发展历程　230
6．1．2　地基无线通信系统特点　235
6．2　地基无线通信系统多维联合资源管理　236
6．2．1　基于双层认知环路的无线资源管理模型　236
6．2．2　智能无线资源管理模型　242
6．2．3　面向服务的无线资源管理实现架构　246
6．2．4　MIMO-OFDM系统无线资源调度　247
6．3　多用户协作传输方法　248
6．3．1　正交波束成形技术　249
6．3．2　多用户中继系统的波束成形技术　253
6．3．3　多用户选择策略　255
6．4　多小区协同传输与抗干扰方法　265
6．4．1　多小区协同传输　265
6．4．2　多小区干扰系统几何建模　267
6．4．3　多小区系统抗干扰技术　268
6．4．4　多小区系统协同干扰抑制　270
6．5　大规模MIMO系统　274
6．5．1　大规模MIMO基本概念回顾　274
6．5．2　单用户大规模MIMO　276
6．5．3　多用户大规模MIMO　278
6．5．4　多小区大规模MIMO　282
6．6　本章小结　283
参考文献　284
第7章　空基协同传输系统　289
7．1　空基传输技术概述　290
7．1．1　高空平台通信系统简介　290
7．1．2　Project Loon简介　294
7．2　基于阵列的空基传输系统　295
7．2．1　天线波束的数学模型　296
7．2．2　预测同信道干扰的高效算法　299
7．2．3　121小区结构的结果　302
7．2．4　结论　304
7．3　空基波束赋形技术　304
7．3．1　二维空间插值波束赋形器　305
7．3．2　二维空间插值滤波器设计示例　309
7．4　高空平台小区规划　311
7．4．1　高空平台的覆盖和小区划分　312
7．4．2　结论　316
7．5　高空平台传输机制　317
7．5．1　相关技术介绍　317
7．5．2　系统和信道模型　318
7．5．3　基于奇异向量的训练方法　319
7．5．4　基于导向向量的训练方法　320
7．5．5　性能评估　322
7．5．6　结论　324
7．6　本章小结　325
参考文献　326
第8章　天基协同传输系统　331
8．1　天基传输技术概述　332
8．2　星群协同多波束传输技术　334
8．3　星群协同MIMO系统建模　335
8．3．1　单天线星群　335
8．3．2　阵列天线星群　337
8．4　星群协同MIMO系统容量　338
8．4．1　容量推导　339
8．4．2　单天线星群容量　340
8．4．3　阵列天线星群容量　344
8．5　星群协同MIMO系统容量影响因素分析　350
8．5．1　单天线星群　351
8．5．2　阵列天线星群　356
8．6　本章小结　362
参考文献　363
结束语　367
通用符号表　369
中英文对照表　371
名词索引　377