大规模天线波束赋形技术原理与设计

　　本书将重点介绍面向5G的大规模天线波束赋形技术，结合近年来国内外学术界和工业界的*新研究成果，对大规模天线的基本原理、三维和高频段信道建模方法、波束赋形传输方案、系统设计、标准化制定以及试验平台开发与验证等关键技术原理和系统设计进行全面介绍和详细分析，为读者呈现出5G多天线技术发展的美好前景。

　　陈山枝 西安电子科技大学本科、原邮电部邮电科学研究院硕士和北京邮电大学博士毕业。教授级高工，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，IEEE Fellow。现任中国信息通信科技集团有限公司（CICT）副总裁，专家委主任，无线移动通信国家重点实验室主任，负责4G和5G移动通信技术与标准研究及产业化工作。曾获国家科技进步特等奖、一等奖、二等奖，国家技术发明二等奖，何梁何利基金科学与技术创新奖，光华工程科技奖等。目前研究方向为5G和车联网技术。 孙韶辉 西安电子科技大学本科、硕士和博士，教授级高工，博士生导师。现任中国信息通信科技集团有限公司（CICT）大唐无线移动创新中心总工程师，长期从事无线移动新技术研究与标准化制定工作，担任中国IMT-2020（5G）推进组3GPP标准工作组长。曾获国家科技进步特等奖，国家技术发明二等奖，中国通信学会、中国通信标准化协会等多项奖励。 苏昕 博士，教授级高工。1996年至2006年，就读于西安电子科技大学通信专业，2006年获博士学位。曾就任于三星电子水原总部网络事业部系统实验室以及大唐移动通信设备有限公司系统与标准部，现就职于中国信息通信科技集团有限公司（CICT）大唐无线移动创新中心。长期从事LTE/LTE-A、UMB及HSPA等无线移动通信系统的研究和标准化工作。自2013年起，全面参与5G物理层技术研究及原型机设计工作。曾担任IMT-2020推进组大规模天线技术专题组组长，并承担及参与了多项国家重大专项及“863”课题工作。 王东明 东南大学信息与工程学院教授、博士生导师。在重庆邮电学院、南京邮电学院、东南大学分别获学士、硕士以及博士学位。已发表学术论文140余篇，其中SCI收录50余篇，已申请和授权国内和国际发明专利共30余件。主要研究兴趣包括大规模MIMO、分布式天线系统和毫米波无线通信等。获2014年江苏省科学技术奖一等奖和2016年国家科技进步特等奖。目前担任《中国科学：信息科学》编委。 李立华 北京邮电大学本科和博士毕业，教授。2004年至今在北京邮电大学任教，并一直从事宽带移动通信理论与关键技术研究，主要研究方向为4G和5G的物理层关键技术，包括大规模MIMO技术、协作传输技术等。2008年入选教育部新世纪优秀人才计划。 高秋彬 清华大学本科和博士毕业，2008年至今在电信科学技术研究院（大唐电信）从事无线移动通信系统研究和标准化工作，负责5G物理层关键技术研究和标准推进。兴趣方向包括多天线、协作传输、信号处理以及系统建模与评估。

第 1章 多天线及波束赋形技术发展概述\t001
1．1 绪论\t002
1．2 多天线及波束赋形理论基础\t005
1．3 多天线传输技术分类\t010
1．3．1 闭环空间复用\t011
1．3．2 开环空间复用\t017
1．3．3 波束赋形\t018
1．3．4 发射分集\t022
1．3．5 多天线传输方案的选择\t025
1．4 多天线及波束赋形技术的应用与发展趋势\t028
1．5 天线阵列结构对MIMO技术发展的影响\t030
1．6 大规模天线技术的研究方向\t033
1．7 大规模天线技术的应用场景\t038
1．8 多天线技术的标准化状况\t038
1．9 小结\t040
第 2章 大规模天线理论\t041
2．1 Massive MIMO技术基本原理\t042
2．2 Massive MIMO的基本理论\t044
2．2．1 理想信道下Massive MIMO的容量\t044
2．2．2 基于导频污染的Massive MIMO上行链路容量分析\t046
2．2．3 基于导频污染的Massive MIMO下行链路容量分析\t048
2．2．4 Massive MIMO的容量仿真\t050
2．3 Massive MIMO系统容量的最新研究进展\t053
2．3．1 莱斯衰落信道下Massive MIMO的容量\t053
2．3．2 时变信道下Massive MIMO容量分析\t061
2．3．3 非理想互易性对Massive MIMO容量的影响\t067
2．3．4 Massive MIMO的系统性能分析\t073
2．4 小结\t081
第3章 大规模天线无线信道建模\t083
3．1 概述\t084
3．2 部署场景\t085
3．3 场景建模\t088
3．3．1 3D信道场景\t088
3．3．2 UMa场景和UMi场景\t089
3．3．3 Indoor Office场景\t090
3．4 坐标系模型\t090
3．4．1 坐标系的定义\t091
3．4．2 坐标系间的转换\t091
3．4．3 简化坐标系转换\t096
3．5 天线模型\t096
3．5．1 双极化天线模型\t098
3．5．2 UE方向及天线模型\t099
3．6 大尺度信道建模\t100
3．6．1 3D距离的定义\t100
3．6．2 LOS概率的定义\t101
3．6．3 路径损耗计算模型\t104
3．6．4 穿透损耗计算模型\t108
3．7 小尺度信道建模\t109
3．7．1 垂直角度参数模型\t110
3．7．2 多径分量统计互相关矩阵的定义\t112
3．7．3 ZSD/ZSA随机分布参数的定义\t114
3．7．4 ZOD/ZOA的生成方法\t114
3．8 信道建模流程\t116
3．9 小结\t126
第4章 大规模天线波束赋形关键技术\t135
4．1 大规模天线信道估计\t136
4．1．1 系统分析模型\t136
4．1．2 最小二乘（LS）信道估计算法\t137
4．1．3 最小均方误差（MMSE）信道估计算法\t139
4．1．4 特征值分解信道估计算法\t140
4．1．5 基于压缩感知的信道估计\t142
4．2 检测技术\t150
4．2．1 线性检测技术\t151
4．2．2 非线性检测技术\t153
4．3 预编码技术\t155
4．3．1 线性预编码技术\t156
4．3．2 非线性预编码技术\t161
4．4 CSI获取及反馈\t166
4．4．1 基于码本的隐式反馈方案\t167
4．4．2 基于信道互易性的反馈方式\t170
4．4．3 基于压缩感知的反馈方式\t172
4．4．4 预感知式反馈方式\t174
4．5 大规模天线的校准\t176
4．6 大规模天线波束协作技术\t181
4．6．1 多小区协作传输方案\t183
4．6．2 多小区协作传输技术分析\t186
4．6．3 大规模多天线波束协作技术\t189
4．7 小结\t195
第5章 5G多天线传输标准\t197
5．1 概述\t198
5．2 多天线传输方案\t203
5．2．1 下行传输方案\t203
5．2．2 上行传输方案\t211
5．3 参考信号设计\t211
5．3．1 解调参考信号（DM-RS）设计\t212
5．3．2 信道状态信息参考信号（CSI-RS）\t216
5．3．3 相位跟踪参考信号（PT-RS）\t221
5．3．4 上行探测参考信号（SRS）\t226
5．4 信道状态信息反馈\t235
5．4．1 框架设计\t235
5．4．2 大规模波束赋形码本设计\t238
5．4．3 信道测量机制\t251
5．4．4 信道信息反馈机制\t252
5．4．5 信道互易性\t257
5．5 模拟波束管理\t259
5．5．1 波束管理过程\t260
5．5．2 波束测量和上报\t262
5．5．3 波束指示\t266
5．5．4 波束恢复过程\t268
5．6 上行多天线技术\t274
5．6．1 基于码本的传输方案\t274
5．6．2 非码本的传输方案\t281
5．6．3 上行多用户MIMO\t283
5．7 准共址（QCL）\t284
5．7．1 QCL定义\t284
5．7．2 参考信号间的QCL关系\t287
5．8 物理信道设计\t289
5．8．1 下行同步信道设计\t289
5．8．2 上行初始接入\t296
5．8．3 控制信道设计\t301
5．8．4 业务信道设计\t304
5．9 5G增强技术\t305
5．10 小结\t307
第6章 大规模天线波束赋形实现方案与验证\t309
6．1 大规模有源天线系统结构\t310
6．2 大规模天线阵列结构\t311
6．2．1 MIMO天线单元\t311
6．2．2 大规模天线去耦技术\t314
6．2．3 大规模天线赋形技术\t315
6．2．4 大规模天线波束赋形的实现案例\t320
6．3 大规模天线波束赋形原型机\t327
6．3．1 大规模有源天线射频前端设计\t327
6．3．2 大规模天线数字基带处理设计\t331
6．4 大规模天线测试验证\t332
6．4．1 大规模天线OTA测试需求\t333
6．4．2 近场和远场测量\t334
6．4．3 OTA测试流程\t335
6．4．4 大规模天线波束赋形性能测试\t337
6．5 小结\t343
参考文献\t345
缩略语\t353
索引\t361