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MIMO通信导论
作者：[美] 杰里·R.汉普顿（Jerry R.Hampton） 著
出版社：机械工业出版社
出版时间：2021-10-01
ISBN：9787111677031
定价：¥89.00
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内容简介
本书深入浅出地论述了MIMO技术的原理和实现方式，对射频传播、空时编码、空间复用、频分正交在宽带MIMO中的应用，MIMO容量的理论公式和信道估计等主题进行深入研究，同时，详细描述了商用Wi-Fi和移动无线通信网络如何实现MIMO技术，帮助读者把理论应用到实际的无线通信系统中。 本书还介绍了数学矩阵和信息论中的关键概念，通过一步步严谨的推导，得出关键性结论。大量的工作案例和章末的习题都有助于加强和巩固读者的理解。对于从事通信行业的读者来说，它将是一本完美介绍MIMO系统的书籍。
作者简介
关于作者 Jerry R.Hampton 在通信系统工程领域拥有30多年经验的资深研究人员、工程师，约翰？？霍普金斯大学慧廷工程学院的教授，教授MIMO无线通信的研究生课程，同时也是应用物理实验室主要专业研究人员。
目录
目录
原书前言
第1章 MIMO通信概述 1
1.1 MIMO是什么 1
1.2 MIMO的历史 3
1.3 智能天线与MIMO 5
1.4 单用户与多用户MIMO 5
1.5 空间分集概述 6
1.5.1 分集的概念 6
1.5.2 接收和发射分集 8
1.5.3 常规分集性能 9
1.5.4 分集阶数和分集增益之间的关系 10
1.6 空间复用概述 11
1.6.1 空间复用的概念 12
1.7 开环和闭环MIMO 13
1.8 MIMO技术的实际应用 14
1.8.1 商用MIMO的实现 14
1.8.2 MIMO性能的测量 15
1.9 矩阵概述 17
1.9.1 基本定义 17
1.9.2 定理和性质 18
习题20
第2章 MIMO容量公式 23
2.1 信息是什么 23
2.2 熵 24
2.3 互信息 25
2.4 SISO容量的定义 26
2.5 MIMO容量的定义 27
2.5.1 MIMO系统模型 27
2.5.2 容量 28
2.6 H(z)的估计 28
2.7 H（r)的估计29
2.8 最终结果 30
2.8.1 实信号 30
2.8.2 复信号 31
习题31
第3章 MIMO信道容量公式的应用 33
3.1 CSIR假设下的MIMO信道容量 33
3.2 本征信道和信道的秩 34
3.3 信道特征值的最优分布 35
3.4 特征波束形成 37
3.5 特征波束形成的功率最优分配 39
3.5.1 注水算法 39
3.5.2 注水算法的讨论 40
3.6 单模特征波束形成 41
3.7 性能比较 42
3.7.1 Nr≥Nt的结果 42
3.7.2 Nt>Nr的结果 45
3.8 SIMO和MISO信道的容量 46
3.8.1 SIMO容量 46
3.8.2 MISO容量 46
3.9 随机信道的容量 48
3.9.1 Hw的定义 48
3.9.2 N较大时的Hw信道容量 48
3.9.3 遍历容量 49
3.9.4 中断容量 51
习题53
第4 章射频传播 55
4.1 多径信道现象 55
4.2 幂律传播 56
4.3 多径信道的脉冲响应 58
4.4 内在多径信道参数 60
4.4.1 τ相关参数 61
4.4.2 t相关参数 66
4.5 多径信道类别 69
4.5.1 平坦衰落 70
4.5.2 频率选择性衰落 70
4.5.3 快衰落和慢衰落 72
4.6 小尺度衰落统计 72
4.6.1 瑞利衰落 72
4.6.2 莱斯衰落 74
习题74
第5章 MIMO信道模型 76
5.1 LOS几何结构的MIMO信道 76
5.2 互相关的一般信道模型 77
5.3 Kronecker信道模型 79
5.4 天线相关性对MIMO容量的影响 81
5.5 Rt和Rr在天线间距和散射角上的关系 82
5.6 针孔散射 85
5.7 可视信道模型 86
习题88
第6章 Alamouti编码 89
6.1 最大比接收合并（MRRC） 89
6.2 实现发射分集的挑战 91
6.3 2×1 Alamouti编码 91
6.4 2×Nr Alamouti编码 93
6.4.1 2×2案例 93
6.4.2 2×Nr案例 94
6.5 MRRC和Alamouti接收器中最大似然解调 95
6.6 性能结果 97
6.6.1 理论性能分析 97
6.6.2 Alamouti和MRRC系统仿真 98
6.6.3 结果 99
习题100
第7章 空时编码 102
7.1 空时编码介绍 102
7.1.1 STBC编码速率定义 102
7.1.2 STBC频谱效率 103
7.1.3 空时编码的分类法 104
7.2 空时编码设计准则 105
7.2.1 常见成对差错概率表达式 106
7.2.2 瑞利衰落中成对差错概率 109
7.2.3 莱斯衰落中成对差错概率 110
7.2.4 设计准则总结 110
7.3 正交空时分组码 113
7.3.1 实数方形OSTBC114
7.3.2 实数非方形OSTBC 114
7.3.3 复数OSTBC 116
7.3.4 OSTBC解码 117
7.3.5 OSTBC性能仿真 119
7.3.6 OSTBC性能结果 120
7.4空时格码 121
7.4.1 空时格码编码 121
7.4.2 空时格码性能结果 123
习题125
第8章 空间复用 127
8.1 空间复用概述 127
8.2 BLAST编码结构 129
8.2.1 垂直分层空时码（V-BLAST） 129
8.2.2 水平分层空时码（H-BLAST） 130
8.2.3 对角分层空时码（D-BLAST） 130
8.3 H-BLAST和V-BLAST多路分解方式 131
8.3.1 迫零算法（ZF） 131
8.3.2 干扰抵消迫零算法（ZF-IC） 134
8.3.3 线性最小方均误差估计（LMMSE） 137
8.3.4 干扰抵消线性最小方均误差算法（LMMSE-IC） 140
8.3.5 BLAST的结果 143
8.3.6 在信噪比较大的情况下比较ZF和LMMSE检测147
8.4 多组空时码（MGSTC）调制 147
8.4.1 MGSTC编码器结构 147
8.4.2 术语 148
8.4.3 MGSTC解码 149
8.4.4 相关组的分集 153
8.4.5 MGSTC的性能结果 153
习题155
第9章 宽带MIMO 156
9.1 平坦衰落和频率选择性衰落 156
9.2 应对频率选择性衰落的方法 157
9.2.1 利用频率选择性衰落 157
9.2.2 对抗频率选择性衰落 158
9.3 传统OFDM 160
9.4 MIMO OFDM 162
9.5 OFDMA 165
9.6 空频分组码（SFBC） 166
习题168
第10章 信道估计 169
10.1 概述 169
10.2 导频分配策略 170
10.2.1 窄带MIMO信道 170
10.2.2 宽带MIMO信道 170
10.2.3 导频间隔设计 171
10.2.4 空间导频分配策略 173
10.3 窄带MIMO信道估计 174
10.3.1 最大似然信道估计 174
10.3.2 最小二乘信道估计 175
10.3.3 线性最小方均误差信道估计 176
10.3.4 选择导频符号 177
10.3.5 窄带信道估计性能 178
10.4 宽带MIMO信道估计 179
10.4.1 频域信道估计 180
10.4.2 时频域插值 181
习题182
第11章 MIMO实例 183
11.1 Wi-Fi 183
11.1.1 802.11n概述 183
11.1.2 802.11n数据包结构 185
11.1.3 802.11n HT发射器结构 187
11.1.4 802.11n中的空时分组码 191
11.1.5 802.11n中的OFDM 193
11.1.6 信道估计 195
11.1.7 802.11n的调制和编码方案 198
11.2 LTE 198
11.2.1 概述和历史 198
11.2.2 LTE的波形结构 199
11.2.3 LTE发射器框图 201
11.2.4 DL发射分集 202
11.2.5 空间复用 203
11.2.6 LTE数据传输速率 205
习题207
附录 208
附录A MIMO系统方程归一化 208
附录B 定理5.2的证明 209
附录C 式（7.9）的推导 211
附录D 选定的OSTBC的最大似然解码规则 212
附录E 式（8.68）的推导 214
附录F 802.11n非不等HT调制和编码参数 216
参考文献 219
原书前言
第1章 MIMO通信概述 1
1.1 MIMO是什么 1
1.2 MIMO的历史 3
1.3 智能天线与MIMO 5
1.4 单用户与多用户MIMO 5
1.5 空间分集概述 6
1.5.1 分集的概念 6
1.5.2 接收和发射分集 8
1.5.3 常规分集性能 9
1.5.4 分集阶数和分集增益之间的关系 10
1.6 空间复用概述 11
1.6.1 空间复用的概念 12
1.7 开环和闭环MIMO 13
1.8 MIMO技术的实际应用 14
1.8.1 商用MIMO的实现 14
1.8.2 MIMO性能的测量 15
1.9 矩阵概述 17
1.9.1 基本定义 17
1.9.2 定理和性质 18
习题20
第2章 MIMO容量公式 23
2.1 信息是什么 23
2.2 熵 24
2.3 互信息 25
2.4 SISO容量的定义 26
2.5 MIMO容量的定义 27
2.5.1 MIMO系统模型 27
2.5.2 容量 28
2.6 H(z)的估计 28
2.7 H（r)的估计29
2.8 最终结果 30
2.8.1 实信号 30
2.8.2 复信号 31
习题31
第3章 MIMO信道容量公式的应用 33
3.1 CSIR假设下的MIMO信道容量 33
3.2 本征信道和信道的秩 34
3.3 信道特征值的最优分布 35
3.4 特征波束形成 37
3.5 特征波束形成的功率最优分配 39
3.5.1 注水算法 39
3.5.2 注水算法的讨论 40
3.6 单模特征波束形成 41
3.7 性能比较 42
3.7.1 Nr≥Nt的结果 42
3.7.2 Nt>Nr的结果 45
3.8 SIMO和MISO信道的容量 46
3.8.1 SIMO容量 46
3.8.2 MISO容量 46
3.9 随机信道的容量 48
3.9.1 Hw的定义 48
3.9.2 N较大时的Hw信道容量 48
3.9.3 遍历容量 49
3.9.4 中断容量 51
习题53
第4 章射频传播 55
4.1 多径信道现象 55
4.2 幂律传播 56
4.3 多径信道的脉冲响应 58
4.4 内在多径信道参数 60
4.4.1 τ相关参数 61
4.4.2 t相关参数 66
4.5 多径信道类别 69
4.5.1 平坦衰落 70
4.5.2 频率选择性衰落 70
4.5.3 快衰落和慢衰落 72
4.6 小尺度衰落统计 72
4.6.1 瑞利衰落 72
4.6.2 莱斯衰落 74
习题74
第5章 MIMO信道模型 76
5.1 LOS几何结构的MIMO信道 76
5.2 互相关的一般信道模型 77
5.3 Kronecker信道模型 79
5.4 天线相关性对MIMO容量的影响 81
5.5 Rt和Rr在天线间距和散射角上的关系 82
5.6 针孔散射 85
5.7 可视信道模型 86
习题88
第6章 Alamouti编码 89
6.1 最大比接收合并（MRRC） 89
6.2 实现发射分集的挑战 91
6.3 2×1 Alamouti编码 91
6.4 2×Nr Alamouti编码 93
6.4.1 2×2案例 93
6.4.2 2×Nr案例 94
6.5 MRRC和Alamouti接收器中最大似然解调 95
6.6 性能结果 97
6.6.1 理论性能分析 97
6.6.2 Alamouti和MRRC系统仿真 98
6.6.3 结果 99
习题100
第7章 空时编码 102
7.1 空时编码介绍 102
7.1.1 STBC编码速率定义 102
7.1.2 STBC频谱效率 103
7.1.3 空时编码的分类法 104
7.2 空时编码设计准则 105
7.2.1 常见成对差错概率表达式 106
7.2.2 瑞利衰落中成对差错概率 109
7.2.3 莱斯衰落中成对差错概率 110
7.2.4 设计准则总结 110
7.3 正交空时分组码 113
7.3.1 实数方形OSTBC114
7.3.2 实数非方形OSTBC 114
7.3.3 复数OSTBC 116
7.3.4 OSTBC解码 117
7.3.5 OSTBC性能仿真 119
7.3.6 OSTBC性能结果 120
7.4空时格码 121
7.4.1 空时格码编码 121
7.4.2 空时格码性能结果 123
习题125
第8章 空间复用 127
8.1 空间复用概述 127
8.2 BLAST编码结构 129
8.2.1 垂直分层空时码（V-BLAST） 129
8.2.2 水平分层空时码（H-BLAST） 130
8.2.3 对角分层空时码（D-BLAST） 130
8.3 H-BLAST和V-BLAST多路分解方式 131
8.3.1 迫零算法（ZF） 131
8.3.2 干扰抵消迫零算法（ZF-IC） 134
8.3.3 线性最小方均误差估计（LMMSE） 137
8.3.4 干扰抵消线性最小方均误差算法（LMMSE-IC） 140
8.3.5 BLAST的结果 143
8.3.6 在信噪比较大的情况下比较ZF和LMMSE检测147
8.4 多组空时码（MGSTC）调制 147
8.4.1 MGSTC编码器结构 147
8.4.2 术语 148
8.4.3 MGSTC解码 149
8.4.4 相关组的分集 153
8.4.5 MGSTC的性能结果 153
习题155
第9章 宽带MIMO 156
9.1 平坦衰落和频率选择性衰落 156
9.2 应对频率选择性衰落的方法 157
9.2.1 利用频率选择性衰落 157
9.2.2 对抗频率选择性衰落 158
9.3 传统OFDM 160
9.4 MIMO OFDM 162
9.5 OFDMA 165
9.6 空频分组码（SFBC） 166
习题168
第10章 信道估计 169
10.1 概述 169
10.2 导频分配策略 170
10.2.1 窄带MIMO信道 170
10.2.2 宽带MIMO信道 170
10.2.3 导频间隔设计 171
10.2.4 空间导频分配策略 173
10.3 窄带MIMO信道估计 174
10.3.1 最大似然信道估计 174
10.3.2 最小二乘信道估计 175
10.3.3 线性最小方均误差信道估计 176
10.3.4 选择导频符号 177
10.3.5 窄带信道估计性能 178
10.4 宽带MIMO信道估计 179
10.4.1 频域信道估计 180
10.4.2 时频域插值 181
习题182
第11章 MIMO实例 183
11.1 Wi-Fi 183
11.1.1 802.11n概述 183
11.1.2 802.11n数据包结构 185
11.1.3 802.11n HT发射器结构 187
11.1.4 802.11n中的空时分组码 191
11.1.5 802.11n中的OFDM 193
11.1.6 信道估计 195
11.1.7 802.11n的调制和编码方案 198
11.2 LTE 198
11.2.1 概述和历史 198
11.2.2 LTE的波形结构 199
11.2.3 LTE发射器框图 201
11.2.4 DL发射分集 202
11.2.5 空间复用 203
11.2.6 LTE数据传输速率 205
习题207
附录 208
附录A MIMO系统方程归一化 208
附录B 定理5.2的证明 209
附录C 式（7.9）的推导 211
附录D 选定的OSTBC的最大似然解码规则 212
附录E 式（8.68）的推导 214
附录F 802.11n非不等HT调制和编码参数 216
参考文献 219
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