隨著社會的發展,人們對通信速率的要求日益增加,與此同時,空閑的通信頻帶卻在日益減少,二者之間的矛盾是目前和未來各種通信系統必須考慮的首要問題。大規模多輸人多輸出(MIMO)是一項被公認解決這個矛盾的重要技術,利用該技術,帶限通信系統能夠充分發掘可用的空間資源,通過接收合并、發射預編碼等方式提高系統的頻譜效率,降低系統的誤碼率。本書詳細闡述了大規模 MIMO領域中的信道估計、接收合并、發射預編碼三個重要環節。信道估計是基礎,它對后面兩個環節起到了驅動作用。本書遵循循序漸進的原則,從大規模 MIMO 的基本概念入手,分別詳細闡述了各種環境下系統的頻譜效率、能量效率、硬件效率。后以一個通信實例對全書內容進行總結。值得一提的是,本書的附錄為全書定理、推論的詳細證明過程,有助于加深對這些理論的理解。
第1章 介紹和寫作動機
1.1 蜂窩網絡
1.1.1 改進蜂窩網絡以獲得更高的區域吞吐量
1.2 頻譜效率的定義
1.3 提高頻譜效率的方法
1.3.1 增加發射功率
1.3.2 獲得陣列增益
1.3.3 上行鏈路空分多址
1.3.4 下行鏈路空分多址
1.3.5 獲取信道的狀態信息
1.4 小結
第2章 大規模MIMO網絡
2.1 大規模MIMO的定義
2.2 相關瑞利衰落
2.3 上行鏈路和下行鏈路的系統模型
2.3.1 上行鏈路
2.3.2 下行鏈路
2.4 空間信道相關性的基本影響
2.5 信道硬化和有利傳播
2.5.1 信道硬化
2.5.2 有利傳播
2.6 局部散射空間的相關模型
2.6.1 信道硬化和有利傳播的影響
2.6.2 高斯角域分布的近似表達式
2.7 小結
第3章 信道估計
3.1 上行鏈路的導頻傳輸
3.1.1 相互正交的導頻序列的設計
3.2 小均方誤差信道估計
3.3 空間相關性和導頻污染的影響
3.3.1 空間相關性對信道估計的影響
3.3.2 導頻污染對信道估計的影響
3.3.3 不完美的統計信息
3.4 計算復雜度與低復雜度的估計子
3.4.1 其他信道估計方案
3.4.2 對各種估計子的復雜度和估計質量進行對比
3.5 數據輔助的信道估計與導頻凈化
3.6 小結
第4章 頻譜效率
4.1 上行鏈路頻譜效率與接收合并
4.1.1 其他接收合并方案
4.1.2 接收合并的計算復雜度
4.1.3 實例的定義
4.1.4 不同合并方案的頻譜效率對比
4.1.5 空間信道相關性的影響
4.1.6 空間信道相關下的信道硬化
4.2 其他的上行鏈路頻譜效率表達式及其主要性質
4.2.1 用后即忘（UatF）界的緊性
4.2.2 導頻污染與相干干擾
4.2.3 使用非小均方誤差方案的頻譜效率
4.2.4 同步與異步導頻傳輸
4.3 下行鏈路頻譜效率與發送預編碼
4.3.1 下行鏈路中的導頻污染
4.3.2 預編碼設計原則：上/下行鏈路的對偶性
4.3.3 下行鏈路信道估計下的頻譜效率
4.3.4 預編碼方案的對比
4.3.5 其他非小均方誤差信道估計方案的頻譜效率
4.3.6 上/下行鏈路之間干擾的差異
4.4 漸近分析
4.4.1 線性獨立與正交的相關矩陣
4.4.2 漸近觀點
4.4.3 強干擾下的漸近結果
4.5 小結
第5章 能量效率
5.1 動機
5.2 發射功率損耗
5.2.1 發射功率的漸近分析
5.3 能量效率的定義
5.3.1 能量效率和頻譜效率之間的折中
5.4 電路功耗模型
5.4.1 收/發信機鏈路
5.4.2 編碼和解碼
5.4.3 回程
5.4.4 信道估計
5.4.5 接收合并和發射預編碼
5.4.6 比較不同處理方案下的電路功率
5.5 能量效率和吞吐量之間的權衡
5.6 具有能效的網絡設計
5.7 小結
第6章 硬件效率
6.1 收/發信機硬件缺陷
6.1.1 剩余硬件缺陷的基本模型
6.1.2 一種實用的硬件質量的測量方法
6.1.3 擴展到經典的大規模MIM0模型
6.2 硬件缺陷下的信道估計
6.2.1 硬件缺陷對信道估計的影響
6.2.2 干擾和硬件缺陷對信道估計的影響
6.3 存在硬件缺陷情況下系統的頻譜效率
6.3.1 上行鏈路頻譜效率表達式
6.3.2 硬件缺陷對上行鏈路的頻譜效率的影響
6.3.3 干擾源和失真源的比較
6.3.4 干擾的可見范圍
6.3.5 下行鏈路的頻譜效率表達式
6.3.6 硬件缺陷對下行鏈路的頻譜效率的影響
6.3.7 多天線下的比預編碼
6.4 硬件質量伸縮律
6.4.1 低分辨率模數轉換器
6.4.2 相位噪聲
6.4.3 帶外輻射
6.4.4 互易校準
6.4.5 硬件質量伸縮律的例子
6.5 小結
第7章 實際部署時需考慮的問題
7.1 功率分配
7.1.1 下行鏈路功率分配
7.1.2 上行鏈路功率控制
7.2 空間資源分配
7.2.1 導頻分配
7.2.2 調度
7.2.3 業務負荷變化的影響
7.3 信道模型
7.3.1 任意陣列形狀下的3D視距模型
7.3.2 具有任意幾何形狀的陣列的三維局部散射模型
7.3.3 3GPP下的3D MIM0信道模型
7.3.4 來自信道測量的觀察
7.4 陣列的部署
7.4.1 物理陣列尺寸的預備知識
7.4.2 物理陣列尺寸和天線間距
7.4.3 無小區系統
7.4.4 極化
7.5 毫米波通信
7.6 異構網絡
7.6.1 采用大規模MIM0減少跨層干擾
7.6.2 用于無線回程鏈路的大規模MIM0
7.7 案例研究
7.7.1 網絡配置和參數
7.7.2 仿真結果
7.8 小結
附錄A 符號和縮略語
附錄B 標準結果
B.1 矩陣分析
B.1.1 矩陣運算的復雜度
B.1.2 矩陣等式
B.2 隨機向量和矩陣
B.3 郎伯函數W的性質
B.4 基本的估計理論
B.5 基本的信息論知識
B.6 基本的優化理論
附錄C 證明過程匯總
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