大型MIMO系统利用了数十到数百根天线,是一种很有前途的新兴通信技术。
《大规模MIMO系统》对该技术进行了归纳,涵盖了大规模MIMO系统的发展机遇、设计挑战、解决方案和先进的技术。深入介绍了基于元启发式策略、置信传播算法和蒙特卡罗采样技术,适用于大规模MIMO信号检测、预编码和LDPC代码设计的大规模MIMO信号处理算法,大规模点对点和多用户MIMO系统中的训练需求和信道估计方法,并介绍了空间调制,讨论了多小区运行中存在的干扰和基站协作等问题。详细阐述了MIMO信道模型、过去和现在的大规模MIMO信道测深测量,并提出了大型MIMO测试平台,是学术研究人员、下一代无线系统设计师和开发人员以及无线通信从业人员的理想资源。
无线通信的物理层传输能力一直处于不断增强之中。在过去的15年中,无线传输速率的增长速度一直遵循摩尔定律发展。自20世纪90年代中期起的15年内,旨在提升无线传输速率的诸多移动通信标准已经实现速率增长超过1000倍。例如,WiFi的数据传输速率已经从1996年(IEEE802.11b)的1Mb/s达到2011年(IEEE802.11ac)的1Gb/s。同期,蜂窝通信的数据传输速率从2G的10Kb/s增长至4G(LTE)的10Mb/s以上。在这样的蓬勃发展背后,存在着一类前途无量的多天线传输技术,即起源于20世纪90年代末的“多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术”。
MIMO系统的研究与发展,源于在不增加带宽的前提下,通过开发空间维度来实现无线高速传输。理论研究表明,在广泛的无线传输环境中,系统所具备的天线数量越大,所能获得的速率增长就越多。考虑到频谱是有限且昂贵的资源,MIMO对于提升系统的频谱效率弥足珍贵。经过十余年的持续研究、实施和部署,MIMO已经初步具备了在商业领域中的可行性和成熟度,诸多无线产品和标准开始采用MIMO技术。然而.现有系统往往采用基于2-8根天线的小规模MIMO,利用大规模MIMO实现更高频谱利用率的目标,仍需后续研究和商业开发。本书针对大规模MIMO系统进行研究和探讨,旨在通过使用几十根至几百根天线来达到高达数百兆量级的频谱利用率。
虽然大规模MIMO系统具有潜在的巨大优势,但是其特殊的配置依然需要研究者特别关注和对待。例如,对于成熟的MIMO算法和技术,使用小规模的天线数量可以达到很好的效果,但对于大规模天线数量不一定能取得类似的效益。因此,需要研究针对大规模MIMO的新算法和技术。此外,除了提供传输速率和分集增益之外,高维度的MIMO信道特征还引入了其他的优势,基于这些优势和特征,归纳大规模MIMO系统的主要问题和提供解决方案是本书的主要目的。
本书旨在对于大规模MIMO技术内容进行系统化的归纳。早在2000年,作者开始从事空时编码和多用户检测领域的教学和研究,这为深入探讨MIMO原理带来了机会。2008年,团队设计开发了大规模MIMO系统的雏形,自此,作者一直倾心于系统的信号处理研究,最终发表了一系列相关论文,在学术会议及商业领域发表了多次演讲。在这个过程中,作者获取了大量的科研素材,从而成就了这本关于大规模MIMO系统的专著。
近年来,作者欣慰地发现,自2008年该领域的首篇科研论文开始,各类大规模MIMO无线传输技术已经得到了广泛的关注和蓬勃发展。更加令人振奋的是,大规模MIMO已经成为5G和后5G的物理层关键传输技术。作者希望本书对于无线通信领域的研究人员、研究生和系统设计师、工程师能够有所帮助,从而进一步推动大规模MIMO系统的相关研究,使其开发和实施标准化达到一个新的阶段。
A.Chockalingam,班加罗尔印度科学研究所(ⅡSC)电气通信工程系的教授,印度政府科学技术部Swamajayanti奖金的获得者,印度国家工程院(INAE)、印度国立科学研究院(NASI)和印度国家科学院(INSA)的院士,在大型MIMO系统的低复杂度接近**信号检测领域做出了开创性的贡献。
B.Sundar Rajan,班加罗尔印度科学研究所(ⅡSc)电气通信工程系的教授,印度国家工程院(INAE)、印度国立科学研究院(NASI)、印度国家科学院(INSA)和印度科学院(IASc)的院士,是MIMO信道空时编码和分布式空时编码领域的著名人事,也是基于代数技术的空时编码设计领域的领先专家,因在工程研究方面的优秀表现而获得印度科学院颁发的Rustum Choksi教授奖。
第1章 绪论
1.1 多天线无线信道
1.2 MIMO系统模型
1.3 CSIR已知的ⅣnMO通信
1.3.1 慢衰落信道
1.3.2 快衰落信道
1.4 CSIR和CSIT已知的MIMO通信
1.5 提升频谱效率:QAMvsMIMO
1.6 多用户MIMO通信
1.7 内容提要
参考文献
第2章 大规模MIMO系统
2.1 大规模MIMO的发展机遇
2.2 大规模MIMO的信道硬化
2.3 技术挑战和解决方案
2.3.1 独立空间维度的可实现性
2.3.2 大规模天线和射频链路的安置问题
2.3.3 低复杂度的大规模MIMO信号处理
2.3.4 多小区通信
参考文献
第3章 MIMO编码
3.1 空间复用
3.2 空时编码
3.2.1 空时分组码
3.2.2 高速率N0.STBC
3.2.3 基于CDA的NO.STBC
3.3 空间调制
3.3.1 空间调制
3.3.2 空移键控技术
3.3.3 广义的空间调制(GSM)
参考文献
第4章 MIMO检测
4.1 系统模型
4.2 最优检测
4.3 线性检测
4.3.1 MF检测器
4.3.2 ZF检测器
4.3.3 MIMSE检测器
4.4 干扰消除
4.5 LR辅助线性检测
4.5.1 LR辅助检测
4.5.2 SA
4.6 球形译码
参考文献
……
第5章 基于局部搜索的检测
第6章 基于概率数据连接的检测
第7章 基于图模型消息传递的检测和译码
第8章 基于MCMC的检测
第9章 大规模MIMO的信道估计
第10章 大规模MIMO系统中的预编码
第11章 MIMO信道模型
第12章 大规模MIMO实验平台
参考文献
致谢
缩略词表
数学符号表
内容简介与作者介绍