随着社会的发展,人们对通信速率的要求日益增加,与此同时,空闲的通信频带却在日益减少,二者之间的矛盾是目前和未来各种通信系统必须考虑的首要问题。大规模多输人多输出(MIMO)是一项被公认解决这个矛盾的重要技术,利用该技术,带限通信系统能够充分发掘可用的空间资源,通过接收合并、发射预编码等方式提高系统的频谱效率,降低系统的误码率。本书详细阐述了大规模 MIMO领域中的信道估计、接收合并、发射预编码三个重要环节。信道估计是基础,它对后面两个环节起到了驱动作用。本书遵循循序渐进的原则,从大规模 MIMO 的基本概念入手,分别详细阐述了各种环境下系统的频谱效率、能量效率、硬件效率。后以一个通信实例对全书内容进行总结。值得一提的是,本书的附录为全书定理、推论的详细证明过程,有助于加深对这些理论的理解。
第1章 介绍和写作动机
1.1 蜂窝网络
1.1.1 改进蜂窝网络以获得更高的区域吞吐量
1.2 频谱效率的定义
1.3 提高频谱效率的方法
1.3.1 增加发射功率
1.3.2 获得阵列增益
1.3.3 上行链路空分多址
1.3.4 下行链路空分多址
1.3.5 获取信道的状态信息
1.4 小结
第2章 大规模MIMO网络
2.1 大规模MIMO的定义
2.2 相关瑞利衰落
2.3 上行链路和下行链路的系统模型
2.3.1 上行链路
2.3.2 下行链路
2.4 空间信道相关性的基本影响
2.5 信道硬化和有利传播
2.5.1 信道硬化
2.5.2 有利传播
2.6 局部散射空间的相关模型
2.6.1 信道硬化和有利传播的影响
2.6.2 高斯角域分布的近似表达式
2.7 小结
第3章 信道估计
3.1 上行链路的导频传输
3.1.1 相互正交的导频序列的设计
3.2 小均方误差信道估计
3.3 空间相关性和导频污染的影响
3.3.1 空间相关性对信道估计的影响
3.3.2 导频污染对信道估计的影响
3.3.3 不完美的统计信息
3.4 计算复杂度与低复杂度的估计子
3.4.1 其他信道估计方案
3.4.2 对各种估计子的复杂度和估计质量进行对比
3.5 数据辅助的信道估计与导频净化
3.6 小结
第4章 频谱效率
4.1 上行链路频谱效率与接收合并
4.1.1 其他接收合并方案
4.1.2 接收合并的计算复杂度
4.1.3 实例的定义
4.1.4 不同合并方案的频谱效率对比
4.1.5 空间信道相关性的影响
4.1.6 空间信道相关下的信道硬化
4.2 其他的上行链路频谱效率表达式及其主要性质
4.2.1 用后即忘（UatF）界的紧性
4.2.2 导频污染与相干干扰
4.2.3 使用非小均方误差方案的频谱效率
4.2.4 同步与异步导频传输
4.3 下行链路频谱效率与发送预编码
4.3.1 下行链路中的导频污染
4.3.2 预编码设计原则：上/下行链路的对偶性
4.3.3 下行链路信道估计下的频谱效率
4.3.4 预编码方案的对比
4.3.5 其他非小均方误差信道估计方案的频谱效率
4.3.6 上/下行链路之间干扰的差异
4.4 渐近分析
4.4.1 线性独立与正交的相关矩阵
4.4.2 渐近观点
4.4.3 强干扰下的渐近结果
4.5 小结
第5章 能量效率
5.1 动机
5.2 发射功率损耗
5.2.1 发射功率的渐近分析
5.3 能量效率的定义
5.3.1 能量效率和频谱效率之间的折中
5.4 电路功耗模型
5.4.1 收/发信机链路
5.4.2 编码和解码
5.4.3 回程
5.4.4 信道估计
5.4.5 接收合并和发射预编码
5.4.6 比较不同处理方案下的电路功率
5.5 能量效率和吞吐量之间的权衡
5.6 具有能效的网络设计
5.7 小结
第6章 硬件效率
6.1 收/发信机硬件缺陷
6.1.1 剩余硬件缺陷的基本模型
6.1.2 一种实用的硬件质量的测量方法
6.1.3 扩展到经典的大规模MIM0模型
6.2 硬件缺陷下的信道估计
6.2.1 硬件缺陷对信道估计的影响
6.2.2 干扰和硬件缺陷对信道估计的影响
6.3 存在硬件缺陷情况下系统的频谱效率
6.3.1 上行链路频谱效率表达式
6.3.2 硬件缺陷对上行链路的频谱效率的影响
6.3.3 干扰源和失真源的比较
6.3.4 干扰的可见范围
6.3.5 下行链路的频谱效率表达式
6.3.6 硬件缺陷对下行链路的频谱效率的影响
6.3.7 多天线下的比预编码
6.4 硬件质量伸缩律
6.4.1 低分辨率模数转换器
6.4.2 相位噪声
6.4.3 带外辐射
6.4.4 互易校准
6.4.5 硬件质量伸缩律的例子
6.5 小结
第7章 实际部署时需考虑的问题
7.1 功率分配
7.1.1 下行链路功率分配
7.1.2 上行链路功率控制
7.2 空间资源分配
7.2.1 导频分配
7.2.2 调度
7.2.3 业务负荷变化的影响
7.3 信道模型
7.3.1 任意阵列形状下的3D视距模型
7.3.2 具有任意几何形状的阵列的三维局部散射模型
7.3.3 3GPP下的3D MIM0信道模型
7.3.4 来自信道测量的观察
7.4 阵列的部署
7.4.1 物理阵列尺寸的预备知识
7.4.2 物理阵列尺寸和天线间距
7.4.3 无小区系统
7.4.4 极化
7.5 毫米波通信
7.6 异构网络
7.6.1 采用大规模MIM0减少跨层干扰
7.6.2 用于无线回程链路的大规模MIM0
7.7 案例研究
7.7.1 网络配置和参数
7.7.2 仿真结果
7.8 小结
附录A 符号和缩略语
附录B 标准结果
B.1 矩阵分析
B.1.1 矩阵运算的复杂度
B.1.2 矩阵等式
B.2 随机向量和矩阵
B.3 郎伯函数W的性质
B.4 基本的估计理论
B.5 基本的信息论知识
B.6 基本的优化理论
附录C 证明过程汇总
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