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内容简介

　　《MIMO-OFDM系统原理、应用及仿真/普通高等教育“十二五”规划教材》MIMO和OFDM技术是B3G的关键物理层技术，该书详细介绍了该领域的概念和理论，并通过MATLAB程序进行仿真和验证。《MIMO-OFDM系统原理、应用及仿真》分别介绍了无线信道：传播与衰落，SISO信道模型，MIMO信道模型，OFDM介绍，OFDM同步技术，信道估计，PAPR减小技术，小区间干扰消除技术，MIMO：信道容量，天线分集和空时编码技术，空分复用MIMO系统的信号检测，在发射端利用信道状态信息，多用户MIMO。

内页插图

目录

前言
第1章 绪论
1．1 移动通信概述
1．1．1 移动通信发展历史
1．1．2 第三代移动通信系统
1．1．3 第四代移动通信系统
1．2 MIMO系统概述
1．3 OFDM系统概述
1．4 MIMOOFDM系统概述
1．5 本书结构
第2章 无线信道与MIMO信道
2．1 引言
2．2 无线信道
2．2．1 大尺度衰落与阴影衰落
2．2．2 多径衰落
2．2．3 无线信道的时变性与多普勒频移
2．2．4 选择性衰落
2．2．5 瑞利分布与莱斯分布
2．3 常用多径信道计算机仿真模型
2．3．1 指数衰减信道模型
2．3．2 滤波白噪声模型
2．3．3 频率选择性衰落信道仿真
2．4 MIMO无线信道
2．4．1 MIMO信道模型
2．4．2 MIM0相关信道
2．5仿真实例
2．6本章小节
思考题
习题

第3章 OFDM系统基本原理
3．1 引言
3．2 OFDM系统的基本模型
3．2．1 OFDM系统的调制和解调
3．2．2 OFDM系统的DFT／FFT实现
3．3 保护间隔和循环前缀
3．4 带外功率辐射以及加窗技术
3．5 OFDM系统的参数选择
3．6 个完整的OFDM系统
3．7 仿真实例
3．8 本章小结
思考题
习题

第4章 MIMoOFDM系统的容量
4．1 引言。
4．2 非频率选择性信道下MIMO系统容量。
4．2．1 MIMO系统容量推导
4．2．2 发送端未知信道状态信息MIMO系统容量
4．2．3 发送端已知信道状态信息MIMO系统容量
4．3 随机MIMO信道容量
4．4 频率选择性信道下MIMO系统容量
4．4．1 已知信道状态信息容量
4．4．2 未知信道状态信息容量
4．5 MI．MO．OFDM系统的容量分析
4．5．1 MIM0—OFDM：系统容量推导
4．5．2 信道和系统参数对容量的影响
4．5．3 仿真
4．6 仿真实例
4．7 本章小缮
思考题
习题

第5章 MIMOOFDM系统的信道估计
5．1 引言
5．2 信道估计算法
5．2．1 信道估计分类
5．2．2 Ls信道估计算法
5．2．3 LMMSE信道估计算法
5．3 OFDM系统信道估计
5．3．1 基于训练序列的OFDM系统信道估计
5．3．2 基于非块状导频的OFDM系统
5．3．3 基于DFT的信道估计
5．4 MIMOOFDM系统信道估计
5．4．1 MIMO—OFDM系统
5．4．2 基于导频的MIMOOFDM系统信道估计
5．4．3 基于训练序列的MIMO—OFDM系统信道估计
5．5仿真实例
5．6本章小结
思考题
习题

第6章 MIMO-OFDM系统峰值平均功率比
6．1 引言
6．2 峰值平均功率比的定义及分布
6．2．1 OFDM信号峰值平均功率比的定义
6．2．2 峰值平均功率比的测量
6．2．3 过采样对OFDM信号峰值平均功率比的影响
6．2．4 信号峰值平均功率比对系统设计的影响
6．3 OFDM系统降低PAPR技术
6．3．1 信号预畸变方法
6．3．2 编码方法
6．3．3 概率类技术
6．4 MIMO—OFDM系统降低PAPR技术
6．4．1 MIMO—OFDM信号PAPR定义
6．4．2 基于SLM的MIMOOFDM信号PAPR减小技术
6．4．3基于PTS的MIMOOFDM信号PAPR减／减小技术
6．5仿真实例
6．6本章小结
思考题
习题

第7章 OFDM系统自适应技术
7．1 引言
7．2 自适应技术的理论基础
7．2．1 注水原理
7．2．2 自适应OFDM系统模型
7．2．3 自适应分配的原则
7．2．4 自适应技术的实现
7．3 OFDM系统自适应算法
7．3．1 迭代注水功率分配算法（IWFP）
7．3．2 Hughes—Hartogs算法
7．3．3 Chow算法
7．3．4 Fischer算法
7．4 多用户自适应比特、调制和功率联合分配算法
7．4．1 系统模型
7．4．2 多用户子载波和比特分配
7．5 仿真实例
7．6 本章小结
思考题
习题

第8章 OFDM系统的同步问题
8．1 引言
8．2 OFDM系统同步技术的分类
8．2．1 符号定时同步
8．2．2 样值定时同步
8．2．3 样值频率同步
8．2．4 载波同步
8．3 同步误差对OFDM系统性能的影响
8．3．1 OFDM系统中的同步原理
8．3．2 符号定时同步误差对OFDM系统性能的影响
8．3．3 样值间隔偏差对OFDM系统的影响
8．3．4 样值定时偏差对OFDM系统的影响
8．3．5 载波频率偏移对OFDM系统性能的影响
8．4 OFDM系统中的各种同步算法
8．4．1 基于保护间隔的OFDM系统同步方法
8．4．2 基于导频的OFDM系统同步方法-OFDM系统同步方法
8．5 本章小结
……
第9章 MIMO-OFDM系统的编码技术
第10章 MIMO-OFDM系统的应用
附录 缩略词
参考文献

精彩书摘

　　第7章 OFDM系统自适应技术7．1 引言
　　自适应技术早在1968年就由J．F．Hayes提出，由于受当时硬件条件以及信道估计技术的限制，自适应技术并没有引起人们很大的兴趣，而且，当时通信系统大都是没有反馈链路的点对点模式，因此自适应技术也没有太大的实用价值。随着近代无线通信理论的研究和集成芯片的发展，加之无线频谱资源的日益紧张，人们对频谱利用率备加重视，自适应技术又重新引起了人们的关注。
　　链路级自适应技术的基本思想是，根据在发射端获取的某种形式的信道状态信息自适应调节各种信号传输的参数，实现对当前信道环境的充分利用。可以调节的基本参数包括调制方式、编码方式、符号速率、发射功率等。在多载波条件下可以调制每个子信道的编码调制方式和发送功率，在多用户条件下可以调整用户间资源分配的数量和方式等。通过自适应技术得到的系统信道容量增益是非常明显的。这种自适应技术已经被广泛地认为是无线通信系统中有效提高频谱利用率的重要手段之一。
　　0FDM系统把一个频率选择性衰落的实际信道划分成若干个独立的平坦窄带子信道，各个子信道之间信道状况差异很大，具有相对独立性，不同子信道受到不同的衰落，从而具有不同的传输质量。这种特点的好处就是，能够根据各个子信道的实际状态自适应地分配信息比特和发射功率，从而减弱衰落的影响，更加有效地利用信道资源。所以与传统的单载波系统相比，多载波OFDM系统使用自适应技术会具有更高的灵活性，并能够获得更好的性能。
　　当自适应传输技术应用于多天线环境中时，也可为系统带来系统容量提升和整体性能提高。由于增加了空间上的自由度，MIM0系统的自适应算法的设计也更为灵活和复杂。在发射端，MIM0系统通过了解当前信道的状态信息，可自适应地调整天线上的发射功率、比特分配，并由此获得系统性能的提高。MIM0系统有多种传输策略，有的以提高系统容量为目标，有的以改善系统性能为目标，有的适用于存在空间相关的环境，有的需要天线之间服从独立衰落。根据信道状况来选择适当的传输策略，包括多种不同传输策略的结合或选择，都是当前自适应MIM0研究的热点题目。
　　在MIMO一0FDM系统中应用自适应技术，能充分利用空间、时间和频率维上的自由度，可以设计更为灵活的传输结构、可调整的参数更多，当然推导和实现也更为复杂。

　　……

前言/序言

　　2012年1月国际电信联盟正式制定了4G国际标准。我国在上海、杭州等地铺设了4G实验网，并开始4G网试运行。2013年12月4日工信部正式向三大运营商发布4G牌照。显然，我国4G时代已经到来。对于通信S-程及相关专业的学生来说，走出校门时，4G技术应是他们的必备知识。
　　本书编写的目的是引导初学者入门，了解新一代移动通信的关键技术——MIMO技术、OFDM技术及MIMO-OFDM技术。本书按照先易后难、先简单后复杂的思路对MIMO系统相关技术、OFDM系统相关技术、MIMO-OFDM系统相关技术作了详尽的介绍。
　　OFDM技术起源于20世纪50年代，当时由于受实现技术的限制而未能引起广泛重视。随着DSP芯片技术的发展，大规模集成电路使FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素也都得到了解决，自此，OFDM走上了通信的舞台，逐步迈入高速Modem和数字移动通信的领域。目前OFDM技术已应用于数字音频广播（DAB）、高清晰度数字电视（HDTV）、无线局域网（IEEE802．11，HyperLAN／2）、无线城域网（IEEE802．16）以及3GPP LTE等。正交频分复用由于其频谱利用率高、成本低等原因越来越受到人们的关注。随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求，OFDM技术在综合无线接入领域将会得到越来越广泛的应用。
　　传统的无线通信系统是利用一个发送天线和一个接收天线的通信系统，即所谓的单输入单输出（SISO）天线系统，SISO天线系统在信道容量上具有一个不可突破的瓶颈——香农容量限制。多输入多输出（MIMO）系统作为未来宽带无线通信的关键技术，是实现充分利用空间资源以提高频谱效率的一个重要手段。它能够在不占有额外频谱带宽的前提下，有效地提高信道容量。基于MIMO的无线通信理论已成为当今研究的热点，MIM0技术和OFDM技术已成为先进无线传输技术的两大基石，MIMO技术和OFDM技术的结合将打开一条实现未来无线数据高速、可靠传输的光明途径。
　　编写一本适合初学者的门槛较低的教材是作者编著本书的初衷。作者参考了国内外的专著和文献资料，也借助了作者本人多年的在该领域的研究，编写了这本关注4G核心技术的书籍，希望能为广大的MIMO技术和OFDM技术的初学者提供帮助。
　　在本书的编写过程中，得到了吉林大学通信工程学院通信系数字信号处理课程组和通信原理课程组教师的大力支持与热情帮助，在此特别感谢课程组的各位老师。赵晓晖教授对本书的编写和进一步修改提出了宝贵的指导意见，并对本书进行了审核，在此表示诚挚的感谢。
　　本书共分10章，第1章介绍移动通信的发展和MIMO、OFDM技术的发展；第2章介绍无线信道与MIMO信道，包括信道建模与常用信道模型；第3章介绍OFDM系统基础知识；第4章介绍MIMO系统、MIMO—OFDM系统的容量；第5章介绍OFDM系统与MIMO—OFDM系统的信道估计问题；第6章介绍OFDM系统与MIMO—OFDM系统的峰值平均功率比问题；第7章介绍OFDM系统自适应功率分配问题；第8章介绍OFDM系统同步问题；第9章介绍MIMO—OFDM系统的编码技术；第10章介绍OFDM系统与MIMO—OFDM系统的应用。
　　由于学识有限，书中不妥之处在所难免，希望读者不吝赐教。
　　编著者
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