多天线系统中的空时码技术 王海泉 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王海泉 著

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• 通信原理
• 信息论
• 无线网络
• 编码调制
• 王海泉

店铺： 久点图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030306043

商品编码：29658880957

包装：平装

出版时间：2011-04-01

基本信息

书名：多天线系统中的空时码技术

定价：48.00元

作者：王海泉

出版社：科学出版社

出版日期：2011-04-01

ISBN：9787030306043

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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内容提要

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本书是一部关于多天线系统中的空时码技术的专著。首先，介绍了多天线系统的容量，空时码的设计准则，空间分集与频分复用之间的*平衡点等基本理论；其次，介绍了正交与拟正交空时码，对角与完备空时码，酉空时码和差分空时码等多种空时码；后，通过附录给出了主要定理的证明。通过本书，读者将可以掌握各种线性（块状）空时码的构造原理及构造方法。

本书适用于电子工程、通信工程专业高校教师和高年级本科生，硕士、博士研究生等参考，同时也可供从事电子、通信、计算机及相关产业的研究人员、工程技术人员使用。

目录

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前言
第0章 绪论
章 多天线系统
1.1 信道模型
1.2 多天线系统的容量
1.2.1 单发单收系统的容量
1.2.2 多发多收系统的容量
1.3 空时码的设计准则
1.3.1传送方与接收方都完全知道信道信息条件下码的设计准则
1.3.2发信方不知道信道而接收方完全知道信道的情况下码的设计准则
1.3.3传送方与接收方都不知道信道信息的条件下码的设计准则
1.4 空间分集与频分复用之间的佳平衡点
第2章 正交空时码
2.1 线性空时码
2.2 正交空时码的定义
2.3 正交空时码的性质
2.3.1 正交空时码的性能分析
2.3.2正交空时码与Hurwitz-Radon理论
2.4 正交空时码的构造
2.5 正交空时码的局限性
2.5.1 符号率的局限性
2.5.2正交空时码在D-Mtradeoff上的局限性
2.6 有限点集上的正交空时码
2.7 正交空时码的仿真结果
第3章 拟正交空时码
3.1 拟正交空时码的提出
3.2 具有满秩性质的拟正交空时码
3.2.1基于QAM的具有满秩性的拟正交空时码
3.2.2基于PSK上的具有满秩性的拟正交空时码
3.3 具有小解码复杂度的拟正交空时码
3.3.1 问题的提出及其数学的描述
3.3.2 具有实数对解码的线性变换
3.3.3 QAM上优的线性变换
3.4 坐标交换正交空时码
3.5 数值计算与仿真结果
第4章 对角空时码
4.1 定义
4.2 实格和复格
4.3 格上的对角空时码的构造准则
4.4 借助于代数扩张理论的格上的对角空时码
4.5 举例
4.6 优的对角空时码
4.7 对角空时码在单天线中的应用
4.8 仿真
第5章 分层代数空时码
5.1 满秩的分层代数空时码
5.2 二阶的完备的分层代数空时码
5.3 仿真结果
第6章 酉空时码
6.1 基于Fourier变换的酉空时码
6.2 基于Grassmann流形摆点的酉空时码
6.2.1Grassmann流形的基础知识
6.2.2 酉空时码的设计准则
6.2.3等斜面(isoclinic)酉空时码
6.3 仿真结果
第7章 差分空时码
7.1 单天线系统中的差分码
7.2 多天线系统中的差分空时码
7.3 差分空时码的设计
7.3.1来自群及其表示论的差分空时码
7.3.2 基于正交设计的差分空时码
7.3.3基于Cayley变换的差分空时码
7.3.4基于几何结构的2×2差分空时码
7.3.5L=4,5,6时优的2×2差分空时码
7.4 仿真结果
参考文献
附录A 有关正交空时码的结论及其证明
附录B 第3.3节中定理的证明
附录C 2×2差分空时码个数L=6的优分集乘积及其证明
附录D 高斯整数环上2阶优对角空时码的证明

作者介绍

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文摘

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序言

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书籍名称： 多天线系统中的空时码技术 图书简介 在当今高速发展的无线通信时代，对数据传输速率和频谱效率的需求日益增长，这极大地推动了多天线系统（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）的研究与应用。MIMO技术通过在发射端和接收端采用多个天线，能够显著提升无线通信系统的性能，包括容量、覆盖范围和可靠性。而空时码（Space-Time Codes, STC）作为MIMO系统中最关键的技术之一，更是为充分挖掘MIMO的潜力提供了强大的理论支撑和实现手段。 本书旨在深入探讨多天线系统中的空时码技术，详细阐述其核心原理、关键设计方法、性能分析以及在实际应用中的挑战与机遇。我们将从空时码的基本概念出发，逐步深入到各种先进的空时码结构，并结合现代无线通信系统的需求，分析其在不同场景下的适用性和性能表现。 第一章：无线通信基础与多天线系统概述 在进入空时码技术的探讨之前，有必要回顾并建立起坚实的无线通信基础知识。本章将首先介绍无线传播环境的特性，包括衰落、干扰和多径效应等，这些因素对无线信号的传输质量有着至关重要的影响。随后，我们将引出多天线系统的概念，阐述其基本原理——利用多根天线在空间和时间维度上同时传输信息，从而打破传统单天线系统性能的瓶颈。我们将详细介绍MIMO系统的几种基本配置，如发射分集、接收分集、空间复用和空时编码等，并初步探讨它们各自的优势和应用场景。特别地，我们将强调MIMO系统为何能够实现容量的线性增长，以及这种容量增益的理论来源——信道矩阵的秩。 第二章：空时码的基本原理与分类 本章是本书的核心起点，将深入剖析空时码技术的理论基石。我们将首先解释空时编码的根本目的：在抑制衰落效应的同时，实现信息传输速率的提升。空时编码通过将信息比特映射到空间和时间维度上的符号序列，并对这些符号进行精心设计的编码，使得接收端能够通过某种解码算法，有效地恢复原始信息，即便在存在衰落的情况下。我们将详细介绍空时码的两个基本性能指标：编码增益（用于抵抗衰落）和速率（用于提升传输效率）。 随后，我们将对空时码进行系统性的分类。最经典的分类是基于其编码结构和实现方式： 定向空时码（Directed Space-Time Codes, DSTC）： 这类编码通常需要精确的信道状态信息（CSI）来指导解码。我们将介绍一些早期的定向空时码，如Alamouti码，它是一种简单的、能够提供显著抗衰落性能的码，适用于两发单收（2x1）系统。我们将详细推导Alamouti码的编码和解码过程，并分析其性能增益。 非定向空时码（Uner-directed Space-Time Codes, USTC）： 这类编码的设计目标是不需要接收端的精确CSI，或者仅需要少量CSI信息。这在实际系统中更为常见，因为获取精确CSI往往是困难且耗时的。我们将重点介绍其中最具代表性的码——正交空时码（Orthogonal Space-Time Codes, OSTC）。我们将深入分析OSTC的设计原理，特别是其对码字之间正交性的要求，以及这种正交性如何简化接收端的解码过程，使其能够实现接近最优的性能。我们将重点介绍V-BLAST（Vertical BLAST）和其相关的空时码结构，以及Golden码、Quasi-Orthogonal STC (QOSTC) 等，并分析它们在不同天线配置下的性能特点。 分布式空时码（Distributed Space-Time Codes, DSTC）： 当发射天线分布在不同的地理位置时，就形成了分布式MIMO系统。在这种情况下，空时码的设计需要考虑信道之间可能存在的统计独立性。我们将介绍一些适用于分布式MIMO的空时码技术，以及它们如何利用协作传输来增强系统性能。 第三章：先进的空时码设计与性能分析 在掌握了空时码的基本原理后，本章将进一步探讨更复杂、性能更优越的空时码设计。我们将介绍一些面向更高阶MIMO系统（例如3x3, 4x4及以上）的设计。 广义空时码（Generalized Space-Time Codes）： 我们将介绍一些将现有空时码结构进行扩展和优化的方法，以适应更高维度的MIMO系统。这包括对码字结构的调整，以及引入更复杂的编码矩阵。 低延迟空时码（Low-Latency Space-Time Codes）： 在实时通信应用中，低延迟至关重要。我们将探讨如何设计能够在满足一定性能要求的同时，减小编码和解码延迟的空时码。 联合编码与调制（Joint Coding and Modulation, JCM）： 空时码与调制方式的联合优化能够带来更高的频谱效率和更好的抗衰落性能。我们将介绍一些将空时编码与QAM、PSK等调制方案相结合的设计。 性能分析方法： 本章还将详细介绍如何对空时码的性能进行理论分析。这包括： 误码率（Bit Error Rate, BER）性能分析： 我们将推导不同空时码在理想信道和瑞利衰落信道下的平均误码率表达式，并分析其渐近性能。 容量分析： 我们将探讨空时码如何影响MIMO系统的信道容量，以及与无编码MIMO系统相比的容量增益。 最大似然（ML）解码和线性解码（如MMSE, ZF）： 我们将分析不同解码算法在空时码系统中的性能表现，以及它们在计算复杂度与性能之间的权衡。 第四章：空时码在不同无线通信标准中的应用 空时码技术并非仅仅停留在理论研究层面，它已经在许多重要的无线通信标准中得到了广泛的应用。本章将重点介绍空时码在以下标准中的实现和影响： 3GPP LTE/LTE-Advanced： 我们将详细介绍LTE系统中采用的MIMO技术，特别是其下行链路的空分复用（Spatial Multiplexing）和发射分集（Transmit Diversity）机制。我们将深入分析LTE标准中使用的具体空时码结构，如BPSK/QPSK/16QAM/64QAM的STBC（Space-Time Block Codes），以及CRS（Cell-specific Reference Signals）和DM-RS（Demodulation Reference Signals）在信道估计和均衡中的作用。 Wi-Fi（IEEE 802.11n/ac/ax）： Wi-Fi作为一种广泛应用的无线局域网技术，也充分利用了MIMO和空时编码来提升速率和覆盖范围。我们将介绍Wi-Fi中采用的MIMO模式，如SU-MIMO（Single-User MIMO）和MU-MIMO（Multi-User MIMO），以及在这些模式下使用的空时码技术，包括STBC和STTC（Space-Time Trellis Codes）的变种。 5G NR (New Radio)： 作为下一代移动通信技术，5G NR在MIMO技术上取得了更大的突破。我们将介绍5G NR中更先进的MIMO技术，如大规模MIMO（Massive MIMO），以及其与空时码的结合。我们将讨论5G NR中引入的更灵活的编码方案，以及如何通过更复杂的空时编码来支持更高的吞吐量和更低的时延。 第五章：空时码实现的挑战与未来发展方向 尽管空时码技术在提高无线通信性能方面取得了巨大成功，但在实际部署和应用中仍然面临诸多挑战。本章将对此进行深入探讨，并展望未来的发展方向。 复杂性与功耗： 复杂的空时编码和解码算法会带来巨大的计算复杂度，从而增加终端设备的功耗和处理成本。我们将探讨如何通过优化算法、硬件加速等方式来降低复杂性。 信道状态信息（CSI）的获取与利用： 许多先进的空时码需要准确的CSI。然而，在高速移动和动态环境下，CSI的获取精度和实时性是一个巨大的挑战。我们将讨论如何设计鲁棒的空时码，或者采用无CSI或部分CSI的码，以减轻对CSI的依赖。 干扰与互调： 在多用户MIMO（MU-MIMO）场景下，不同用户之间的干扰是一个严峻的问题。我们将探讨空时码如何与干扰协调和多用户调度技术相结合，以实现高效的多用户通信。 新兴技术与空时码的融合： 智能反射面（Intelligent Reflecting Surfaces, IRS）： IRS技术有望通过智能地调整反射信号来改善无线信道。我们将探讨IRS与空时码的潜在协同作用，如何利用IRS来优化空时码的设计和性能。 人工智能与机器学习在空时码设计中的应用： AI和ML在优化空时码结构、自适应调制编码、以及解码算法方面展现出巨大的潜力。我们将讨论如何利用机器学习技术来设计更高效、更智能的空时码。 太赫兹（THz）通信中的空时码： 随着频率向太赫兹频段的拓展，无线传播特性发生显著变化，这需要对空时码进行重新设计和优化。 结论 本书系统地梳理了多天线系统中的空时码技术，从基础原理到先进设计，从理论分析到实际应用，并探讨了未来的发展趋势。通过深入学习本书，读者将能够全面理解空时码技术在现代无线通信系统中的重要作用，掌握其核心概念和设计方法，并能对其在未来无线通信技术中的发展潜力有更深刻的认识。本书适合从事无线通信研究、开发和工程的技术人员，以及对该领域感兴趣的在校学生和研究人员阅读。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书的叙事风格非常具有“工程师的浪漫主义色彩”，它没有止步于纯粹的理论完美性，而是非常务实地探讨了实际系统实现中的挑战与妥协。对于那些在一线进行通信系统原型设计和性能优化的工程师而言，这本书无疑是一本宝贵的参考手册。它对算法复杂度和运算量给出的评估，远比那些只关注渐进性能的学术论文要实际得多。例如，书中对迭代译码算法在有限精度硬件上的实现约束进行了深入的剖析，这在许多教材中是罕见的疏忽。这种对“落地”层面的关注，使得书中的理论成果具有极强的可操作性。我个人特别关注了关于功耗与频谱效率之间权衡的部分，作者没有给出简单的最优解，而是通过对比不同码字族在不同信噪比下的效率曲线图，引导读者根据具体应用场景做出取舍，这种开放式的探讨，极大地激发了我们团队在后续项目选型时的创新思维。这本书在技术深度和工程实用性之间，找到了一个非常精妙的平衡点。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和排版的角度来看，这本书也达到了专业学术著作的顶尖水准。清晰的数学符号、一致的术语定义以及合理的图表密度，都极大地提升了阅读的舒适度和专注力。很多技术书籍在图表上过于拥挤，导致需要频繁翻页对照公式和图形，但这部作品在版式设计上明显经过了精心打磨，确保了关键信息的呈现效率。特别是对那些涉及多层嵌套的编码结构图示，其清晰度令人印象深刻，即使是初次接触这些复杂结构的读者也能快速把握其拓扑关系。这种对细节的关注，恰恰反映了作者对待其研究对象的严谨态度。总而言之，这是一部集理论深度、工程实用性、历史视野和精美呈现于一体的重量级作品，绝对是通信工程领域书架上不可或缺的镇宅之宝。

评分☆☆☆☆☆

这本书的参考文献和历史回顾部分做得极为出色，体现了作者深厚的学术积累和对领域发展的深刻洞察。它不仅仅是罗列了近期的顶会论文，而是清晰地梳理了从最早的空时分组码（STBC）到更先进的空时格码（STLC）的发展脉络，中间穿插了关键突破性工作的背景介绍。这种“知古鉴今”的写法，帮助我迅速定位了当前研究的前沿热点及其历史成因，避免了在研究中走“重复造轮子”的老路。例如，关于时空码的代数结构分解，书中对不同数学流派的贡献者进行了精准的归类和评价，这对于我准备撰写综述性论文时，提供了极佳的框架支撑。很多教材往往只是展示“终极解法”，但这本书却细致地描绘了“解法演化”的过程，这种对知识体系的尊重和还原，使得读者在掌握核心技术的同时，也培养了批判性思考和文献检索的能力，远非一般工具书可比拟。

评分☆☆☆☆☆

这部著作的深度与广度，着实令人眼前一亮。从宏观的理论构建到微观的算法细节，作者似乎将自己对多天线系统这个复杂领域的理解毫无保留地倾泻而出。特别是对于那些刚刚踏入信息论与通信工程交叉领域的研究生来说，它提供了一个极佳的理论基石。书中对信道建模的严谨性，以及如何将抽象的数学工具，比如矩阵分解、特征值分析，巧妙地融入到实际的编码方案设计中，这一点处理得非常到位。它不仅仅是罗列公式，而是深入剖析了每一步推导背后的物理意义和性能权衡。比如，在讨论时空处理增益与抗干扰能力之间的微妙平衡时，作者引入的案例分析，使得原本枯燥的数学证明变得生动起来，让人能更直观地感受到不同编码策略在实际无线环境下的差异。我尤其欣赏它在章节衔接上的流畅性，从基础的多址接入到复杂的协作通信，逻辑链条清晰，为读者构建了一个稳固的知识阶梯。这种层层递进的编排方式，极大地降低了啃读高深技术资料的门槛，让学习过程更像是一场探索性的旅程，而不是一场艰苦的跋涉。

评分☆☆☆☆☆

说实话，当我翻开这本大部头时，我内心是有些许忐忑的，毕竟“空时码”这个领域常被认为是通信理论的“珠穆朗玛峰”之一，但阅读体验出乎意料地平顺。这得益于作者在概念引入时的耐心。他似乎深谙如何将复杂的随机过程和高维向量空间的概念，通过类比和图示的方式进行“降维”解释。尤其赞赏的是，书中对信道不确定性（CSI的不完美）的处理方式，这才是现代无线通信中最核心的痛点。作者并未将此视为一个边缘问题，而是将其置于核心地位，详细阐述了盲均衡与导频辅助方案的优劣。这种对“真实世界噪音”的敬畏，使得全书的论述显得格外稳健可信。与其他偏重于理想平坦衰落信道的书籍相比，这本书在考虑了瑞利衰落、相关性等复杂因素后，依然能给出清晰的性能界限和设计指导，这才是其价值所在。它教会我的不仅仅是“如何设计”，更是“为何要这样设计”。