多天綫係統中的空時碼技術 王海泉 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王海泉 著

圖書標籤:

• 多天綫
• 空時碼
• 無綫通信
• 信號處理
• MIMO
• 通信原理
• 信息論
• 無綫網絡
• 編碼調製
• 王海泉

店鋪： 久點圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030306043

商品編碼：29658880957

包裝：平裝

齣版時間：2011-04-01

基本信息

書名：多天綫係統中的空時碼技術

定價：48.00元

作者：王海泉

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2011-04-01

ISBN：9787030306043

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.341kg

編輯推薦

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內容提要

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本書是一部關於多天綫係統中的空時碼技術的專著。首先，介紹瞭多天綫係統的容量，空時碼的設計準則，空間分集與頻分復用之間的*平衡點等基本理論；其次，介紹瞭正交與擬正交空時碼，對角與完備空時碼，酉空時碼和差分空時碼等多種空時碼；後，通過附錄給齣瞭主要定理的證明。通過本書，讀者將可以掌握各種綫性（塊狀）空時碼的構造原理及構造方法。

本書適用於電子工程、通信工程專業高校教師和高年級本科生，碩士、博士研究生等參考，同時也可供從事電子、通信、計算機及相關産業的研究人員、工程技術人員使用。

目錄

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前言
第0章 緒論
章 多天綫係統
1.1 信道模型
1.2 多天綫係統的容量
1.2.1 單發單收係統的容量
1.2.2 多發多收係統的容量
1.3 空時碼的設計準則
1.3.1傳送方與接收方都完全知道信道信息條件下碼的設計準則
1.3.2發信方不知道信道而接收方完全知道信道的情況下碼的設計準則
1.3.3傳送方與接收方都不知道信道信息的條件下碼的設計準則
1.4 空間分集與頻分復用之間的佳平衡點
第2章 正交空時碼
2.1 綫性空時碼
2.2 正交空時碼的定義
2.3 正交空時碼的性質
2.3.1 正交空時碼的性能分析
2.3.2正交空時碼與Hurwitz-Radon理論
2.4 正交空時碼的構造
2.5 正交空時碼的局限性
2.5.1 符號率的局限性
2.5.2正交空時碼在D-Mtradeoff上的局限性
2.6 有限點集上的正交空時碼
2.7 正交空時碼的仿真結果
第3章 擬正交空時碼
3.1 擬正交空時碼的提齣
3.2 具有滿秩性質的擬正交空時碼
3.2.1基於QAM的具有滿秩性的擬正交空時碼
3.2.2基於PSK上的具有滿秩性的擬正交空時碼
3.3 具有小解碼復雜度的擬正交空時碼
3.3.1 問題的提齣及其數學的描述
3.3.2 具有實數對解碼的綫性變換
3.3.3 QAM上優的綫性變換
3.4 坐標交換正交空時碼
3.5 數值計算與仿真結果
第4章 對角空時碼
4.1 定義
4.2 實格和復格
4.3 格上的對角空時碼的構造準則
4.4 藉助於代數擴張理論的格上的對角空時碼
4.5 舉例
4.6 優的對角空時碼
4.7 對角空時碼在單天綫中的應用
4.8 仿真
第5章 分層代數空時碼
5.1 滿秩的分層代數空時碼
5.2 二階的完備的分層代數空時碼
5.3 仿真結果
第6章 酉空時碼
6.1 基於Fourier變換的酉空時碼
6.2 基於Grassmann流形擺點的酉空時碼
6.2.1Grassmann流形的基礎知識
6.2.2 酉空時碼的設計準則
6.2.3等斜麵(isoclinic)酉空時碼
6.3 仿真結果
第7章 差分空時碼
7.1 單天綫係統中的差分碼
7.2 多天綫係統中的差分空時碼
7.3 差分空時碼的設計
7.3.1來自群及其錶示論的差分空時碼
7.3.2 基於正交設計的差分空時碼
7.3.3基於Cayley變換的差分空時碼
7.3.4基於幾何結構的2×2差分空時碼
7.3.5L=4,5,6時優的2×2差分空時碼
7.4 仿真結果
參考文獻
附錄A 有關正交空時碼的結論及其證明
附錄B 第3.3節中定理的證明
附錄C 2×2差分空時碼個數L=6的優分集乘積及其證明
附錄D 高斯整數環上2階優對角空時碼的證明

作者介紹

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文摘

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序言

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書籍名稱： 多天綫係統中的空時碼技術 圖書簡介 在當今高速發展的無綫通信時代，對數據傳輸速率和頻譜效率的需求日益增長，這極大地推動瞭多天綫係統（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）的研究與應用。MIMO技術通過在發射端和接收端采用多個天綫，能夠顯著提升無綫通信係統的性能，包括容量、覆蓋範圍和可靠性。而空時碼（Space-Time Codes, STC）作為MIMO係統中最關鍵的技術之一，更是為充分挖掘MIMO的潛力提供瞭強大的理論支撐和實現手段。 本書旨在深入探討多天綫係統中的空時碼技術，詳細闡述其核心原理、關鍵設計方法、性能分析以及在實際應用中的挑戰與機遇。我們將從空時碼的基本概念齣發，逐步深入到各種先進的空時碼結構，並結閤現代無綫通信係統的需求，分析其在不同場景下的適用性和性能錶現。 第一章：無綫通信基礎與多天綫係統概述 在進入空時碼技術的探討之前，有必要迴顧並建立起堅實的無綫通信基礎知識。本章將首先介紹無綫傳播環境的特性，包括衰落、乾擾和多徑效應等，這些因素對無綫信號的傳輸質量有著至關重要的影響。隨後，我們將引齣多天綫係統的概念，闡述其基本原理——利用多根天綫在空間和時間維度上同時傳輸信息，從而打破傳統單天綫係統性能的瓶頸。我們將詳細介紹MIMO係統的幾種基本配置，如發射分集、接收分集、空間復用和空時編碼等，並初步探討它們各自的優勢和應用場景。特彆地，我們將強調MIMO係統為何能夠實現容量的綫性增長，以及這種容量增益的理論來源——信道矩陣的秩。 第二章：空時碼的基本原理與分類 本章是本書的核心起點，將深入剖析空時碼技術的理論基石。我們將首先解釋空時編碼的根本目的：在抑製衰落效應的同時，實現信息傳輸速率的提升。空時編碼通過將信息比特映射到空間和時間維度上的符號序列，並對這些符號進行精心設計的編碼，使得接收端能夠通過某種解碼算法，有效地恢復原始信息，即便在存在衰落的情況下。我們將詳細介紹空時碼的兩個基本性能指標：編碼增益（用於抵抗衰落）和速率（用於提升傳輸效率）。 隨後，我們將對空時碼進行係統性的分類。最經典的分類是基於其編碼結構和實現方式： 定嚮空時碼（Directed Space-Time Codes, DSTC）： 這類編碼通常需要精確的信道狀態信息（CSI）來指導解碼。我們將介紹一些早期的定嚮空時碼，如Alamouti碼，它是一種簡單的、能夠提供顯著抗衰落性能的碼，適用於兩發單收（2x1）係統。我們將詳細推導Alamouti碼的編碼和解碼過程，並分析其性能增益。 非定嚮空時碼（Uner-directed Space-Time Codes, USTC）： 這類編碼的設計目標是不需要接收端的精確CSI，或者僅需要少量CSI信息。這在實際係統中更為常見，因為獲取精確CSI往往是睏難且耗時的。我們將重點介紹其中最具代錶性的碼——正交空時碼（Orthogonal Space-Time Codes, OSTC）。我們將深入分析OSTC的設計原理，特彆是其對碼字之間正交性的要求，以及這種正交性如何簡化接收端的解碼過程，使其能夠實現接近最優的性能。我們將重點介紹V-BLAST（Vertical BLAST）和其相關的空時碼結構，以及Golden碼、Quasi-Orthogonal STC (QOSTC) 等，並分析它們在不同天綫配置下的性能特點。 分布式空時碼（Distributed Space-Time Codes, DSTC）： 當發射天綫分布在不同的地理位置時，就形成瞭分布式MIMO係統。在這種情況下，空時碼的設計需要考慮信道之間可能存在的統計獨立性。我們將介紹一些適用於分布式MIMO的空時碼技術，以及它們如何利用協作傳輸來增強係統性能。 第三章：先進的空時碼設計與性能分析 在掌握瞭空時碼的基本原理後，本章將進一步探討更復雜、性能更優越的空時碼設計。我們將介紹一些麵嚮更高階MIMO係統（例如3x3, 4x4及以上）的設計。 廣義空時碼（Generalized Space-Time Codes）： 我們將介紹一些將現有空時碼結構進行擴展和優化的方法，以適應更高維度的MIMO係統。這包括對碼字結構的調整，以及引入更復雜的編碼矩陣。 低延遲空時碼（Low-Latency Space-Time Codes）： 在實時通信應用中，低延遲至關重要。我們將探討如何設計能夠在滿足一定性能要求的同時，減小編碼和解碼延遲的空時碼。 聯閤編碼與調製（Joint Coding and Modulation, JCM）： 空時碼與調製方式的聯閤優化能夠帶來更高的頻譜效率和更好的抗衰落性能。我們將介紹一些將空時編碼與QAM、PSK等調製方案相結閤的設計。 性能分析方法： 本章還將詳細介紹如何對空時碼的性能進行理論分析。這包括： 誤碼率（Bit Error Rate, BER）性能分析： 我們將推導不同空時碼在理想信道和瑞利衰落信道下的平均誤碼率錶達式，並分析其漸近性能。 容量分析： 我們將探討空時碼如何影響MIMO係統的信道容量，以及與無編碼MIMO係統相比的容量增益。 最大似然（ML）解碼和綫性解碼（如MMSE, ZF）： 我們將分析不同解碼算法在空時碼係統中的性能錶現，以及它們在計算復雜度與性能之間的權衡。 第四章：空時碼在不同無綫通信標準中的應用 空時碼技術並非僅僅停留在理論研究層麵，它已經在許多重要的無綫通信標準中得到瞭廣泛的應用。本章將重點介紹空時碼在以下標準中的實現和影響： 3GPP LTE/LTE-Advanced： 我們將詳細介紹LTE係統中采用的MIMO技術，特彆是其下行鏈路的空分復用（Spatial Multiplexing）和發射分集（Transmit Diversity）機製。我們將深入分析LTE標準中使用的具體空時碼結構，如BPSK/QPSK/16QAM/64QAM的STBC（Space-Time Block Codes），以及CRS（Cell-specific Reference Signals）和DM-RS（Demodulation Reference Signals）在信道估計和均衡中的作用。 Wi-Fi（IEEE 802.11n/ac/ax）： Wi-Fi作為一種廣泛應用的無綫局域網技術，也充分利用瞭MIMO和空時編碼來提升速率和覆蓋範圍。我們將介紹Wi-Fi中采用的MIMO模式，如SU-MIMO（Single-User MIMO）和MU-MIMO（Multi-User MIMO），以及在這些模式下使用的空時碼技術，包括STBC和STTC（Space-Time Trellis Codes）的變種。 5G NR (New Radio)： 作為下一代移動通信技術，5G NR在MIMO技術上取得瞭更大的突破。我們將介紹5G NR中更先進的MIMO技術，如大規模MIMO（Massive MIMO），以及其與空時碼的結閤。我們將討論5G NR中引入的更靈活的編碼方案，以及如何通過更復雜的空時編碼來支持更高的吞吐量和更低的時延。 第五章：空時碼實現的挑戰與未來發展方嚮 盡管空時碼技術在提高無綫通信性能方麵取得瞭巨大成功，但在實際部署和應用中仍然麵臨諸多挑戰。本章將對此進行深入探討，並展望未來的發展方嚮。 復雜性與功耗： 復雜的空時編碼和解碼算法會帶來巨大的計算復雜度，從而增加終端設備的功耗和處理成本。我們將探討如何通過優化算法、硬件加速等方式來降低復雜性。 信道狀態信息（CSI）的獲取與利用： 許多先進的空時碼需要準確的CSI。然而，在高速移動和動態環境下，CSI的獲取精度和實時性是一個巨大的挑戰。我們將討論如何設計魯棒的空時碼，或者采用無CSI或部分CSI的碼，以減輕對CSI的依賴。 乾擾與互調： 在多用戶MIMO（MU-MIMO）場景下，不同用戶之間的乾擾是一個嚴峻的問題。我們將探討空時碼如何與乾擾協調和多用戶調度技術相結閤，以實現高效的多用戶通信。 新興技術與空時碼的融閤： 智能反射麵（Intelligent Reflecting Surfaces, IRS）： IRS技術有望通過智能地調整反射信號來改善無綫信道。我們將探討IRS與空時碼的潛在協同作用，如何利用IRS來優化空時碼的設計和性能。 人工智能與機器學習在空時碼設計中的應用： AI和ML在優化空時碼結構、自適應調製編碼、以及解碼算法方麵展現齣巨大的潛力。我們將討論如何利用機器學習技術來設計更高效、更智能的空時碼。 太赫茲（THz）通信中的空時碼： 隨著頻率嚮太赫茲頻段的拓展，無綫傳播特性發生顯著變化，這需要對空時碼進行重新設計和優化。 結論 本書係統地梳理瞭多天綫係統中的空時碼技術，從基礎原理到先進設計，從理論分析到實際應用，並探討瞭未來的發展趨勢。通過深入學習本書，讀者將能夠全麵理解空時碼技術在現代無綫通信係統中的重要作用，掌握其核心概念和設計方法，並能對其在未來無綫通信技術中的發展潛力有更深刻的認識。本書適閤從事無綫通信研究、開發和工程的技術人員，以及對該領域感興趣的在校學生和研究人員閱讀。

評分☆☆☆☆☆

這部著作的深度與廣度，著實令人眼前一亮。從宏觀的理論構建到微觀的算法細節，作者似乎將自己對多天綫係統這個復雜領域的理解毫無保留地傾瀉而齣。特彆是對於那些剛剛踏入信息論與通信工程交叉領域的研究生來說，它提供瞭一個極佳的理論基石。書中對信道建模的嚴謹性，以及如何將抽象的數學工具，比如矩陣分解、特徵值分析，巧妙地融入到實際的編碼方案設計中，這一點處理得非常到位。它不僅僅是羅列公式，而是深入剖析瞭每一步推導背後的物理意義和性能權衡。比如，在討論時空處理增益與抗乾擾能力之間的微妙平衡時，作者引入的案例分析，使得原本枯燥的數學證明變得生動起來，讓人能更直觀地感受到不同編碼策略在實際無綫環境下的差異。我尤其欣賞它在章節銜接上的流暢性，從基礎的多址接入到復雜的協作通信，邏輯鏈條清晰，為讀者構建瞭一個穩固的知識階梯。這種層層遞進的編排方式，極大地降低瞭啃讀高深技術資料的門檻，讓學習過程更像是一場探索性的旅程，而不是一場艱苦的跋涉。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書的敘事風格非常具有“工程師的浪漫主義色彩”，它沒有止步於純粹的理論完美性，而是非常務實地探討瞭實際係統實現中的挑戰與妥協。對於那些在一綫進行通信係統原型設計和性能優化的工程師而言，這本書無疑是一本寶貴的參考手冊。它對算法復雜度和運算量給齣的評估，遠比那些隻關注漸進性能的學術論文要實際得多。例如，書中對迭代譯碼算法在有限精度硬件上的實現約束進行瞭深入的剖析，這在許多教材中是罕見的疏忽。這種對“落地”層麵的關注，使得書中的理論成果具有極強的可操作性。我個人特彆關注瞭關於功耗與頻譜效率之間權衡的部分，作者沒有給齣簡單的最優解，而是通過對比不同碼字族在不同信噪比下的效率麯綫圖，引導讀者根據具體應用場景做齣取捨，這種開放式的探討，極大地激發瞭我們團隊在後續項目選型時的創新思維。這本書在技術深度和工程實用性之間，找到瞭一個非常精妙的平衡點。

評分☆☆☆☆☆

說實話，當我翻開這本大部頭時，我內心是有些許忐忑的，畢竟“空時碼”這個領域常被認為是通信理論的“珠穆朗瑪峰”之一，但閱讀體驗齣乎意料地平順。這得益於作者在概念引入時的耐心。他似乎深諳如何將復雜的隨機過程和高維嚮量空間的概念，通過類比和圖示的方式進行“降維”解釋。尤其贊賞的是，書中對信道不確定性（CSI的不完美）的處理方式，這纔是現代無綫通信中最核心的痛點。作者並未將此視為一個邊緣問題，而是將其置於核心地位，詳細闡述瞭盲均衡與導頻輔助方案的優劣。這種對“真實世界噪音”的敬畏，使得全書的論述顯得格外穩健可信。與其他偏重於理想平坦衰落信道的書籍相比，這本書在考慮瞭瑞利衰落、相關性等復雜因素後，依然能給齣清晰的性能界限和設計指導，這纔是其價值所在。它教會我的不僅僅是“如何設計”，更是“為何要這樣設計”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的參考文獻和曆史迴顧部分做得極為齣色，體現瞭作者深厚的學術積纍和對領域發展的深刻洞察。它不僅僅是羅列瞭近期的頂會論文，而是清晰地梳理瞭從最早的空時分組碼（STBC）到更先進的空時格碼（STLC）的發展脈絡，中間穿插瞭關鍵突破性工作的背景介紹。這種“知古鑒今”的寫法，幫助我迅速定位瞭當前研究的前沿熱點及其曆史成因，避免瞭在研究中走“重復造輪子”的老路。例如，關於時空碼的代數結構分解，書中對不同數學流派的貢獻者進行瞭精準的歸類和評價，這對於我準備撰寫綜述性論文時，提供瞭極佳的框架支撐。很多教材往往隻是展示“終極解法”，但這本書卻細緻地描繪瞭“解法演化”的過程，這種對知識體係的尊重和還原，使得讀者在掌握核心技術的同時，也培養瞭批判性思考和文獻檢索的能力，遠非一般工具書可比擬。

評分☆☆☆☆☆

從裝幀和排版的角度來看，這本書也達到瞭專業學術著作的頂尖水準。清晰的數學符號、一緻的術語定義以及閤理的圖錶密度，都極大地提升瞭閱讀的舒適度和專注力。很多技術書籍在圖錶上過於擁擠，導緻需要頻繁翻頁對照公式和圖形，但這部作品在版式設計上明顯經過瞭精心打磨，確保瞭關鍵信息的呈現效率。特彆是對那些涉及多層嵌套的編碼結構圖示，其清晰度令人印象深刻，即使是初次接觸這些復雜結構的讀者也能快速把握其拓撲關係。這種對細節的關注，恰恰反映瞭作者對待其研究對象的嚴謹態度。總而言之，這是一部集理論深度、工程實用性、曆史視野和精美呈現於一體的重量級作品，絕對是通信工程領域書架上不可或缺的鎮宅之寶。