多天线无线通信原理与应用(无线通信专辑)/新一代信息通信技术书系

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罗涛,乐光新 著
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  • 无线通信
  • 多天线技术
  • MIMO
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  • 无线通信原理
  • 通信工程
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店铺: 炫丽之舞图书专营店
出版社: 北京邮电大学出版社有限公司
ISBN:9787563511648
商品编码:29823972682
包装:平装
出版时间:2005-11-01

具体描述

基本信息

书名:多天线无线通信原理与应用(无线通信专辑)/新一代信息通信技术书系

定价:26.00元

作者:罗涛,乐光新

出版社:北京邮电大学出版社有限公司

出版日期:2005-11-01

ISBN:9787563511648

字数:

页码:

版次:1

装帧:平装

开本:

商品重量:0.4kg

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内容提要


本书首先介绍了多天线无线通信技术的基本原理和信息论基础;然后,分别研究了平坦衰落、频率选择性衰落以及时变环境下多天线无线通信系统(包括空时编码)的差错传输性能及系统容量分析;后,较为系统地介绍了多天线技术在宽带无线通信领域中的应用。本书的讲解力求做到深入浅出,希望读者通过本书能对多天线技术的基本原理、研究现状及其应用有一个较为全面的了解。本书可作为通信与信息类专业高年级本科生及相关专业研究生的教学用书或参考书,也可供从事无线通信领域的教师及工程技术人员参考。

目录


章 绪论
1.1 多天线无线通信系统发展简史
1.2 多天线系统特征及当前研究进展
1.3 无线衰落信道的基本特征
1.4 本书的章节结构
本章参考文献
第2章 无线通信中的分集技术
2.1 分集的基本原理
2.2 合并准则
2.3 空间分集技术
2.4 分集对传输性能和信道容量的影响
2.5 影响分集增益的基本因素
2.6 小结
本章参考文献
第3章 MIMO系统的信息论基础及信道模型
3.1 SISO系统模型及其信道容量
3.2 MIMO系统模型
3.3 MIMO系统的信息论基础
3.4 MIMO系统的信道模型
3.5 小结
本章参考文献
第4章 空时编码技术
4.1 线性空时码及其性能
4.2 空时分组编码
4.3 空时网络码
4.4 分层空时编码
4.5 差分空时分组编码
4.6 空时弥散码
4.7 小结
本章参考文献
第5章 MIMO系统的传输性能
5.1 衰落信道中不同调制方式下系统的平均误码率性能
5.2 采用STBC编码的MIMO系统的性能
5.3 采用LSTC编码的BLAST多天线系统的传输性能
5.4 小结
本章参考文献
第6章 宽带信道中的多天线MIMO系统
……
第7章 对变信道下的MIMO系统
第8章 MIMO技术在无线通信系统中的应用
附录A 书中使用符号简单说明
附录B 行列式微分的求解

作者介绍


文摘


序言



多天线无线通信原理与应用 (本书系“新一代信息通信技术”专辑) 内容简介 在信息爆炸的时代,无线通信技术正经历着前所未有的变革,对数据传输速率、频谱效率、连接可靠性等方面的需求日益增长。作为支撑下一代无线通信系统的核心技术之一,多天线技术(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)凭借其在提升通信性能方面的卓越潜力,成为了当前无线通信领域研究的热点和重点。本书《多天线无线通信原理与应用》深入浅出地阐述了多天线技术的理论基础、关键技术、实现方法以及在不同应用场景下的实际部署,旨在为广大读者提供一个全面、系统、深入的知识体系。 本书将从多天线系统的基本模型入手,详细介绍其工作原理。我们会剖析多天线系统如何利用空间维度来增强信号的传输能力,解释其与单一天线系统在本质上的区别。读者将了解到,通过在发送端和/或接收端部署多个天线,系统可以在不增加信号带宽或发射功率的前提下,显著提高数据传输速率,同时降低误码率,从而实现更高的频谱利用效率。 接着,本书将重点探讨多天线技术的核心理论支撑。我们将深入讲解信道容量的概念,并阐述MIMO系统如何通过提升信道容量来突破香农极限。读者将接触到一系列关键的数学工具和概念,例如信道矩阵、奇异值分解(SVD)、最大似然(ML)检测、最小均方误差(MMSE)检测等。我们将详细分析这些理论如何指导MIMO系统的设计和优化,帮助读者理解不同MIMO技术在不同信道条件下的性能表现。 在理论基础之上,本书将系统性地梳理和介绍各种主流的多天线技术。这包括: 空间复用(Spatial Multiplexing, SM):这是MIMO最核心的应用之一,通过在不同天线上传输独立的数据流,直接提高数据传输速率。我们将详细介绍开环和闭环空间复用技术,分析其在不同信道条件下的优缺点,并探讨如何通过先进的信号处理算法来克服信号干扰。 空间分集(Spatial Diversity):为了提高无线通信的可靠性和鲁棒性,空间分集技术应运而生。它通过在不同空间路径上传播信号,使得接收端能够接收到多个独立或相关度较低的信号版本,从而有效对抗衰落。本书将介绍各种分集技术,如选择合并、最大 ratio 合并、等增益合并等,并分析它们在提升系统可靠性方面的作用。 波束成形(Beamforming):波束成形技术通过调整天线阵列的发射或接收信号的相位和幅度,将信号能量聚焦到特定的方向。这不仅可以提高目标信号的接收强度,还能有效抑制来自其他方向的干扰。我们将深入讲解模拟波束成形、数字波束成形以及混合波束成形等技术,并分析它们在提高覆盖范围、降低功耗以及增强安全性方面的优势。 混合MIMO(Hybrid MIMO):随着系统复杂度的增加,全数字MIMO的硬件成本和功耗成为瓶颈。混合MIMO技术应运而生,它将模拟波束成形和数字波束成形相结合,在性能和成本之间取得更好的平衡。本书将详细介绍混合MIMO的架构和设计理念。 大规模MIMO(Massive MIMO):这是当前MIMO技术发展的一个重要方向,即在一个基站上部署大量天线(数十个甚至上百个)。大规模MIMO能够极大地提升系统的容量和能效,是实现5G及未来通信的关键技术。本书将深入探讨大规模MIMO的理论优势,包括信道约化(channel hardening)、零强干扰(zero forcing)以及用户公平性等,并分析其在实际部署中面临的挑战和解决方案。 本书还将详细讨论多天线技术在实际系统设计和实现过程中所面临的关键技术问题。这包括: 信道估计(Channel Estimation):准确的信道状态信息(CSI)是MIMO系统发挥性能的关键。我们将介绍各种信道估计算法,包括训练序列设计、最小二乘(LS)估计、MMSE估计等,并分析它们在不同场景下的性能表现和计算复杂度。 多用户MIMO(Multi-User MIMO, MU-MIMO):在蜂窝网络等实际场景中,一个基站需要服务多个用户。MU-MIMO技术使得一个基站可以同时与多个用户进行通信,显著提高系统的整体容量。本书将详细介绍不同类型的MU-MIMO,如基于预编码的MU-MIMO和基于多用户检测的MU-MIMO,并分析其资源分配和调度策略。 天线选择与配置:如何根据实际的信道条件和应用需求,优化天线数量和配置,对于MIMO系统的性能至关重要。我们将探讨天线选择算法以及如何动态调整天线配置以适应不断变化的无线环境。 信号处理算法的复杂度与实现:MIMO技术在带来性能提升的同时,也带来了显著的信号处理复杂度。本书将讨论如何设计高效的信号处理算法,以满足实时通信的需求,并结合硬件实现方面的考量,例如DSP、FPGA等平台。 除了深入的原理和技术探讨,本书还将聚焦多天线技术在各种实际应用场景中的具体体现。我们将分析多天线技术如何在以下领域发挥关键作用: 5G及未来移动通信:本书将详细阐述多天线技术(特别是大规模MIMO和波束成形)如何成为5G网络实现超高数据速率、超低时延和海量连接的关键支撑。我们将探讨其在增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)以及超可靠低时延通信(URLLC)场景下的应用。 Wi-Fi和局域网通信:现代Wi-Fi标准(如Wi-Fi 5, Wi-Fi 6/6E)广泛采用MIMO技术,以提供更快的无线局域网速度和更好的覆盖范围。本书将分析MIMO在这些标准中的具体实现,以及其为家庭和企业用户带来的便利。 车载通信(V2X):随着自动驾驶和智能交通的发展,车联网通信(V2X)的需求日益增长。多天线技术在提高车载通信的可靠性、抗干扰能力以及支持高精度定位等方面具有重要价值。 卫星通信:在卫星通信领域,多天线技术可以帮助提升信号的接收强度,克服长距离传输带来的损耗,并支持更高的传输速率。 物联网(IoT):尽管物联网设备通常对功耗和成本敏感,但MIMO技术的一些变种,如小型化MIMO阵列和低功耗MIMO信号处理,也正在被探索用于提升物联网设备的通信性能。 为了帮助读者更好地理解和掌握多天线技术,本书将提供大量理论推导、算法分析、性能仿真结果以及案例研究。我们将力求语言通俗易懂,同时又不失学术的严谨性。书中也会穿插一些算法伪代码和仿真示例,以方便读者进行实践和验证。 本书的读者对象广泛,包括但不限于: 高等院校通信工程、电子工程、信息工程等相关专业的本科生、研究生。 从事无线通信系统设计、研发、测试的工程师和技术人员。 对无线通信技术有浓厚兴趣的研究人员和技术爱好者。 希望了解下一代通信技术发展趋势的行业从业者。 通过阅读本书,读者将能够: 深刻理解多天线技术的基本原理和核心优势。 掌握各种主流MIMO技术(空间复用、分集、波束成形、大规模MIMO等)的设计思想和实现方法。 熟悉MIMO系统设计中的关键技术问题,如信道估计、多用户处理等。 了解多天线技术在5G、Wi-Fi、V2X等典型应用场景中的部署和性能。 为进一步深入研究MIMO技术奠定坚实的理论基础。 总之,《多天线无线通信原理与应用》是一本集理论深度、技术广度和实践性于一体的专业著作。我们希望本书能够成为您在多天线无线通信领域学习和研究的宝贵参考,并为推动新一代信息通信技术的蓬勃发展贡献一份力量。

用户评价

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作为一名通信工程师,我一直在关注着多天线技术在实际应用中的发展。尤其是在4G向5G演进的过程中,多天线技术扮演着越来越重要的角色。这本书中关于“信道估计”的部分,对我来说具有非常重要的参考价值。在多天线系统中,准确的信道信息是实现高效预编码、信号检测等关键技术的前提。书中详细介绍了各种信道估计方法,包括基于训练序列的估计、盲信道估计以及半盲信道估计等。它不仅阐述了这些方法的原理,还分析了它们在不同场景下的优缺点,比如训练序列的长度、训练序列的设计以及信道变化的速率等对估计精度的影响。我尤其对书中关于“最小二乘(LS)估计”和“最小均方误差(MMSE)估计”的讲解印象深刻,它们是如何利用观测到的数据来估计信道,以及如何通过优化准则来提高估计的准确性。书中还提到了如何将信道估计应用于反馈式MIMO系统中,这对于我理解和优化现有的通信系统具有重要的指导意义。书中对数学公式的推导非常严谨,并且结合了大量的图示和仿真数据,让我能够清晰地理解信道估计技术的精髓。

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我是一名在学术界从事信号处理研究的研究生,一直以来,我对多天线系统中“信号检测”的复杂性感到十分头疼。在单用户MIMO系统中,当采用空间复用技术时,接收端需要从混叠的信号中恢复出原始的数据流,这涉及到复杂的信号处理算法。书中对“信号检测”的深入剖析,简直就是为我量身定做的。它系统地介绍了各种信号检测算法,从最简单的串行干扰消除(SIC)和并行干扰消除(PIC),到更复杂的零迫(ZF)检测和最小均方误差(MMSE)检测,以及一些更高级的算法,如基于最大后验概率(MAP)的检测。书中对每种算法的原理、复杂度以及在不同信道条件下的性能表现都进行了详尽的分析和比较。我尤其对书中关于“MMSE检测”的讲解印象深刻,它如何在考虑噪声的同时,最大限度地降低信号失真,让我看到了它在提高系统性能方面的巨大潜力。而且,书中还提到了如何将这些检测算法应用于多用户MIMO系统中,这对于我理解和设计更复杂的通信系统具有重要的指导意义。书中对数学公式的推导非常严谨,同时也配以大量的仿真结果,让我能够直观地感受到不同算法的性能差异。

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拿到这本书,第一感觉就是厚重,沉甸甸的。翻开目录,看到诸如“MIMO系统基础”、“空间分集”、“空间复用”、“信道模型”、“预编码与波束成形”、“信号检测”、“信道估计”、“多用户MIMO”、“协作MIMO”、“边缘计算与MIMO结合”等等章节,我的心就一阵激动。这简直就是我梦寐以求的宝典啊!作为一名刚刚踏入无线通信领域的研究生,我对多天线技术充满了好奇和求知欲。课堂上老师讲授的MIMO概念,虽然宏观上有所了解,但具体到背后的数学原理、各种技术实现的细节,以及它们在实际通信系统中的应用场景,总感觉隔着一层纱,模糊不清。尤其是那些复杂的公式和算法,虽然努力去理解,但总觉得缺少一个清晰的脉络,无法融会贯通。我一直希望能有一本系统性的书籍,能够由浅入深地讲解多天线通信的各个方面,不仅要理论扎实,更要结合实际应用,让我能够将所学知识与未来的研究方向联系起来。这本书的章节设置,似乎正是我所期望的,从最基础的原理讲起,循序渐进,逐步深入到更高级和前沿的技术。我尤其期待书中关于“预编码与波束成形”和“多用户MIMO”的部分,因为这是提升系统容量和频谱效率的关键技术,也是我目前研究的重点。同时,看到“边缘计算与MIMO结合”这样的章节,更是让我眼前一亮,这预示着多天线技术在未来5G甚至6G通信中的无限可能。我迫不及待地想翻开这本书,跟随作者的指引,一同探索多天线无线通信的奥秘。

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我是一名在通信运营商工作多年的老兵,见证了无线通信技术的不断发展和演进。从2G到3G,再到4G,我们一直在努力提升通信的质量和速度。如今,5G时代已经到来,而这本书中关于“协作MIMO”(Cooperative MIMO)的讲解,让我看到了未来无线通信的更高可能性。书中详细阐述了协作MIMO是如何通过协同多个基站的天线资源,来实现更大的等效天线阵列,从而克服独立基站覆盖范围和容量的限制。它详细介绍了协作MIMO的几种主要实现方式,包括协作信号处理、协作数据复用以及协作信号合并等。我尤其对书中关于“协作信号处理”的讲解印象深刻,它如何通过协调多个基站的信号发送和接收,来形成更强的信号,或者抑制干扰,让我看到了解决小区边缘覆盖问题和提高用户体验的新途径。书中还提到了协作MIMO在降低功耗、提升网络鲁棒性方面的优势,这对于我们运营商来说,具有非常重要的实际意义。这本书让我深刻地认识到,未来的无线通信将更加注重网络的整体协同和优化,而协作MIMO正是实现这一目标的关键技术之一。

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这本书的内容,我必须承认,给我带来了前所未有的冲击。我一直以为自己对无线通信有了一定的认识,至少在本科阶段的学习和几年的工作经验中,已经积累了不少相关的知识。但是,当我深入阅读了这本书的前几章,尤其是关于“MIMO系统基础”和“空间分集”的论述时,我才发现自己之前的理解是多么的肤浅。书中对于如何利用多天线提高系统的信噪比和覆盖范围,给出了非常详尽的数学推导和直观的解释。例如,关于空间分集的各种技术,如MRC(最大比合并)、EGC(等增益合并)和<bos> (Selection Combining),它们各自的优缺点,以及在不同信道条件下的性能表现,书中都做了详细的分析。我尤其对书中提出的“分集增益”和“复用增益”的概念印象深刻,它们清晰地阐述了多天线技术带来的根本性优势。而且,书中并没有仅仅停留在理论层面,而是结合了实际的通信场景,比如在移动通信中,信号衰落是无处不在的,而空间分集技术是如何有效地对抗这种衰落的,书中通过图示和实例,让我有了更深刻的理解。我之前一直觉得,这些都是教科书上的概念,离实际应用还有距离。但这本书让我看到了,这些理论是如何被巧妙地应用到我们日常使用的手机、Wi-Fi等设备中的。它让我重新审视了多天线技术在现代通信系统中的重要性,也让我对未来的无线通信技术发展充满了期待。

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这本书的内容,简直就是为那些渴望深入理解无线通信领域核心技术的人量身打造的。我之前学习无线通信时,总是对一些抽象的概念感到困惑,比如“信道模型”是如何建立的,它又如何影响多天线系统的性能?书中对“信道模型”的详细阐述,让我豁然开朗。从最简单的AWGN(加性高斯白噪声)信道,到更复杂的瑞利衰落、莱斯衰落信道,以及它们在多天线系统中的应用,书中都进行了细致的讲解。而且,书中并没有仅仅停留在数学模型的层面,而是结合了实际的物理场景,比如多径传播、遮挡等因素是如何影响信道特性的,以及这些因素在不同模型中是如何被考虑进去的。我尤其对书中关于“信道容量”的分析印象深刻,它用严谨的数学语言解释了多天线系统是如何在相同的带宽和功率下,实现比单天线系统更高的吞吐量的。这让我深刻理解了多天线技术在提升频谱效率方面的重要性。书中的图示也非常精炼,能够直观地展现信道特性对系统性能的影响。我之前总是觉得,这些模型只是理论上的推演,与实际应用相去甚远。但这本书让我看到了,这些模型是如何被用来设计和优化实际通信系统的。

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这本书在“预编码与波束成形”这一章节的内容,给我留下了极其深刻的印象。一直以来,我都对如何将多根天线的优势发挥到极致感到好奇,特别是如何能够将信号能量更集中地指向目标用户,从而减少干扰,提高信号质量。书中对于预编码的讲解,让我第一次清晰地理解了其中的原理。它详细介绍了不同类型的预编码技术,比如对角预编码、对角预编码、迫零(ZF)预编码、最大比(MRT)预编码以及最小均方误差(MMSE)预编码等。书中不仅解释了这些预编码技术是如何工作的,还对其性能进行了深入的分析,包括它们在不同信道条件下的优势和劣势。我尤其对书中关于“迫零预编码”的讲解印象深刻,它如何通过计算逆矩阵来实现对干扰的消除,让我眼前一亮。同时,书中还提到了“波束成形”的概念,并将其与预编码技术相结合,展示了如何通过调整天线阵列的相位和幅度来形成特定的波束,从而实现定向传输。这让我看到了,多天线技术不仅仅是简单地增加天线数量,更是一种精妙的空间信号处理技术。书中对这些技术的数学推导非常严谨,但同时又配以清晰的图示,使得理解起来并不困难。这对我理解和实践下一代通信系统的关键技术,有着至关重要的作用。

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我是一名在物联网领域工作的开发者,一直以来,我都对如何提高物联网设备的连接密度和数据传输速率感到头疼。随着物联网设备的爆炸式增长,传统的通信技术已经显得捉襟见肘。而这本书中关于“多用户MIMO”(MU-MIMO)的讲解,为我打开了一个全新的思路。书中详细介绍了MU-MIMO是如何通过允许多个用户共享同一资源块,并利用多天线技术来区分和同时服务不同用户,从而极大地提高系统容量和频谱效率的。它详细阐述了MU-MIMO的几种关键技术,包括基于用户分组的MU-MIMO、基于预编码的MU-MIMO以及基于干扰对齐的MU-MIMO等。我尤其对书中关于“用户分组”的讲解印象深刻,它如何将用户划分到不同的组,以最小化用户间的干扰,让我看到了解决网络拥堵问题的可行方案。同时,书中还提到了MU-MIMO在基站侧和用户侧的实现方式,以及如何通过优化用户调度和资源分配来进一步提升系统性能。这本书的出现,让我看到了多天线技术在解决物联网连接难题方面的巨大潜力。

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我是一名对前沿技术充满好奇的科技爱好者,平时喜欢关注通信领域的发展动向。当我在新闻中看到关于5G和未来6G通信的讨论时,总是对那些听起来高大上的技术概念感到着迷。这本书中关于“边缘计算与MIMO结合”的章节,让我对未来的通信形态有了更深刻的理解。书中详细阐述了如何将多天线技术与边缘计算相结合,从而实现更低时延、更高效率的无线通信服务。它详细介绍了边缘计算在多天线系统中的应用场景,比如在终端侧进行智能的波束选择和预编码,或者在靠近用户的边缘服务器上进行复杂的信号处理和信道估计,从而减轻终端的计算负担,提高数据传输的实时性。我尤其对书中关于“分布式MIMO”和“协同MIMO”在边缘计算场景下的应用印象深刻,它如何将多用户的天线资源进行灵活的组合和调度,以满足不同应用场景对时延和吞吐量的需求。书中还提到了将人工智能和机器学习技术应用于边缘MIMO系统的优化,这让我看到了未来通信系统的智能化发展方向。这本书的出现,让我对未来通信技术的发展充满了期待,也让我看到了科技进步如何不断改变我们的生活。

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我是一名在通信设备公司从事研发的工程师,平时的工作内容就与无线通信技术紧密相关。我们公司一直在致力于研发更高性能的无线通信设备,而多天线技术无疑是提升设备性能的关键。最近,我们团队正在攻克一个关于提高数据传输速率的难题,这其中就涉及到了多天线技术中的“空间复用”原理。之前,我们团队对于空间复用的一些实现方式,比如STBC(空时分组码)和ZF(零迫)算法,有过一些初步的探讨,但总觉得在理论层面不够深入,无法完全理解其精髓。而这本书,恰恰为我们打开了新世界的大门。书中对于“空间复用”的讲解,逻辑清晰,条理分明,从最基本的原理出发,逐步深入到各种编码方案和信号检测算法。尤其是对ZF和MMSE(最小均方误差)信号检测算法的详细阐述,以及它们在不同信道条件下的性能对比,让我豁然开朗。书中还提到了诸如BLAST(Bell Laboratories Layered Space-Time)架构等经典的多天线系统模型,让我对空间复用的发展历程有了更全面的认识。我甚至发现书中提到的某些算法,正是我们目前正在尝试优化的方向。这本书不仅为我提供了坚实的理论基础,更给了我很多实际的启发,让我能够更有效地指导团队进行技术攻关。

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