大規模MIMO 無線通信

目錄
序
前言
符號說明
第1章 緒論 1
1.1 大規模MIMO通道模型與通道信息獲取 1
1.2 大規模MIMO上下行數據傳輸 3
1.3 大規模MIMO同步與控制信息傳輸 7
1.4 後續各章 內容提要 9
第2章 大規模MIMO通道模型 13
2.1 大規模MIMO窄帶通道模型 13
2.2 大規模MIMO-OFDM通道模型 16
2.3 毫米波/太赫茲大規模MIMO波束域通道模型 20
2.3.1 下行波束域通道模型 20
2.3.2 下行波束域通道漸近特徵 21
2.3.3 下行波束域通道近似 23
2.3.4 上行波束域通道模型 24
2.4 附錄 26
2.4.1 引理2.1的證明 26
2.4.2 式（2.16）的推導 27
2.4.3 命題2.1的證明 28
2.4.4 命題2.2的證明 30
2.4.5 命題2.3的證明 31
第3章 大規模MIMO通道狀態信息獲取 33
3.1 角度域導頻復用通道狀態信息獲取 33
3.1.1 導頻復用機理 33
3.1.2 導頻復用情況下的多用戶傳輸 36
3.1.3 導頻資源調度設計 39
3.1.4 數值模擬 43
3.1.5 小結 46
3.2 角度時延域導頻復用通道狀態信息獲取 49
3.2.1 基於相移可調導頻的通道獲取：單符號情形 49
3.2.2 基於相移可調導頻的通道獲取：多符號情形 57
3.2.3 數值模擬 60
3.2.4 小結 64
3.3 附錄 65
3.3.1 定理3.1的證明 65
3.3.2 定理3.2的證明 66
3.3.3 定理3.3的證明 66
3.3.4 引理3.1的證明 69
3.3.5 定理3.4的證明 69
3.3.6 命題3.1的證明 70
第4章 大規模MIMO上行傳輸 72
4.1 自由概率 72
4.1.1 概述 72
4.1.2 自由概率與算子值自由概率 73
4.1.3 隨機矩陣多項式的自由確定性等同 77
4.1.4 基於自由確定性等同的容量分析 80
4.2 大規模MIMO上行通道容量分析 84
4.2.1 概述 84
4.2.2 問題陳述 85
4.2.3 基於自由確定性等同的容量分析 88
4.2.4 和速率容量可達的最優發送協方差矩陣 93
4.2.5 數值模擬 95
4.2.6 小結 98
4.3 大規模MIMO上行低復雜度多項式展開信號檢測 99
4.3.1 概述 99
4.3.2 系統模型和問題陳述 100
4.3.3 基於經驗矩確定性等同的低復雜度PE檢測器 103
4.3.4 低復雜度PE檢測器算法 108
4.3.5 數值模擬 109
4.3.6 小結 113
4.4 附錄 113
4.4.1 定理4.1的證明 113
4.4.2 定理4.2的證明 118
4.4.3 引理4.1的證明 123
4.4.4 定理4.4的證明 124
4.4.5 引理4.2的證明 127
4.4.6 引理4.3的證明 127
4.4.7 定理4.5的證明 128
4.4.8 定理4.6的證明 130
4.4.9 定理4.7的證明 132
4.4.10 引理4.4的證明 135
4.4.11 定理4.8的證明 136
4.4.12 定理4.9的證明 138
第5章 大規模MIMO下行傳輸 139
5.1 大規模MIMO波束分多址傳輸 139
5.1.1 概述 139
5.1.2 通道模型及其空間特性 139
5.1.3 基於和速率上界的下行最優傳輸 142
5.1.4 波束分多址傳輸 147
5.1.5 數值模擬 153
5.1.6 小結 156
5.2 多小區大規模MIMOBDMA傳輸功率分配 156
5.2.1 概述 156
5.2.2 系統模型 157
5.2.3 最大化和速率的功率分配設計 159
5.2.4 功率分配算法 162
5.2.5 數值模擬 167
5.2.6 小結 172
5.3 逐波束同步毫米波/太赫茲大規模MIMO傳輸 172
5.3.1 逐波束時頻同步 172
5.3.2 逐波束同步的波束分多址傳輸 179
5.3.3 數值模擬 184
5.3.4 小結 189
5.4 大規模MIMO下行魯棒預編碼傳輸方法 189
5.4.1 概述 189
5.4.2 系統模型和問題陳述 190
5.4.3 基於確定性等同的魯棒線性預編碼設計 194
5.4.4 低復雜度魯棒線性預編碼設計 201
5.4.5 數值模擬 206
5.4.6 小結 210
5.5 附錄 210
5.5.1 引理5.1的證明 210
5.5.2 引理5.2的證明 210
5.5.3 引理5.3的證明 212
5.5.4 引理5.4的證明 214
5.5.5 定理5.4的證明 215
5.5.6 定理5.5的證明 218
5.5.7 定理5.6的證明 219
5.5.8 定理5.7的證明 220
5.5.9 定理5.8的證明 222
5.5.10 定理5.9的證明 223
5.5.11 定理5.10的證明 227
5.5.12 定理5.11的證明 229
5.5.13 定理5.12的證明 230
第6章 大規模MIMO全向預編碼傳輸 233
6.1 大規模MIMO系統中基於全向預編碼的傳輸方法 233
6.1.1 概述 233
6.1.2 系統模型 234
6.1.3 全向預編碼矩陣需要滿足的條件 238
6.1.4 全向預編碼矩陣設計與性能分析 240
6.1.5 數值模擬 246
6.1.6 小結 250
6.2 大規模MIMO系統中的全向空時編碼方法 250
6.2.1 概述 250
6.2.2 系統模型 251
6.2.3 STBC應滿足的基本條件 253
6.2.4 STBC的設計方法與分集性能分析 255
6.2.5 STBC設計實例 258
6.2.6 數值模擬 263
6.2.7 小結 265
6.3 毫米波大規模MIMO系統中基於全向預編碼與全向合並的同步方法 266
6.3.1 概述 266
6.3.2 系統模型 267
6.3.3 預編碼矩陣與合並矩陣應滿足的基本條件 269
6.3.4 預編碼矩陣與合並矩陣對同步性能的影響 271
6.3.5 預編碼矩陣與合並矩陣的設計 278
6.3.6 數值模擬 282
6.3.7 小結 285
6.4 附錄 285
6.4.1 引理6.1的證明 285
6.4.2 定理6.1的證明 288
6.4.3 定理6.3的證明 288
6.4.4 引理6.3的證明 289
6.4.5 GLRT檢測器的推導 291
6.4.6 MD概率與FA概率的推導 293
6.4.7 引理6.5的證明 295
6.4.8 引理6.6的證明 298
6.4.9 引理6.7的證明 299
第7章 波束域大規模MIMO光無線通信 300
7.1 利用發送透鏡的波束域大規模MIMO光無線通信 300
7.1.1 概述 300
7.1.2 基於發送透鏡的光通信系統與通道建模 301
7.1.3 基於線性預編碼的傳輸方法 309
7.1.4 總功率約束條件下波束分多址傳輸 313
7.1.5 單個LED功率約束條件下波束分多址傳輸 317
7.1.6 數值模擬 319
7.1.7 小結 324
7.2 利用收發透鏡的網絡大規模MIMO光無線通信 324
7.2.1 概述 324
7.2.2 網絡MIMO光傳輸通道模型 325
7.2.3 總功率約束下網絡BDMA傳輸 332
7.2.4 單個LED功率約束下網絡BDMA傳輸 338
7.2.5 數值模擬 340
7.2.6 小結 344
7.3 附錄 344
7.3.1 定理7.1的證明 344
7.3.2 定理7.3的證明 345
7.3.3 定理7.4的證明 347
7.3.4 定理7.5的證明 348
7.3.5 定理7.9的證明 350
7.3.6 定理7.10的證明 351
7.3.7 定理7.13的證明 352
參考文獻 353
索引 373