这是一本介绍真实环境下对无线信道进行健壮空-时编码设计的独一无二的专著。本书通过统一的架构，着重传播机理，如空-时相关和相干分量在实际的功率约束下是如何影响MIMO系统性能的分析。这本书结合坚实的数学分析和一种物理和直观的方法，考虑到MIMO信道往往并不理想，一步步地给出了空-时编码的创新性设计。

这是一本介绍实际环境下对无线信道进行健壮空-时编码设计的独一无二的专著。本书通过统一的架构，着重传播机理，如空时相关和相干分量在实际功率约束下是如何影响MIMO系统性能的分析。这本书结合坚实的数学分析、物理和直观的方法，考虑到MIMO信道往往并不理想，一步步地给出了空-时编码的创新性设计。
本书的内容针对实际环境中的空-时编码性能表现提供了一种本质上的、完整的和清晰的深入分析，为研究人员、研发工程师和研究生构建了一个有关MIMO传播和空-时编码最新发展的理想平台。
MIMO传播信道的物理模型和解析表达，着重各种模型的优缺点；
对空-时编码技术的总体看法，覆盖了传统的和最新的基于信息论和差错概率观点的编码方案；
针对实际环境传播特性，深入描述如何影响容量和MIMO传输方案的差错性能；
针对实际传播环境（包括单载波和MIMO-OFDM传输）的新的和实用化的健壮空-时编码设计、预编码和天线选择技术。
本书特点：
这本书提供了如何将空-时编码理论应用在真实环境下的MIMO信道中的重要研究成果。它针对MIMO传播模型的讨论也很直观并进行了很好的扩展。
—— Arogyawami　J.　Paulraj 教授
美国 斯坦福大学
本书从新观点出发，针对MIMO无线通信在传播、信道建模、信号处理和空-时编码之间建立起了桥梁。这是一本对MIMO系统基本事实的严格推导与直观和概念性的解释相结合的具有非常高参考价值的参考书。
—— Ernst　Bonek 教授
奥地利 维也纳技术大学

当开始考虑写这本书时，我们已经在电磁传播和信号处理之间的交叉点上共同工作了5年多。因此，毋庸置疑，这本书主要涉及MIMO无线通信系统传播模型及其设计工具，它并不是这两个不同领域的一个简单组合。我们希望本书会表达我们对MIMO系统的综合理解，这些理解来自对各种多天线相关问题无休止的争论和讨论，还有与许多同行们的交流。很明显，这一技术领域非常宽广，完全覆盖所有的方面也超出了我们的目标。此外，我们的目的是为从事这一领域工作的研究人员、技术研发工程师和研究生提供无线传播模型和空时编码技术的综合知识。
　　关于MIMO技术，已经出版有许多相关参考书。但是，这本书是为在实际无线信道和功率约束条件下使这一技术得以实现而写的。我们知道，天线的尺寸大小和系统发射功率的约束都会对无线通信系统的设计带来限制。例如，依赖于理想的传播模型而非利用更接近实际的无线信道进行空时编码设计也许会损失很多优点。因此，一个真正的挑战在于，提出考虑MIMO传播特点的编码设计方法。通常，传播模型都被考虑成各种情况的简单组合，如典型的有路径损耗定律和抽头延迟线。似乎有时会认为无线发射方案不需要考虑无线信道的物理特征，而只需考虑它对接收信号的影响。换句话说，传播模型在后验测试和修改特定的设计中才有用。因此可以肯定地说，这也是传播模型的一个重要方面，它也体现在IEEE的标准中。特别地，当涉及多天线通信系统时，它也不仅仅就在于这种用途。无线传播模型不仅为那些与MIMO系统相关的关键问题提供答案，它也对设计有效的发射方案十分重要。所以，我们所写的这本书就是要建立对MIMO系统传播特性的深入了解，自然包括（但是不局限于）传统的仿真模型。本书可以帮助设计者基于同良好的传播直观特性相联系的坚实理论拓展来开发健壮空时编码方案。
　　这本书将绝大部分最近出现的空时编码技术与完整的MIMO系统传播模型的介绍结合在一起。在信息论和差错概率的基础上，重点讨论真实的传播特性会如何影响MIMO系统发射方案的误差性能。我们介绍了新的和实用化的健壮空时编码设计，还详细讨论了预编码、天线选择技术和多载波发射。本书试图建立起一个基于内容的逻辑流，既指出重要的理论结果也提供各样的例子。尽管我们努力给出了大多数结果的详细和清晰的理论证明，但如果有时读者需要更完整的结果推导还请查阅相关文献。
　　这本书到此完成了，我们要热诚地感谢以下几位帮助过我们的人。首先，我们要深深地感谢斯坦福大学的Arogyaswami JPaulraj教授，是他把我们引入到MIMO通信这一富有挑战性的研究领域。我们还要感谢奥地利维也纳大学的Ernst Bonek教授，是他推动我们完成这本书的写作，并给予我们长时间的支持，同时仔细审阅了全部书稿。我们也要感谢在后几年中比利时鲁汶大学的同事们对我们的帮助，特别是Danielle Vanhoenacker Janvier教授和Luc Vandendorpe教授。我们要感谢比利时鲁汶大学微波实验室和数字通信小组过去和现在的所有成员们对我们友善的鼓励。感谢曾经帮助过我们的Elsevier出版社的Tim Pitts、Kate Dennis、Helen Eaton和Jackie Holding，是他们亲切和有效的帮助才使这本书的出版得以实现。
　　最后，但不是不重要，我们发自内心地感谢众多的细心阅读本书和给出有价值建议的不知名和知名的审阅人。他们是Bertrand Devillers、Mischa Dohler博士、Maxime Guillaud博士、Are Hjrungers教授、Marios Kountouris和Harold Sneessens。
——Claude Oestges，Bruno Clerckx

电子与电气工程

这是一本介绍实际环境下对无线信道进行健壮空-时编码设计的独一无二的专著。本书通过统一的架构，着重传播机理，如空—时相关和相干分量在实际功率约束下是如何影响MIMO系统性能的分析。这本书结合坚实的数学分析、物理和直观的方法，考虑到MIMO信道往往并不理想，一步步地给出了空-时编码的创新性设计。
本书的内容针对实际环境中的空-时编码性能表现提供了一种本质上的、完整的和清晰的深入分析，为研究人员、研发工程师和研究生构建了一个有关MIMO传播和空-时编码最新发展的理想平台。
本书特点：
MIMO传播信道的物理模型和解析表达，着重各种模型的优缺点；
对空-时编码技术的概括看法，覆盖了传统的和最新的基于信息论和差错概率观点的编码方案；
针对实际环境传播特性，深入描述如何影响容量和MIMO传输方案的差错性能；
针对实际传播环境（包括单载波和MIMO-OFDM传输）的新的和实用化的健壮空-时编码设计、预编码和天线选择技术。

“这本书提供了如何将空-时编码理论应用在真实环境下的MIMO信道中的重要研究成果。它针对MIMO传播模型的讨论也是直观并进行了很好的扩展。”
—— Arogyawami　J.　Paulraj 教授
美国 斯坦福大学
“本书从新的观点出发，针对MIMO无线通信在传播、信道建模、信号处理和空-时编码之间建立起了桥梁。这是一本对MIMO系统基本事实的严格推导与直观和概念性的解释相结合的具有非常高参考价值的参考书。”
—— Ernst　Bonek 教授奥地利
维也纳技术大学

赵晓晖 译：暂无简介

无线通信技术的发展始终围绕着在恶劣信道环境和有限带宽内提高传输速率和质量这一目的进行。自从20世纪90年代中期出现MIMO无线通信技术以来，如何利用空时编码来实现发射分集和空间多路复用一直是无线通信领域中的研究热点。理论和实践已经证明，在无线通信系统中采用多天线或天线阵列来传输信息的MIMO技术，在不增加系统带宽的情况下，可大大提高通信系统的容量和频谱利用率。　　它是新一代无线移动通信系统中的关键技术之一，已经被成功地用于WiMAX和4G等无线移动通信系统中。目前，各国学者都在对MIMO通信理论、相关技术和性能及其各种算法和实现等各方面开展广泛的研究。由于MIMO信道是一种时变的非平稳系统，在信道编码方面尚有很多问题需要研究和解决。
　　空时编码是提高MIMO无线通信系统性能的主要技术之一，为了它的实际应用，人们正在不断提出新的算法或者改进现有的空时编码算法，以改善MIMO通信系统的性能，减小空时编码算法的复杂性，适应新一代无线移动通信系统的要求和信道的实际情况。本书将大部分最近出现的空时编码技术与MIMO系统传播模型结合在一起。在信息论和差错概率的基础上，重点讨论实际传播特性会如何影响MIMO系统发射方案的误差性能。本书介绍了新的和实用化的健壮空时编码设计方法，讨论了预编码、天线选择技术和多载波发射等，包括：MIMO信道的物理模型、MIMO信道的解析表示、互信息和实际随机MIMO信道的容量、独立同分布瑞利平坦衰落信道上的空时编码、实际MIMO信道的差错概率、未知发射信道知识的实际MIMO系统信道上的空时编码、具有部分发射信道信息的空时编码和频率选择性信道的空时编码。
　　本书理论分析严谨、逻辑性强、概念清晰，深入浅出地介绍了MIMO通信系统中的空时编码问题。该书主要面向那些对MIMO无线通信系统感兴趣的通信与电子信息类相关专业的高年级本科生、研究生和从事无线通信领域研究工作的研究人员和工程技术人员。
　　本书由赵晓晖教授翻译，并负责全书的统稿和审校。在本书的翻译过程中，得到了来自以下同学的帮助：张春发、李文馨、陈贺、景蕾、年朋、金茜和邓瑞静。在此表示衷心的感谢。机械工业出版社华章分社的各级领导和编辑为本书的出版付出了辛勤的劳动，借此机会，对他们表示衷心和诚挚的谢意。由于全书内容跨度很大，加之译者水平有限，偏差和不妥之处在所难免，诚恳希望读者批评指正。
译者
2010年4月

对本书的赞誉
译者序
前言
第1章多天线通信导论
11阵列处理的简要回顾
12多天线系统的空时无线信道
13无线通信系统中多天线的使用
131分集技术
132复用容量
14单输入多输出系统
141经选择合并的接收分集
142经增益合并的接收分集
143经混合选择合并或增益合并的接收分集
15多输入单输出系统
151切换的多波束天线
152经匹配波束形成的发射分集
153零导向和最优波束形成
154经空时编码的发射分集
155间接发射分集
16多输入多输出系统
161具有完整发射信道知识的MIMO系统
162没有发射信道知识的MIMO系统
163具有部分发射信道知识的MIMO系统
17商业无线通信系统中的多天线技术
第2章MIMO信道的物理模型
21多维信道模型
211双向信道的脉冲响应
212多维相关函数和平稳性
213信道衰落、K因子和多普勒谱
214功率延迟和方向谱
215从双向传播到MIMO信道
216信道矩阵的统计特性
217离散信道建模：取样定理回顾
218物理模型和解析模型
22电磁模型
221基于辐射的确定性方法
222多极化信道
23基于几何学的模型
231单环模型
232双环模型
233组合椭圆环模型
234椭圆和圆模型
235基于几何的模型到双极化信道的推广
24经验模型
241推广的SalehValenzuela模型
242斯坦福大学过渡型信道模型
243COST模型
25标准化模型
251IEEE 80211 TGn模型
252IEEE 80216d/e模型
2533GPP/3GPP2空间信道模型
26MIMO系统中的天线
261关于天线阵列
262互耦合
第3章用于系统设计的MIMO信道解析表示
31具有相关性的MIMO信道的一般表示
311瑞利衰落信道
312莱斯衰落信道
313双极化信道
314孔洞信道的双瑞利衰落模型
32简化的高斯MIMO信道表示
321克罗内克模型
322虚拟信道表示
323特征波束模型
33基于传播的MIMO系统的量度
331比较模型和相关矩阵
332多径丰富性的描述
333MIMO信道非平稳性的测量
34信道物理模型与其解析表示间的关系
341克罗内克模型的似是而非
342数值例子
343解析模型间的比较：一种系统观点
第4章互信息和实际随机MIMO信道的容量
41具有完整发射信道知识的衰落信道容量
42具有部分发射信道知识的独立同分布瑞利快衰落信道的遍历容量
43互信息和具有部分发射信道知识的相关瑞利信道容量
431等功率分配时的互信息
432具有部分发射信道信息的相关瑞利信道的遍历容量
44具有部分发射信道知识的莱斯信道互信息和容量
441等功率分配时的互信息
442具有部分发射信道知识的遍历容量
45一些特殊信道上的互信息
451双极化信道
452天线耦合对互信息的影响
46独立同分布瑞利慢衰落信道的中断容量和分集多路复用的折中
461无穷大信噪比情况
462有限信噪比情况
47半相关瑞利和莱斯慢衰落信道中的中断容量和分集多路复用折中
第5章独立同分布瑞利平坦衰落信道上的空时编码
51空时编码的回顾
52系统模型
53由差错概率引出的设计方法
531快衰落MIMO信道：距离乘积准则
532慢衰落MIMO信道：秩行列式和秩迹准则
54由信息论引出的设计方法
541快衰落MIMO信道：达到遍历容量
542慢衰落MIMO信道：达到分集多路复用折中
55空时分组编码
551线性空时分组码的一般构架
552空间多路复用和VBLAST
553DBLAST
554正交空时分组码
555准正交空时分组码
556线性散布码
557代数空时码
558全局性能比较
56空时格型编码
561空时格型编码
562超正交空时格型编码
第6章真实MIMO信道的差错概率
61一种条件成对差错概率方法
611退化信道
612空间多路复用例子
62平均成对差错概率方法介绍
63瑞利衰落信道中的平均成对差错概率
631高信噪比方法
632中等信噪比方法
633低信噪比方法
634总结和例子
64莱斯衰落信道中的平均成对差错概率
641高信噪比方法
642中等信噪比方法
643低信噪比方法
644总结和例子
65双极化信道中的平均成对差错概率
651正交空时分组码的性能
652空间多路复用的性能
66关于实际信道中空时编码设计的一些想法
第7章未知发射信道知识的实际MIMO系统信道上的空时编码
71根据信息论的设计方法
72慢衰落信道下基于信息论的编码设计
721一般编码设计准则
722MISO信道
723并行信道
73基于差错概率的设计方法
731具有健壮性的编码设计
732退化信道中的平均成对差错概率
733灾变编码和一般设计准则
74慢衰落信道中基于差错概率的编码设计
741满秩编码
742线性空时分组编码
743基于虚拟信道表示的设计准则
744与基于信息论方法设计编码的关系
745慢衰落信道下实用化的编码设计
75快衰落信道中基于差错概率的编码设计
751乘性灾变编码
752快衰落信道下的实用化编码设计
第8章具有部分发射信道知识的空时编码
81基于信道统计特性的预编码技术导论
811总体框架
812基于信息论的设计方法
813基于差错概率的设计方法
82对正交空时分组码的基于信道统计特性的预编码
821克罗内克瑞利衰落信道的最优预编码
822非克罗内克瑞利衰落信道的最优预编码
823莱斯衰落信道的最优预编码
83对非单位差错矩阵的基于信道统计特性的预编码
84对空间多路复用的基于信道统计特性的预编码
841波束形成
842星座整形
843星座整形的非线性方法
844次最佳接收机的预编码器设计
85量化预编码和天线选择技术导论
86对主特征模式发射的量化预编码和天线选择
861独立同分布瑞利衰落信道下的选择准则和码书设计
862天线选择和可达分集增益
863需要多少反馈比特
864空间相关瑞利衰落信道下的选择准则和码书设计
87正交空时分组码的量化预编码和天线选择
871选择准则和码书设计
872天线子集选择和可达分集增益
88对空间多路复用的量化预编码
和天线选择
881选择准则和码书设计
882解码策略对差错概率的影响
883推广至多模式预编码
89基于信息论的量化预编码
第9章频率选择性信道的空时编码
91单载波与多载波发射
911单载波发射
912多载波发射：MIMOOFDM
913单载波和多载波传输的统一表示
92从信息论方面考虑频率选择性MIMO信道
921容量考虑
922等功率分配时的互信息
923分集多路复用折中
93平均成对差错概率
94瑞利衰落信道中单载波发射时的编码设计准则
941广义延时分集
942LindskogPaulraj方案
943替代结构
95瑞利衰落信道中空频编码MIMOOFDM发射时的编码设计准则
951分集增益分析
952编码增益分析
953空频线性分组码
954循环延时分集
96关于空间相关的频率选择性信道中编码的健壮性
961退化抽头
962空频MIMOOFDM的应用
附录A数学公式和矩阵运算性质
附录B复高斯随机变量和矩阵
附录C斯坦福大学过渡型信道模型
附录D关于阻抗参数的最小散射体天线耦合模型
附录E平均成对差错概率的推导
缩写词表
数学符号表
参考文献