MIMO-OFDM技术原理

聚焦5G和Wi-Fi核心技术，为读者精心提供工程算法的指导
作者为华为Wi-Fi领域开 发者，系统整理多年产研学用精华
为移动通信行业基础科学研究提供理论与实践结合的教程

在现代通信系统中，MIMO和OFDM技术受到越来越多的关注，这两种技术为增强无线链路提供了强有力的工具，特别是可以用于提高频谱效率。MIMO和OFDM被认为是通往6G无线标准的桥梁。
本书详细介绍了MIMO-OFDM的技术原理，包括各种MIMO 模式的基本概念及其性能、OFDM技术和信道建模的过程，同时对发射波束、空间复用、空分多址、无线信道等内容进行了详细的阐释，并列举了大量的实际应用案例。本书还提供了丰富的习题和解答，可帮助读者深入、扎实地学习MIMO-OFDM技术。
本书适合电子信息相关专业的研究生和通信工程师阅读。

华为WLAN LAB
成立于2012 年，主要研究方向为与WLAN 相关的PHY/MAC/RF 算法、芯片架构以及天线的工程化。WLAN LAB 以华为中方研究人员为主，整合来自华为特拉维夫研究中心的专家团队，共有约30 人。来自特拉维夫研究中心的多伦·埃兹里（Doron Ezri）博士担任WLAN LAB 主任，在其领导下，WLAN LAB 针对WLAN的独 特 需求，在UL/DL MU-MIMO、冲突检测、定位算法、智能天线等领域提供了卓有成效的解决方案，为华为WLAN 产品的商业化提供了有力的支撑。

多伦·埃兹里（Doron Ezri）博士
华为数据通信产品线的Wi-Fi 首 席技术官， 领导团队进行下一代Wi-Fi 技术（802.11ax/EHT 及未来标准）、企业和家庭Wi-Fi AP 以及Wi-Fi 芯片组（高 级PHY 和MAC 算法）的研究。在加入华为公司之前，多伦?埃兹里是Greenair Wireless 公司的首 席执行官和联合创始人，该公司是一家为Wi-Fi 和LTE-A 技术开发高 级基带以及MIMO IP 核的初创公司。在加入Greenair Wireless 公司之前，多伦·埃兹里担任Runcom Technologies 公司首 席技术官，该公司是WiMAX 的领军企业以及OFDMA 技术的发源地，他带领团队开发出了世界上首 个OFDMA-MIMO 芯片组（WiMAX Wave 2 MS）。在无线通信领域，多伦·埃兹里与他人合著了一本图书、合写了20 篇学术论文，申请了80 多项。多伦·埃兹里获得特拉维夫大学（以色列）电气工程博士学位，2007 年至今，他一直在特拉维夫大学担任MIMO-OFDM 领域研究生课程的授课教师。

希米?希洛（Shimi Shilo）
华为特拉维夫研究中心下一代Wi-Fi 研究团队的负责人，主要研究方向为802.11ax/EHT 及未来标准的PHY 和MAC 技术。在加入华为公司之前，他是Greenair Wireless 公司的首 席技术官和联合创始人，负责为蜂窝技术和Wi-Fi 技术开发高 级基带以及MIMO IP 核。加入Greenair Wireless 公司之前，他是Runcom Technologies公司的算法工程师，负责开发OFDMA 和MIMO 相关的算法，为IEEE 802.16 标准做出了贡献。在无线通信领域，希米?希洛与他人合写了超过15 篇学术论文，申请了数十项。希米?希洛获得特拉维夫大学电气工程学士学位、历史和科学哲学硕士学位，以及瑞典查尔姆斯理工大学硕士学位，目前他正在特拉维夫大学攻读电气工程博士学位。

第 一部分MIMO的基本概念
第  1章SISO  3
1.1  系统模型和ML接收机  3
1.2  错误概率评估  5
第  2章接收分集-------优选比合并  8
2.1  系统模型和ML接收机  8
2.2  错误概率评估  10
第3章发射分集-------空时编码13
3.1  系统模型和ML接收机  13
3.2  错误概率评估  16
3.3  收发分集——STC+MRC  17
3.3.1  系统模型和ML接收机  17
3.3.2  错误概率评估  19
第4  章发射波束赋形21
4.1  系统模型和最优传输  21
4.2  错误概率评估  23
4.3  优选比传输  25
第5  章空间复用  27
5.1  系统模型和ML接收机  27
5.2  错误概率评估  28
5.3  球形解码器  30
5.4  线性MIMO解码器  31
5.5  连续干扰消除  34
5.6  分集和复用的权衡  35
第6章闭环MIMO  37
6.1  系统模型和最优传输  37
6.2  闭环MIMO的含义  38
第7  章空分多址  41
7.1  系统模型和基本方案  41
7.2  更先进的解法和算法  43
第二部分MIMO-OFDM的应用
第8  章无线信道  47
8.1  传播效应  47
8.1.1  路径损耗和阴影  47
8.1.2  多径物理意义  48
8.1.3  时延扩展  50
8.1.4  多普勒扩展  52
8.2  信道建模  52
8.2.1  路径损耗和阴影建模  53
8.2.2  移动信道建模  53
8.3  移动信道仿真  55
8.4  MIMO 场景扩展  56
8.4.1  MIMO 信道  56
8.4.2  MIMO 信道建模  58
8.4.3  MIMO 信道仿真  59
第9章OFDM基础知识  60
9.1  基本概念  60
9.2  导频和信道估计64
9.3  时间和频率保护间隔  65
9.4  时间和频率偏移的影响  67
9.5  OFDM 参数权衡  68
9.6  PAPR 问题69
第  10章OFDMA和SC-FDMA  70
10.1从OFDM到OFDMA  70
10.2OFDMA的变形SC-FDMA  71
第  11章MIMOOFDM的实际应用  75
11.1OFDM与MIMO的融合75
11.2  MIMO OFDM 中的导频模式76
11.3  从发射机获取信道信息  77
11.3.1  互易性方法  77
11.3.2  反馈方法  78
第三部分习题与答案
习题1相关噪声的STC  83
习题2相关信道的MRC错误概率  85
习题3  交换I 分量和Q 分量  88
习题4具有相关噪声的SM的高效实现  90
习题5  OFDM 中导频的数量和位置  92
习题6加窗的OFDM符号  94
习题7SC-FDMA系统的ZF接收机的ppSNR  96
习题8H.H为分块对角矩阵时的SM  98
习题9  OFDM 和破坏正交性的预编码  101
习题10  增加一个接收天线的MRT104
习题11  OFDM 静默保护107
习题12  几何MIMO信道模型110
习题13  容忍干扰的SM方案112
习题14  波束赋形降低时延扩展115
习题15  低通OFDM117
习题16  IQ不平衡的最优OFDM检测119
习题17  使用IFFT的低复杂度SDMA预编码121
习题18  强干扰源下的接收机分集123
习题19  BLEMIMO检测中的ppSINR126
习题20  具有最小相关性的最佳天线间距128
习题21  时域零陷的宽带信号131
习题22  选择分集上的DO和AG134
习题23  双射线模型136
习题24  超带宽的SC-FDMA138
习题25  莱斯衰落的接收分集的DO和AG141
习题26  OFDM相位噪声导致ICI144
习题27  应用降维矩阵后的检测146
习题28  循环时延创建每个子载波的发射波束赋形149
习题29  无多径的ZF2×2152
习题30  具有定时偏差的FFT处理154
习题31  4×2ZF下的DO和AG156
习题32  有色噪声下的特征波束赋形159
习题33  在OFDM系统中压缩基带信号的ICI161
第四部分附录
附录A  SISO 模型的物理证明  165
附录B  复正态多元分布166
附录C  对数似然比  167
附录D  瑞利衰落假设  168
附录E  基于向量的最小二乘法推导  169
附录F  第5 章的一些运算结果  170
附录G  2×2ZF中的DO和AG  172
附录H空间相关性对MRC的影响  173
附录I  基带信道  175
附录J  SOIA 近似  176
附录KU形PSD的推导  177
缩略语179
参考文献182

本书高屋建瓴、逻辑清晰，以通俗易懂、深入浅出的方式介绍了MIMO、OFDM以及无线信道建模的概念与原理。本书中的推导过程步骤清晰，能够很好地引导读者理解这些技术背后的原理。
——欧洲科学院院士，东南大学教授 王承祥