Multi-antenna Systems for MIMO Communications pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Morgan & Claypool

作者:Deflaviis, Franco/ Jofre, Luis/ Jordi, Romeu/ Balanis, Constantine (EDT)

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2008-3

价格:$ 45.20

装帧:Pap

isbn号码:9781598290882

丛书系列:

图书标签:

MIMO
多天线系统
无线通信
信号处理
通信理论
无线网络
天线技术
信道建模
OFDM
空间复用

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具体描述

Advanced communication scenarios demand the development of new systemswhere antenna theory, channel propagation and communication models are seen from a common perspective as a way to understand and optimize the system as a whole. In this context, a comprehensive multiantenna formulation for multiple-input multiple-output systems is presented with a special emphasis on the connection of the electromagnetic and communication principles. Starting from the capacity for amultiantenna system, the book reviews radiation, propagation, and communicationmechanisms, paying particular attention to the vectorial, directional, and timefrequency characteristics of the wireless communication equation for low- and high-scattering environments. Based on the previous concepts, different spacetime methods for diversity and multiplexing applications are discussed, multiantenna modeling is studied, and specific tools are introduced to analyze the antenna coupling mechanisms and formulate appropriate decorrelation techniques.Miniaturization techniques for closely spaced antennas are studied, and its fundamental limits and optimization strategies are reviewed. Finally, different practical multiantenna topologies for new communication applications are presented, and its main parameters discussed. A relevant feature is a collection of synthesis exercises that review the main topics of the book and introduces state-of-the art system architectures and parameters, facilitating its use either as a text book or as a support tool for multiantenna systems design.

《无线电信号的未来：超宽带与毫米波通信技术》第一章：导论与背景本书深入探讨了在频谱日益稀缺的今天，如何利用先进的物理层技术来突破现有无线通信系统的容量限制。我们聚焦于两个前沿领域：超宽带（UWB）技术和毫米波（mmWave）通信，它们代表了下一代无线网络（如6G及更高标准）实现极高数据速率和超低延迟潜力的关键路径。本章首先回顾了传统无线通信面临的瓶颈，特别是在高密度用户场景下，如何通过提高频谱效率和系统容量来满足爆炸性的数据需求。接着，我们详细界定了UWB和毫米波的物理特征及其在电磁频谱中的位置。UWB以其极宽的带宽和极低的发射功率密度为特征，主要优势在于高精度定位和短距离高速数据传输；而毫米波（通常指24 GHz至100 GHz范围）则因其可用的带宽资源极为丰富，成为实现Gbps甚至Tbps级别连接的核心技术。我们对比了这两种技术在能效、穿透性、视距（LOS）和非视距（NLOS）传播环境下的表现差异，为后续章节对具体技术细节的探讨奠定了理论基础。第二章：超宽带通信的物理层基础与应用超宽带技术的核心在于其脉冲的极短持续时间，这使得信号在时域上占据了极大的带宽。本章系统阐述了UWB的信号建模，包括基于皮秒脉冲的直接序列法和基于正交多载波（OFDM）的UWB实现方式。 2.1 脉冲整形与波形设计：详细分析了高斯脉冲、二阶高斯脉冲以及Ricker小波在UWB发射机中的应用，探讨了如何通过精确控制脉冲的上升沿和下降沿来优化频谱分布，同时满足FCC对功率谱密度的严格限制。 2.2 信道建模与时间反向传播（Rake）接收机：针对UWB在室内环境下的快速衰落特性，我们引入了统计模型和确定性模型来描述其多径时延扩散。重点讲解了Rake接收机的工作原理，包括如何利用匹配滤波器和指状阵列从密集的反射路径中有效提取信号能量，实现抗多径干扰的性能提升。 2.3 定位与测距： UWB相对于传统射频技术最大的优势之一在于其极高的时间分辨率带来的厘米级定位精度。本章深入研究了基于到达时间（ToA）、到达时间差（TDoA）以及到达角度（AoA）的精确定位算法，并讨论了如何在动态环境中保持定位的鲁棒性。第三章：毫米波频段的挑战与机遇毫米波频段的引入为无线通信带来了前所未有的带宽，但同时也带来了严重的传播损耗和对天线技术的高度依赖。本章聚焦于解决这些挑战所需的关键技术。 3.1 毫米波信道特性：详细分析了毫米波在不同大气条件（如雨、雾）下的穿透损耗，以及对材料的衰减特性。我们着重讨论了毫米波信道中“稀疏性”的特点，即在大量可解析的反射路径中，通常只有少数几条路径对总接收功率贡献显著。 3.2 大规模天线阵列与波束赋形（Beamforming）：毫米波通信的实现离不开大规模天线阵列（Massive Antenna Arrays），它们用于克服路径损耗。本章深入剖析了混合预编码（Hybrid Precoding）方案，该方案结合了模拟波束赋形（使用移相器）和数字波束赋形（使用基带处理），以在实现高增益的同时，保持较低的射频链复杂度与功耗。讨论了基于导频的信道估计在毫米波系统中的难点和优化方法。 3.3 毫米波系统架构：介绍了全数字MIMO、全模拟MIMO以及混合架构的性能权衡。重点分析了有源与无源天线单元的设计选择，以及如何通过集成波束管理协议来快速搜索和跟踪最优波束路径，以确保通信的连续性。第四章：面向高频谱效率的系统集成本章将UWB和毫米波技术置于更广阔的系统背景下，探讨如何将这些技术集成到未来网络架构中，以实现最大化的系统吞吐量和可靠性。 4.1 异构网络下的资源管理：探讨了在包含传统Sub-6GHz、UWB和毫米波的异构网络中，如何进行动态频谱共享（DSS）和负载均衡。讨论了如何利用UWB的精确测距能力辅助毫米波波束的快速初始化，以及如何将低速控制信号放在低频段，而将高速数据流放在毫米波段。 4.2 物理层安全与干扰管理：毫米波的窄波束特性天然地提供了较高的物理层安全（Secrecy Rate），因为侧信道泄露的可能性大大降低。本章研究了在波束赋形系统中，如何优化预编码矩阵以最大化合法用户的信噪比（SNR），同时最小化对潜在窃听者的信号辐射。 4.3 面向工业物联网（IIoT）的融合应用：结合UWB的低延迟定位能力和毫米波的高带宽，我们探讨了在智能制造、远程手术和自动驾驶等对时延和位置精度要求极高的领域中，这两种技术的协同工作模式。例如，如何利用UWB进行高精度资产跟踪，并利用毫米波提供高吞吐量的实时数据回传。第五章：结论与展望本书总结了UWB和毫米波技术在突破当前无线瓶颈方面的巨大潜力。我们强调了从器件设计到系统算法的跨学科协同工作是实现这些目标的关键。展望未来，本书指出，对新材料（如超材料天线）、更先进的机器学习辅助波束管理，以及对非线性失真补偿技术的进一步研究，将是推动这些技术从实验室走向实际商用的决定性因素。本书为致力于无线通信系统设计、物理层理论研究以及频谱规划的工程师和研究人员提供了一个全面且深入的参考框架。