基於完全互補序列的MIMO雷達與5G MIMO通信（簡體書）

前言

MIMO技術通過發掘空間維度資源，提升了無線通信系統的頻譜效率、能量效率以及空間分辨率，而大規模MIMO通信系統的應用，獲得了比傳統MIMO技術更優的傳輸特性，因此傳統MIMO技術與大規模MIMO技術被業內普遍認為是第四代和第五代移動通信技術的關鍵技術之一。本書以MIMO雷達與MIMO通信為背景，詳細介紹了互補序列在MIMO領域應用的相關原理、系統性能以及算法應用情況。

全書由MIMO雷達與5G MIMO通信兩部分組成，共14章。第一部分從MIMO雷達的基本概念出發，逐步介紹了基於完全互補編碼的正交MIMO雷達信號設計、正交MIMO雷達DOA估計和MIMO雷達成像技術； 第二部分介紹了互補編碼與MIMO通信的基礎理論、基於互補序列的擴頻通信系統、基於互補序列的頻譜增強MIMO系統、基於互補序列的MIMO信道估計以及基於壓縮感知的MIMO信道估計。

本書由中國傳媒大學信息與通信工程學院李樹鋒編寫。

在本書的編寫和出版過程中，得到了中國傳媒大學信息與通信工程學院領導的大力支持，並得到了國家自然科學基金青年科學基金項目（編號61401407）、中央高校基本科研業務費專項資金項目、北京市高精尖學科建設項目（GJ19013504）以及校級科研項目（CUC18A0062，CUC19ZD001）的大力支持，在此表示深深的感謝。同時，感謝中國傳媒大學金立標教授、杜懷昌教授、胡峰副教授在本書寫作過程中給予的指導和幫助。此外，還要特別感謝中國傳媒大學信息與通信工程學院2017屆碩士畢業生張宇馳、張云峰，2018屆碩士畢業生魏閃閃，2019屆碩士畢業生吳洪達，及2019級碩士研究生宿寶心和蔡銘宇對本書所做的貢獻。

由於作者的認知水平和寫作時間有限，書中難免存在錯誤和不足之處，歡迎讀者批評指正。

李樹鋒

2020年11月

目錄

第一部分基於完全互補序列的MIMO雷達技術研究

第1章緒論

1.1研究背景和意義

1.2MIMO雷達研究現狀

1.2.1統計MIMO雷達研究現狀

1.2.2正交MIMO雷達研究現狀

1.2.3國內研究現狀

1.2.4MIMO雷達發展趨勢

1.3完全互補序列研究現狀

1.4本書第一部分的主要工作

第2章MIMO雷達原理

2.1引言

2.2MIMO雷達信號模型

2.2.1統計MIMO雷達信號模型

2.2.2正交MIMO雷達信號模型

2.3MIMO雷達檢測性能分析

2.4MIMO雷達優勢

2.4.1MIMO雷達雜波強度分析

2.4.2MIMO雷達對動態範圍的改善

2.4.3MIMO被截獲概率分析

2.4.4MIMO雷達系統增益

2.5本章小結

第3章基於完全互補編碼的正交MIMO雷達信號設計

3.1引言

3.2完全互補序列波形設計

3.2.1完全互補序列的概念

3.2.2完全互補序列集的構造方法

3.2.3完全互補序列的優化

3.3完全互補序列的模糊函數

3.4本章小結

第4章正交MIMO雷達DOA估計

4.1引言

4.2基於線性陣列的MIMO雷達參數估計算法

4.2.1Capon算法

4.2.2APES算法

4.2.3MUSICAML算法

4.2.4仿真實驗結果

4.3基於面陣的MIMO雷達二維波達方向估計算法

4.3.1圓形陣列

4.3.2L型陣列

4.3.3基於完全互補序列的DOA估計算法

4.3.4仿真實驗

4.4本章小結

第5章MIMO雷達成像技術研究

5.1引言

5.2MIMO SAR成像分析

5.2.1等效相位中心補償

5.2.2完全互補序列信號模型

5.2.3匹配濾波處理

5.2.4方位向壓縮

5.2.5仿真實驗

5.3本章小結

參考文獻

第二部分基於完全互補序列的5G MIMO通信技術研究

第6章互補編碼與MIMO技術基礎理論

6.1引言

6.2小尺度衰落信道傳輸模型

6.2.1時延擴展

6.2.2多普勒擴展

6.2.3常用小尺度衰落信道模型

6.3MIMO系統理論基礎與模型

6.3.1MIMO系統理論基礎

6.3.2MIMO系統模型

6.4基於互補序列的擴頻方法

6.4.1擴頻技術簡介及理論基礎

6.4.2擴頻技術分類

6.4.3擴頻通信特點

6.4.4常見擴頻序列

6.5本章小結

第7章基於互補序列的擴頻通信系統研究

7.1引言

7.2完全互補序列

7.2.1完全互補序列理論基礎

7.2.2完全互補序列典型構造方式

7.3基於互補序列擴頻的SISO系統實現

7.3.1互補序列簡介

7.3.2互補序列擴頻SISO系統模型建立

7.3.3互補序列擴頻碼在SISO系統中的性能分析

7.4本章小結

第8章基於互補序列擴頻增強的MIMO系統研究

8.1引言

8.2擴頻增強技術在MIMO系統中的實現

8.2.1擴頻MIMO系統模型建立

8.2.2擴頻增強技術在MIMO系統中的性能分析

8.3基於互補序列擴頻增強技術的MIMO系統實現

8.3.1多徑信道擴頻模型建立

8.3.2互補序列擴頻抗衰落性能分析

8.4本章小結

第9章MIMO信道估計基本原理

9.1引言

9.2無線信道衰落模型

9.2.1大尺度衰落模型

9.2.2小尺度衰落模型

9.2.3大規模MIMO信道估計算法概述

9.2.4衰落統計模型

9.3MIMO系統

9.3.1MIMO系統模型及性能分析

9.3.2大規模MIMO系統模型及分析

9.4信道估計的基本理論

9.5本章小結

第10章基於互補序列的MIMO信道估計

10.1引言

10.2擴頻序列概述

10.2.1擴頻序列的特點

10.2.2常見擴頻序列簡介及應用

10.3互補序列的構造與研究

10.3.1互補序列的定義

10.3.2互補序列的新型構造方法

10.4基於互補序列的信道估計

10.4.1互補序列時域信道估計

10.4.2互補序列MIMO信道估計

10.5仿真結果與分析

10.5.1互補序列時域信道估計仿真分析

10.5.2互補序列MIMO信道估計仿真分析

10.6本章小結

第11章基於壓縮感知的MIMO信道估計

11.1引言

11.2壓縮感知理論

11.2.1信號的稀疏表示

11.2.2觀測矩陣的設計

11.2.3信號的恢復算法

11.3新型觀測矩陣下的壓縮感知信道估計

11.3.1基於互補序列的Toeplitz結構觀測矩陣設計

11.3.2新型Toeplitz矩陣Spark特性分析

11.4仿真結果與分析

11.5本章小結

第12章5G大規模MIMO信道估計及DOA估計研究

12.1引言

12.2基於射線追蹤模型的參數信道估計

12.2.1天線陣列模型

12.2.2射線追蹤信道模型

12.35G大規模MIMO DOA估計算法

12.3.1信號子空間法

12.3.2基於壓縮感知的DOA估計算法

12.4碼本輔助下的大規模MIMO DOA估計算法

12.4.1系統模型

12.4.2碼本輔助MUSIC算法

12.4.3基於低秩矩陣恢復理論的碼本輔助DOA算法

12.4.4算法復雜度分析

12.5仿真結果與分析

12.6本章小結

第13章觀測矩陣的設計

13.1常用的觀測矩陣

13.1.1觀測矩陣的分類

13.1.2幾種常用觀測矩陣的介紹

13.2新型觀測矩陣的設計

13.2.1部分哈達瑪矩陣

13.2.2單位矩陣加隨機正交矩陣

13.2.3互補序列

13.3實驗仿真結果及分析

13.4本章小結

第14章重構算法的研究

14.1引言

14.2貪婪匹配追蹤類算法

14.2.1匹配追蹤和正交匹配追蹤算法（MP和OMP）

14.2.2正則化正交匹配追蹤算法（ROMP）

14.2.3壓縮采樣匹配追蹤算法（CoSaMP）

14.2.4子空間匹配追蹤算法（SP）

14.2.5廣義正交匹配追蹤算法（gOMP）

14.2.6OMP、ROMP、CoSaMP、SP、gOMP算法性能分析

14.3基於Householder分解的改進算法

14.3.1Householder變換

14.3.2改進算法（HOMP）的原理及步驟

14.3.3HOMP算法仿真實驗分析

14.4同一算法下的不同觀測矩陣比較分析

14.5同一觀測矩陣下的OMP與HOMP算法分析

14.6本章小結

參考文獻