大规模MIMO传输技术能够深度挖掘空间维度无线资源，将其应用于卫星通信，能够大幅提升频谱效率和功率效率，是近年来卫星通信领域最具潜力的研究方向之一。本书系统讨论大规模MIMO卫星通信理论与技术，主要包括大规模MIMO卫星通信系统模型、大规模MIMO卫星信道信息获取、单星大规模MIMO上下行传输、多星大规模MIMO上下行传输、卫星大规模MIMO混合预编码和广覆盖预编码等内容。
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丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 卫星通信 1
1.2 大规模MIMO 3
1.3 卫星大规模MIMO 6
第2章 大规模MIMO卫星通信系统模型 10
2.1 引言 10
2.2 卫星轨道划分 10
2.3 卫星信道建模 11
2.3.1 大尺度衰落 11
2.3.2 小尺度衰落 15
2.4 卫星通信链路 16
2.4.1 链路预算的基本概念 16
2.4.2 星地链路预算 18
2.4.3 星间链路预算 19
2.5 大规模MIMO卫星信道模型 20
2.5.1 信道模型 20
2.5.2 统计特性 23
2.6 本章小结 24
第3章 大规模MIMO卫星信道信息获取 25
3.1 引言 25
3.2 系统模型 25
3.2.1 系统配置 25
3.2.2 信号模型 27
3.2.3 信道模型 29
3.3 基于导频复用的信道估计 30
3.3.1 导频复用 31
3.3.2 导频分配 33
3.4 两级信道估计方法 35
3.4.1 低SNR和高SNR情形分析 35
3.4.2 两级信道估计 36
3.4.3 逐子载波空域处理 38
3.4.4 逐用户频域处理 39
3.5 仿真结果 41
3.6 本章小结 44
3.7 附录 44
3.7.1 命题3.1证明 44
3.7.2 高SNR情况分析 46
3.7.3 命题3.2证明 46
第4章 单星大规模MIMO上下行传输 48
4.1 引言 48
4.2 系统模型 49
4.2.1 系统配置 49
4.2.2 下行信道模型 50
4.2.3 上行信道模型 52
4.2.4 上下行信号模型 52
4.3 基于统计CSI的上下行传输 54
4.3.1 下行预编码 54
4.3.2 上行接收机 55
4.3.3 上下行对偶性 57
4.3.4 ASLNR/ASINR上界 57
4.4 用户分组 58
4.4.1 基于空间角度的用户分组 58
4.4.2 可达速率 59
4.5 仿真结果 62
4.6 本章小结 65
4.7 附录 66
4.7.1 命题4.2的证明 66
4.7.2 命题4.3的证明 67
4.7.3 命题4.4的证明 67
第5章 遍历和速率最大化的单星大规模MIMO下行发送设计 72
6.6.1 定理6.1证明 109
6.6.2 定理6.2证明 111
6.6.3 定理6.3证明 111
6.6.4 定理6.4证明 112
第7章 多星大规模MIMO下行传输 115
7.1 引言 115
7.2 系统模型 116
7.2.1 系统配置 116
7.2.2 信号和信道模型 116
7.2.3 时频异步信号的线性接收处理 118
7.2.4 卫星信道的统计特性 120
7.3 基于遍历和速率的下行收发设计 121
7.3.1 发送协方差矩阵的秩—特性 121
7.3.2 基于遍历和速率的JPRD 122
7.4 基于遍历和速率上界的简化下行收发设计 124
7.4.1 发送协方差矩阵的秩一特性 124
7.4.2 基于遍历和速率上界的JPRD 126
7.5 仿真结果 127
7.6 本章小结 129
7.7 附录 130
7.7.1 定理7.1证明 130
7.7.2 定理7.2证明 131
7.7.3 定理7.4证明 132
7.7.4 定理7.5证明 133
第8章 多星大规模MIMO上行传输 134
8.1 引言 134
8.2 系统模型 134
8.2.1 系统配置 134
8.2.2 信号和信道模型 135
8.2.3 线性预编码和时频预补偿 136
8.2.4 卫星信道的统计特性 140
8.3 基于遍历和速率的预编码器设计 140
8.3.1 问题建立 140
8.3.2 基于RCG的预编码器设计 141
8.4 基于遍历和速率的JPRVD 144
8.4.1 问题建立 144
8.4.2 基于RCG的JPRVD 145
8.5 仿真结果 147
8.6 本章小结 149
8.7 附录 150
第9章 多星大规模MIMO波束结构预编码器设计 152
9.1 引言 152
9.2 系统模型 152
9.2.1 系统配置 153
9.2.2 下行波束基信道模型 153
9.2.3 下行信号模型 156
9.3 基于sCSI的预编码器设计 157
9.3.1 空间域预编码器设计 157
9.3.2 波束结构预编码器设计 158
9.4 低复杂度设计与实现 160
9.4.1 低复杂度设计 161
9.4.2 低复杂度实现 164
9.5 仿真结果 164
9.6 本章小结 170
9.7 附录 170
9.7.1 定理9.1证明 170
9.7.2 定理9.2证明 171
第10章 多星大规模MIMO波束结构接收机设计 174
10.1 引言 174
10.2 系统模型 174
10.2.1 系统配置 174
10.2.2 上行波束基信道模型 175
10.2.3 上行信号模型 177
10.3 基于sCSI的接收机设计 178
10.3.1 空间域接收机设计 178
10.3.2 波束结构接收机设计 179
10.4 低复杂度设计与实现 181
10.4.1 低复杂度设计 181
10.4.2 低复杂度实现 183
10.5 仿真结果 184
10.6 本章小结 190
10.7 附录 190
10.7.1 定理10.1证明 190
10.7.2 定理10.2证明 191
第11章 多星大规模MIMO预编码器和接收机解耦设计 193
11.1 引言 193
11.2 系统模型 193
11.2.1 系统配置 194
11.2.2 下行/上行波束基信道模型 194
11.2.3 卫星信道的统计特性 198
11.2.4 下行/上行信号模型 199
11.3 基于sCSI的下行/上行DPR 200
11.3.1 下行DPR 200
11.3.2 上行DPR 202
11.4 基于sCSI的下行BSP和上行BSR 203
11.4.1 下行BSP 203
11.4.2 上行BSR 206
11.5 低复杂度设计与实现 208
11.5.1 低复杂度设计 208
11.5.2 低复杂度实现 209
11.6 仿真结果 210
11.7 本章小结 218
11.8 附录 219
11.8.1 定理11.1证明 219
11.8.2 定理11.3证明 221
11.8.3 定理11.4证明 222
第12章 卫星大规模MIMO混合预编码 224
12.1 引言 224
12.2 系统模型和问题表征 224
12.2.1 信道模型 224
12.2.2 混合预编码传输模型 226
12.2.3 功耗模型 228
12.2.4 问题表征 228
12.3 全数字预编码 229
12.3.1 算法设计 229
12.3.2 收敛性和复杂度分析 233
12.4 全连接结构的混合预编码 233
12.4.1 问题表征 234
12.4.2 数字预编码器设计 234
12.4.3 模拟预编码器设计 234
12.4.4 收敛性和复杂度分析 236
12.5 部分连接结构的混合预编码 237
12.5.1 问题表征 237
12.5.2 数字预编码器设计 238
12.5.3 模拟预编码器设计 238
12.5.4 收敛性和复杂度分析 240
12.6 仿真结果 240
12.7 本章小结 245
第13章 卫星大规模MIMO双精度混合预编码 246
13.1 引言 246
13.2 系统模型和问题描述 246
13.2.1 信道模型 246
13.2.2 基于双精度移相网络的混合预编码 247
13.2.3 非线性功放模型 250
13.2.4 功耗模型 251
13.2.5 问题描述 252
13.3 全数字预编码 254
13.3.1 算法设计 254
13.3.2 收敛性和复杂度分析 257
13.4 混合预编码 258
13.4.1 全连接结构 258
13.4.2 部分连接结构 260
13.4.3 收敛性和复杂度分析 261
13.5 仿真结果 261
13.6 本章小结 268
第14章 卫星大规模MIMO广覆盖预编码 269
14.1 引言 269
14.2 系统模型 269
14.2.1 系统配置 269
14.2.2 信道模型 270
14.2.3 时频同步信号模型 272
14.3 问题陈述 273
14.3.1 性能指标 273
14.3.2 功率图样采样 274
14.3.3 问题构建 275
14.4 广域覆盖预编码设计 276
14.4.1 优化方法 276
14.4.2 预编码设计算法 278
14.5 仿真结果 279
14.5.1 产生的功率图样 279
14.5.2 接收功率 281
14.5.3 同步性能仿真 283
14.6 本章小结 284
14.7 附录 284
14.7.1 多余参数矢量的期望 284
14.7.2 定理14.1的证明 285
14.7.3 定理14.2的证明 288
参考文献 289
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