前言

縱觀無線通信從始至今20多年的發(fā)展歷史，從第一代移動通信系統(tǒng)（1G）的概念提出到目前正在廣泛研發(fā)的第五代移通信系統(tǒng)（5G），客觀上頻譜資源的緊缺一直是制約其發(fā)展的最大瓶頸。頻譜資源對于無線通信系統(tǒng)就好比公路資源對于交通運輸系統(tǒng)一樣重要，如何合理有效地利用頻譜資源修建好信息高速公路一直以來都是擺在研究者以及工程師面前的重要挑戰(zhàn)和關鍵問題。從第一代到第三代移動通信系統(tǒng)（3G）的核心技術可以依次體現(xiàn)為頻分、時分以及碼分多址技術，分別利用了頻率、時間、碼元等資源來提升無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率。在人們想方設法挖掘時、頻、碼資源來提高頻譜利用率的同時，空間資源的合理利用以及相應多天線技術的發(fā)展已成為第四代移動通信系統(tǒng)（4G）以及未來5G的核心內(nèi)容和關鍵組成部分。

基于多天線技術的多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）架構能在不增加額外帶寬的情況下大幅度提升通信系統(tǒng)的頻譜利用率。MIMO系統(tǒng)最初在20世紀70年代就被用于通信系統(tǒng)，但是由于技術局限，直到20世紀90年代才被人們廣泛關注。實驗證明相對于傳統(tǒng)無線通信技術在移動蜂窩系統(tǒng)中1～5 bit/s?Hz-1的頻譜效率，MIMO 技術在室內(nèi)傳播環(huán)境下的頻譜效率則可以達到20～40 bit/s?Hz-1，因此MIMO技術作為提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要手段受到人們越來越多的關注，目前4G以及未來的5G都將充分利用和發(fā)掘MIMO技術的潛力。本書從空間信號協(xié)同傳輸以及MIMO系統(tǒng)的原理出發(fā)，分別從信號的發(fā)送、接收兩個方面介紹如何利用空間信號協(xié)同處理理論與技術來提升MIMO系統(tǒng)的信號傳輸性能以及頻譜利用率。

本書在第1章首先概述了全書的目的以及各章節(jié)的組織結(jié)構。隨后在第2～5章就MIMO系統(tǒng)的信號發(fā)送以及波束成形技術展開討論，并圍繞這些問題，介紹單用戶、多用戶以及中繼波束成形技術，并針對具有理想信道狀態(tài)信息、非理想信道狀態(tài)信息以及同信道干擾條件下MIMO系統(tǒng)討論不同的波束成形方案。本書在第6～9章主要介紹如何在MIMO系統(tǒng)的接收端利用不同的信號檢測譯碼技術進行空間信號協(xié)同處理，分別就串行干擾消除技術、格基規(guī)約技術、迭代檢測譯碼技術以及信道估計檢測雙重迭代系統(tǒng)展開討論并進行了性能與復雜度分析。

本書作者所在團隊長期以來一直致力于無線通信與協(xié)同信號處理相關研究工作，具有承擔國家級科研項目的豐富經(jīng)驗，對從理論到工程實踐有較好的理解。本書所闡述的內(nèi)容取自作者多年的研究成果與理論積累，其中的原理方法較好地結(jié)合了理論與工程實踐，具有較為簡潔的行文風格。

在此，需要特別感謝為本書的整理及校對而辛勤工作的學生們，包括李田、吳杰、萬瑞敏、湯秋緣、李東泉、韓超、竇勝躍、祝麗娜等。

同時感謝國家自然科學基金項目（編號：91338106，61231011，61231013）對本書的資助。

最后，十分感謝家人對作者工作的大力支持和理解。

作者

2016年11月于北京