前言

在現代通信系統中，MIMO和OFDM技術受到了越來越多的關注，它們能夠提高頻譜效率，從而極大地增強無線鏈路質量。MIMO和OFDM/OFDMA現已被納入了行業標準（LTE、LTE-A、802.11n/ac/ax和5GNR），搭起了通向6G無線標準的橋梁。

MIMO和OFDM這兩種技術都具有深厚的技術和科學根基。OFDM技術最早出現在大約50年前，于1998年嶄露頭角，被802.11a工作組首次引入無線標準中。憑借著簡單的收發機設計、高頻譜效率以及從容應對各種損耗（主要是多徑傳播損耗）的能力，OFDM技術迅速受到了業界的青睞。另一方面，多天線技術早在第二次世界大戰中就得以應用，例如在雷達中。然而直到21世紀初，通信領域中先進的MIMO技術才被引入商業領域。其中，802.11n和3GWCDMA/HSPA均采用了MIMO技術的變體，例如空間復用和Alamouti空時編碼，大大提高了無線性能和吞吐量。現如今，MIMO和OFDM/OFDMA技術已融入各種主流無線標準和系統中，并得到了廣泛的應用。所以，廣大無線通信領域的工程師和研究人員都應熟練掌握這些概念和技術。

本書由四部分組成。第一部分主要介紹各種MIMO模式的基本概念及其性能。首先基于簡單的單輸入單輸出（Single-Input Single-Output，SISO）模型來推導其最大似然（Maximum Likelihood，ML）估計量，并評估該模型在加性高斯白噪聲和瑞利信道中的錯誤概率。然后進一步分析接收分集和發射分集方案，其中重點展示這些基本模型所帶來的大幅度的性能增益，并闡述處理后信噪比、分集階數和陣列增益等重要概念。隨后介紹各種更高級的MIMO方案，主要包括充分利用信道信息的發射波束賦形技術以及顯著提高傳輸速率的空間復用技術。其中，空間復用技術非常重要，但是在空間復用方案下，線性接收機不再是最優選擇。因此，這部分還深入分析窮舉ML檢測器的誤碼率，并給大家分享了一些實用的次優檢測器。最后探討如何將發射波束賦形和空間復用技術相結合，滿足單用戶場景[閉環MIMO（Closed-Loop MIMO，CL-MIMO）]和多用戶場景[空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）]下的應用訴求。

本書第二部分詳述OFDM技術和信道建模的過程。這部分首先描述無線信道的特點，從路徑損耗、多徑、時延擴展和多普勒擴展等基本概念入手，深入分析多徑傳播的影響，重點介紹如何選擇時間和頻率以及它們對通信系統的影響。然后進一步介紹MIMO信道概念，闡述多徑傳播下如何創建空間分集，即MIMO的“引擎”，并討論在實際標準活動中如何模擬SISO和MIMO信道。在分析無線信道的影響后，重點展示OFDM如何減輕這些信道的影響，并闡述諸如循環前綴、保護帶、峰均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）以及時間和頻率選擇的影響等基本機制。最后，這部分還介紹OFDM是如何迅速發展成為當今廣為應用的OFDMA和SC-FDMA技術的，以及MIMO和OFDM/OFDMA技術是如何相輔相成、融為一體的（如LTE A和802.11ac/ax標準）。

本書第三部分配備豐富的典型問題，并給出詳盡的解答，這些典型問題均涉及單個或多個子領域，并且僅僅在特拉維夫大學2007—2019年的考試里出現過，這也是本書的獨到之處。本書適合想深入了解和學習與MIMO-OFDM技術相關的內容的讀者（包括研究生）閱讀和參考。其中的部分問題十分切合工程師的實際工作，例如IQ不平衡對OFDM信號的影響、用于MIMO檢測的降維，以及在不修改預編碼的情況下增加接收天線對波束賦形產生的影響（這也是特拉維夫大學博士研究的一項成果）。

本書第四部分為附錄，給出了一些擴展知識。

衷心感謝華為數據通信產品線研發和管理團隊一直以來對本書的出版給予的大力支持，尤其要感謝劉少偉先生、王建兵先生、錢驍先生、付潔女士、江興烽先生和董亭亭女士。感謝許生凱、盧智聰、馬梓翔、李堅、肖后飛對本書提出的校對意見及修改建議。我們還要感謝曾就讀于特拉維夫大學相關專業的學生們，感謝他們對本書提出的意見和建議，幫助我們使本書更加完善。

期望本書能夠讓電子信息相關專業的研究生和通信工程師有所收獲，助其夯實科學技術積累和技能，從而在最前沿的無線通信研發中砥礪前行、大有作為。

[1] OFDMA即Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址。

[2] WCDMA即Wideband Code Division Multiple Access，寬帶碼分多址。HSPA即High-SpeedPacket Access，高速分組接入。

[3] SC-FDMA即Single Carrier Frequency Division Multiple Access，單載波頻分多址。