全面详解LTE：MATLAB建模、仿真与实现

书籍目录

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译者序

原书前言

专业词汇缩略语表

1导论1

1.1无线通信标准速览1

1.2数据速率的历史4

1.3IMT-Advanced要求4

1.43GPP和LTE标准化5

1.5LTE要求5

1.6理论策略6

1.7 LTE关键技术7

1.7.1OFDM7

1.7.2SC-FDM8

1.7.3MIMO8

1.7.4Turbo 信道编码8

1.7.5链路自适应9

1.8LTE 物理层建模9

1.9LTE（R8版和R9版）10

1.10LTE-Advanced （R10版）11

1.11MATLAB和无线系统设计11

1.12本书组织结构11

参考文献12

2LTE物理层概览13

2.1空中接口13

2.2频带14

2.3单播和组播服务15

2.4带宽分配16

2.5时间帧17

2.6时-频分布18

2.7OFDM多载波传输20

2.7.1循环前缀20

2.7.2子载波间隔21

2.7.3资源块尺寸21

2.7.4频域调度22

2.7.5接收端典型操作22

2.8单载波频分复用23

2.9资源网格的内容23

2.10物理信道24

2.10.1下行链路物理信道25

2.10.2下行链路信道功能26

2.10.3上行链路物理信道29

2.10.4上行链路信道功能30

2.11物理信号30

2.11.1参考信号30

2.11.2同步信号32

2.12下行链路帧结构32

2.13上行链路帧结构33

2.14MIMO34

2.14.1接收分集34

2.14.2发射分集34

2.14.3空分复用36

2.14.4波束赋形37

2.14.5循环延迟分集38

2.15MIMO模式38

2.16物理层数据处理39

2.17下行链路数据处理39

2.18上行链路数据处理40

2.18.1SC-FDM41

2.18.2MU-MIMO42

2.19本章小结43

参考文献43

3MATLAB通信系统设计44

3.1系统开发流程44

3.2挑战和能力44

3.3关注点45

3.4目标45

3.5MATLAB的物理层模型46

3.6MATLAB46

3.7MATLAB工具箱47

3.8Simulink组件47

3.9建模与仿真48

3.9.1DSP系统工具箱48

3.9.2通信系统工具箱48

3.9.3并行计算工具箱49

3.9.4定点型设计器49

3.10原型建模与实现49

3.10.1MATLAB 代码生成器50

3.10.2硬件实现50

3.11系统对象介绍51

3.11.1通信系统工具箱的系统对象51

3.11.2系统对象的测试平台52

3.11.3系统对象函数54

3.11.4字符误码率仿真56

3.12MATLAB信道编码实例57

3.12.1纠错与检错57

3.12.2卷积码58

3.12.3硬判决Viterbi译码58

3.12.4软判决Viterbi译码60

3.12.5Turbo编码62

3.13本章小结64

参考文献65

4调制和编码66

4.1LTE调制方案66

4.1.1MATLAB实例68

4.1.2BER测量72

4.2比特级绕码74

4.2.1MATLAB实例75

4.2.2BER测量78

4.3信道编码79

4.4Turbo编码79

4.4.1Turbo 编码器80

4.4.2Turbo译码器81

4.4.3MATLAB实例81

4.4.4BER测量83

4.5早期终止机制87

4.5.1MATLAB实例87

4.5.2BER测量88

4.5.3计时测量91

4.6码率匹配91

4.6.1MATLAB实例92

4.6.2BER测量95

4.7码块分段97

4.7.1MATLAB实例97

4.8LTE传输信道处理99

4.8.1MATLAB实例99

4.8.2BER测量101

4.9本章小结103

参考文献103

5OFDM104

5.1信道建模104

5.1.1大尺度和小尺度衰落104

5.1.2多径衰落效应105

5.1.3多普勒效应105

5.1.4MATLAB实例105

5.2讨论范围110

5.3工作流程110

5.4OFDM和多径衰落110

5.5OFDM和信道响应估计111

5.6频域均衡112

5.7LTE资源网格112

5.8配置资源网格114

5.8.1CSR符号114

5.8.2DCI符号115

5.8.3BCH符号115

5.8.4同步符号116

5.8.5用户数据符号116

5.9参考信号生成118

5.10资源元素映射120

5.11OFDM信号生成124

5.12信道建模125

5.13OFDM接收端127

5.14资源元素反映射129

5.15信道估计131

5.16均衡器增益计算133

5.17信道可视化134

5.18下行链路传输模式1135

5.18.1SISO模型135

5.18.2SIMO模型142

5.19本章小结150

参考文献151

6MIMO152

6.1MIMO定义152

6.2MIMO的动机153

6.3MIMO的种类153

6.3.1接收端合并技术153

6.3.2发射分集154

6.3.3空分复用154

6.4MIMO的覆盖范围154

6.5MIMO信道154

6.5.1MATLAB实现155

6.5.2LTE特征信道模型157

6.5.3MATLAB实现159

6.5.4MIMO信道初始化160

6.5.5添加AWGN161

6.6MIMO的一般特征161

6.6.1MIMO资源网格结构162

6.6.2资源元素映射163

6.6.3资源元素反映射166

6.6.4基于CSR的信道估计170

6.6.5信道估计函数171

6.6.6信道估计扩展173

6.6.7理想信道估计177

6.6.8信道响应提取179

6.7MIMO的特殊特征180

6.7.1 发射分集180

6.7.2收发器启动函数188

6.7.3下行链路传输模式2197

6.7.4空分复用204

6.7.5空分复用中的MIMO操作207

6.7.6下行链路传输模式4215

6.7.7开环空分复用229

6.7.8下行链路传输模式3233

6.8本章小结240

参考文献241

第7章链路自适应242

7.1系统模型243

7.2LTE中的链路自适应244

7.2.1信道质量估计244

7.2.2预编码矩阵估计245

7.2.3秩估计245

7.3MATLAB实例245

7.3.1CQI估计245

7.3.2PMI估计248

7.3.3RI估计249

7.4子帧间的链路自适应252

7.4.1收发端模型结构253

7.4.2更新收发端参数结构体254

7.5自适应调制255

7.5.1无自适应255

7.5.2随机变更调制方案256

7.5.3基于CQI的自适应256

7.5.4收发端性能验证257

7.5.5结论259

7.6自适应调制与编码率260

7.6.1无自适应260

7.6.2随机变更调制方案261

7.6.3基于CQI的自适应261

7.6.4收发端性能验证262

7.6.5结论262

7.7自适应预编码264

7.7.1基于PMI的自适应266

7.7.2收发端性能验证267

7.7.3结论268

7.8自适应MIMO268

7.8.1基于RI的自适应270

7.8.2收发端性能验证271

7.8.3结论272

7.9下行链路控制信息272

7.9.1MCS272

7.9.2自适应率275

7.9.3DCI处理275

7.10本章小结279

参考文献280

8系统级建模281

8.1系统模型281

8.1.1发射端模型282

8.1.2发射端模型的MATLAB模型283

8.1.3信道模型285

8.1.4信道模型的MALTAB模型285

8.1.5接收端模型286

8.1.6接收端模型的MATLAB模型287

8.2用MATLAB构建的系统模型289

8.3定量评估291

8.3.1传输模式的影响291

8.3.2BER与SNR的函数关系293

8.3.3信道估计技术的影响295

8.3.4信道模型的影响295

8.3.5信道时延扩散与循环前缀的影响296

8.3.6MIMO接收器算法的影响297

8.4吞吐量分析298

8.5用Simulink进行系统建模299

8.5.1构建一个Simulink模型301

8.5.2Simulink集成MATLAB算法302

8.5.3参数初始化309

8.5.4运行仿真311

8.5.5引入参数对话框313

8.6定量评估321

8.6.1声音信号传输321

8.6.2主观声音质量测试322

8.7本章小结323

参考文献323

9仿真324

9.1提升MATLAB仿真速度324

9.2工作流程325

9.3实例研究：LTE PDCCH处理326

9.4基准算法327

9.5MATLAB代码剖析329

9.6MATLAB代码优化331

9.6.1向量化331

9.6.2预分配337

9.6.3系统对象340

9.7使用加速功能351

9.7.1MATLAB—C代码生成352

9.7.2并行运算353

9.8使用Simulink模型355

9.8.1创建Simulink模型355

9.8.2验证数值等价性356

9.8.3Simulink基准模型357

9.8.4优化Simulink模型358

9.9GPU辅助运算366

9.9.1在MATLAB中启动GPU功能367

9.9.2GPU优化系统对象367

9.9.3使用单一GPU系统对象368

9.9.4GPU参与并行计算370

9.10实例研究：在GPU上进行Turbo编码374

9.10.1基于CPU处理基准算法374

9.10.2基于GPU处理Turbo译码器377

9.10.3基于GPU处理多个系统对象378

9.10.4多帧和大数据长度380

9.10.5使用单精度数据类型383

9.11本章小结385

10基于C/C++代码的原型构建387

10.1应用范围387

10.2 动机388

10.3 要求388

10.4 MATLAB代码的构思389

10.5 如何创建代码389

10.5.1实例研究：频域均衡389

10.5.2使用MATLAB命令390

10.5.3使用MATLAB代码转换器工程392

10.6转换的C代码的结构397

10.7 支持的MATLAB子集398

10.7.1代码转换准备398

10.7.2实例研究：插入导频信号399

10.8复数和本地C类型400

10.9 系统工具箱支持403

10.9.1实例研究：FFT和反FFT403

10.10 定点型数据支持408

10.10.1实例研究：FFT函数409

10.11可变长度数据支持412

10.11.1实例研究：自适应性调制412

10.11.2 定长代码转换413

10.11.3有界变长数据417

10.11.4 无界变长数据419

10.12集成外部C/C++代码421

10.12.1 算法421

10.12.2执行MATLAB测试平台423

10.12.3 生成C代码425

10.12.4接口函数C代码426

10.12.5主函数C代码429

10.12.6编译和连接430

10.12.7执行C测试平台432

10.13 本章小结433

参考文献433

11总结434

11.1 建模434

11.1.1 理论构思434

11.1.2标准规范435

11.1.3 MATLAB算法435

11.2 仿真436

11.2.1 仿真加速437

11.2.2 加速方法437

11.2.3实现437

11.3 未来工作的方向438

11.3.1 用户层面438

11.3.2 控制层面处理439

11.3.3 混合自动重传请求439

11.3.4 系统接入模型439

11.4结语440

译后记441

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作者简介

本书通过关键核心技术的理论概览、简明扼要地讨论LTE标准规范和用于仿真LTE标准所需的MATLAB算法这三个部分审视了LTE标准的物理层，并通过一系列的程序，展现了每一种LTE的核心技术，通过一步步综合这些核心技术，最终建立LTE物理层的系统模型并评价系统性能。通过这一循序渐进的过程，读者将会在仿真中深入理解LTE的技术构思和标准规范。本书适合通信、电子工程和计算机专业的学生、研究者和教授阅读、也可供通信系统的工程师、设计师和配置人员参考。

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