内容简介:
迭代是一项重要的技术，已经广泛应用于数字通信、图像处理、机器学习等多个领域。本书利用因子图模型，提出了一个数字迭代接收机算法的系统化设计框架，并揭示了迭代接收机算法与重要的经典算法之间的联系。本书首先由数字通信的基础概念讲起，循序渐进地讲解复杂的知识点，并最终引出先进的迭代接收机算法。此外，本书详细讨论了其在实际通信系统中的应用，包括Turbo码和LDPC码的译码、多天线系统与多用户系统的检测等。读者通过学习这个直观的框架，可以领会到如何将因子图应用于解决实际问题中（不仅仅局限于数字接收机问题），并进一步设计出新型算法。
本书列举了许多示例以及算法伪代码，对于电子工程专业与计算机工程专业的研究生、研究人员和通信行业从业者都大有裨益。作者简介:
亨克·威米尔施，查尔默斯理工大学教授，主要研究数字通信、定位和统计推断的算法设计。
李彬，北京理工大学信息与电子学院助理教授，北京理工大学长三角研究生院（嘉兴）的“复杂网络协同探测与控制（BISC）”创新研究中心成员。作为项目负责人主持国家自然科学基金青年项目和青年教师学术启动计划项目，并作为骨干成员参与国防创新特区项目、国家自然科学基金面上项目等研究。
武楠，北京理工大学信息与电子学院教授，北京理工大学长三角研究生院（嘉兴）的“复杂网络协同探测与控制（BISC）”创新研究中心成员。主要研究方向为无线移动通信、信号处理技术。作为项目负责人主持了多项国家自然科学基金项目的研究工作。以第一/二作者或通信作者共发表论文50余篇，其中SCI检索20余篇，授权发明专利10余项。获得“2013年全国优秀博士学位论文”（百篇优博）荣誉、2019年中国电子学会科学技术奖自然科学二等奖等。
王华，北京理工大学信息与电子学院教授。主要研究领域包括卫星通信传输技术、空天地一体化无线传输技术、IoE波形设计与接入技术、认知无线电技术及抗干扰传输技术、无线网络仿真技术目录:
第1 章 概述 ……………………………………………………………… 001
1. 1 著书缘由 ……………………………………………………………… 001
1. 2 本书结构 ……………………………………………………………… 002
第2 章 数字通信 ………………………………………………………… 004
2. 1 概述 …………………………………………………………………… 004
2. 2 数字通信基础 ………………………………………………………… 005
2. 2. 1 从比特到波形…………………………………………………… 005
2. 2. 2 信道模型 ………………………………………………………… 007
2. 2. 3 通信方案 ………………………………………………………… 008
2. 3 单用户单天线通信…………………………………………………… 008
2. 3. 1 单载波调制 ……………………………………………………… 008
2. 3. 2 多载波调制―――OFDM ………………………………………… 009
2. 4 多天线通信 …………………………………………………………… 010
2. 4. 1 单载波调制 ……………………………………………………… 010
2. 4. 2 多载波调制―――MIMO – OFDM ……………………………… 012
2. 5 多用户通信 …………………………………………………………… 013
2. 6 目标和系统假设 ……………………………………………………… 015
第3 章 估计理论和蒙特卡罗技术 …………………………………… 017
3. 1 概述 …………………………………………………………………… 017
3. 2 贝叶斯估计 …………………………………………………………… 017
3. 2. 1 问题描述 ………………………………………………………… 018
3. 2. 2 连续变量的估计………………………………………………… 019
3. 2. 3 离散变量的估计………………………………………………… 021
3. 3 蒙特卡罗技术 ………………………………………………………… 022
3. 3. 1 粒子化表示 ……………………………………………………… 023
3. 3. 2 低维系统的采样………………………………………………… 025
3. 3. 3 高维系统的采样………………………………………………… 028
3. 4 本章要点 ……………………………………………………………… 030
第4 章 因子图与和积算法 …………………………………………… 031
4. 1 因子图简史 …………………………………………………………… 031
4. 2 十分钟因子图之旅…………………………………………………… 034
4. 2. 1 因子图 …………………………………………………………… 034
4. 2. 2 边缘函数与和积算法…………………………………………… 035
4. 3 图论、因子和因子图 ………………………………………………… 038
4. 3. 1 图论基础 ………………………………………………………… 038
4. 3. 2 函数 因式分解和边缘 ………………………………………… 040
4. 3. 3 因子图 …………………………………………………………… 042
4. 4 边缘与和积算法 ……………………………………………………… 046
4. 4. 1 连通无环因式分解的边缘函数 ……………………………… 046
4. 4. 2 第一步 变量分割 ……………………………………………… 046
4. 4. 3 第二步 因式分组 ……………………………………………… 048
4. 4. 4 第三步 计算边缘函数 ………………………………………… 049
4. 4. 5 和积算法 ………………………………………………………… 053
4. 5 标准因子图 …………………………………………………………… 057
4. 5. 1 起源 ……………………………………………………………… 057
4. 5. 2 定义 ……………………………………………………………… 058
4. 6 因子图剖析 …………………………………………………………… 060
4. 6. 1 选择因子图的原因……………………………………………… 060
4. 6. 2 打开和关闭节点………………………………………………… 061
4. 6. 3 计算联合边缘函数……………………………………………… 062
4. 6. 4 复杂度分析 ……………………………………………………… 062
4. 6. 5 连续变量的处理方法…………………………………………… 063
4. 6. 6 不连通和有环分解……………………………………………… 063
4. 7 求和运算与求积运算………………………………………………… 065
4. 7. 1 概述 ……………………………………………………………… 065
4. 7. 2 最大和算法 ……………………………………………………… 066
4. 8 本章要点 ……………………………………………………………… 067
第5 章 基于因子图的统计推断 ……………………………………… 069
5. 1 概述 …………………………………………………………………… 069
5. 2 一般性表述 …………………………………………………………… 070
5. 2. 1 统计推断的五大问题…………………………………………… 070
5. 2. 2 打开节点 ………………………………………………………… 070
5. 2. 3 因子图上的推断………………………………………………… 071
5. 2. 4 示例 ……………………………………………………………… 073
5. 3 消息及其表示 ………………………………………………………… 077
5. 3. 1 消息缩放 ………………………………………………………… 078
5. 3. 2 分布形式的消息………………………………………………… 080
5. 3. 3 离散变量的消息表示…………………………………………… 081
5. 3. 4 连续变量的消息表示…………………………………………… 085
5. 4 循环推断 ……………………………………………………………… 090
5. 5 本章要点 ……………………………………………………………… 094
第6 章 状态空间模型 …………………………………………………… 095
6. 1 概述 …………………………………………………………………… 095
6. 2 状态空间模型 ………………………………………………………… 096
6. 2. 1 定义 ……………………………………………………………… 096
6. 2. 3 状态空间模型下的和积算法…………………………………… 098
6. 2. 4 三类状态空间模型……………………………………………… 101
6. 3 隐马尔可夫模型 ……………………………………………………… 102
6. 3. 1 概述 ……………………………………………………………… 102
6. 3. 2 边缘后验分布计算……………………………………………… 102
6. 3. 3 似然函数计算…………………………………………………… 104
6. 3. 4 联合后验分布的众数计算……………………………………… 104
6. 3. 5 小结 ……………………………………………………………… 105
6. 4 线性高斯模型 ………………………………………………………… 106
6. 4. 1 概述 ……………………………………………………………… 106
6. 4. 2 求解边缘后验分布……………………………………………… 108
6. 4. 3 求解模型的似然………………………………………………… 114
6. 4. 4 求解联合后验分布的众数……………………………………… 114
6. 4. 5 小结 ……………………………………………………………… 115
6. 5 状态空间模型的近似推断…………………………………………… 115
6. 5. 1 概述 ……………………………………………………………… 115
6. 5. 2 边缘后验分布的计算…………………………………………… 116
6. 5. 3 似然函数的计算………………………………………………… 119
6. 5. 4 小结 ……………………………………………………………… 120
6. 6 本章要点 ……………………………………………………………… 120
第7 章 数字通信中的因子图 ………………………………………… 121
7. 1 概述 …………………………………………………………………… 121
7. 2 总体原理 ……………………………………………………………… 122
7. 2. 1 数字接收机的推断问题………………………………………… 122
7. 2. 2 因子图 …………………………………………………………… 123
7. 3 打开节点 ……………………………………………………………… 123
7. 3. 1 原理 ……………………………………………………………… 123
7. 3. 2 打开先验节点…………………………………………………… 124
7. 3. 3 打开似然节点…………………………………………………… 124
7. 4 本章要点 ……………………………………………………………… 126
第8 章 译码 ……………………………………………………………… 127
8. 1 概述 …………………………………………………………………… 127
8. 2 目标 …………………………………………………………………… 128
8. 3 分组码 ………………………………………………………………… 129
8. 3. 1 基本概念 ………………………………………………………… 129
8. 3. 2 两种编码 ………………………………………………………… 129
8. 3. 3 编码与因子图…………………………………………………… 131
8. 3. 4 打孔 ……………………………………………………………… 132
8. 4 重复累积码 …………………………………………………………… 133
8. 4. 1 描述 ……………………………………………………………… 133
8. 4. 2 因子图 …………………………………………………………… 134
8. 4. 3 基本组件 ………………………………………………………… 136
8. 4. 4 重复累积码的译码……………………………………………… 137
8. 5 低密度奇偶校验码…………………………………………………… 142
8. 5. 1 描述 ……………………………………………………………… 142
8. 5. 2 因子图 …………………………………………………………… 143
8. 5. 3 基本组件 ………………………………………………………… 144
8. 5. 4 低密度奇偶校验码的译码……………………………………… 146
8. 6 卷积码 ………………………………………………………………… 148
8. 6. 1 描述 ……………………………………………………………… 148
8. 6. 2 因子图 …………………………………………………………… 150
8. 6. 3 基本组件 ………………………………………………………… 151
8. 6. 4 卷积码的译码…………………………………………………… 153
8. 6. 5 序列检测 ………………………………………………………… 154
8. 7 Turbo 码 ……………………………………………………………… 155
8. 7. 1 描述 ……………………………………………………………… 155
8. 7. 2 因子图 …………………………………………………………… 156
8. 7. 3 Turbo 码的译码 ………………………………………………… 157
8. 8 性能阐述 ……………………………………………………………… 159
8. 9 本章要点 ……………………………………………………………… 160
第9 章 解映射 …………………………………………………………… 162
9. 1 概述 …………………………………………………………………… 162
9. 2 目标 …………………………………………………………………… 163
9. 3 比特交织编码调制…………………………………………………… 163
9. 3. 1 原理 ……………………………………………………………… 163
9. 3. 2 因子图 …………………………………………………………… 164
9. 3. 3 基本组件 ………………………………………………………… 164
9. 3. 4 解映射算法 ……………………………………………………… 166
9. 3. 5 与译码节点的交互……………………………………………… 166
9. 4 网格编码调制 ………………………………………………………… 167
9. 4. 1 描述 ……………………………………………………………… 167
9. 4. 2 因子图 …………………………………………………………… 167
9. 4. 3 解映射算法 ……………………………………………………… 168
9. 4. 4 序列检测 ………………………………………………………… 168
9. 5 性能阐述 ……………………………………………………………… 169
9. 6 本章要点 ……………………………………………………………… 170
第10 章 均衡 总体概述………………………………………………… 171
10. 1 概述 ………………………………………………………………… 171
10. 2 问题描述 …………………………………………………………… 172
10. 3 均衡算法 …………………………………………………………… 173
10. 3. 1 概述 …………………………………………………………… 173
10. 3. 2 和积算法均衡器 ……………………………………………… 174
10. 3. 3 结构化均衡器 ………………………………………………… 175
10. 3. 4 状态空间模型均衡器 ………………………………………… 176
10. 3. 5 滑动窗均衡器 ………………………………………………… 177
10. 3. 6 蒙特卡罗均衡器 ……………………………………………… 180
10. 3. 7 高斯/最小均方误差均衡器…………………………………… 182
10. 4 与解映射和解码节点的交互 ……………………………………… 185
10. 5 性能阐述 …………………………………………………………… 186
10. 6 本章要点 …………………………………………………………… 187
第11 章 均衡 单用户单天线通信 …………………………………… 188
11. 1 概述 ………………………………………………………………… 188
11. 2 单载波调制 ………………………………………………………… 190
11. 2. 1 接收信号波形 ………………………………………………… 190
11. 2. 2 匹配滤波接收机 ……………………………………………… 190
11. 2. 3 白化匹配滤波接收机 ………………………………………… 192
11. 2. 4 过采样接收机 ………………………………………………… 193
11. 3 多载波调制 ………………………………………………………… 194
11. 3. 1 接收信号波形 ………………………………………………… 194
11. 3. 2 OFDM 接收机 ………………………………………………… 194
11. 4 本章要点 …………………………………………………………… 197
第12 章 均衡 多天线通信 …………………………………………… 198
12. 1 概述 ………………………………………………………………… 198
12. 2 单载波调制 ………………………………………………………… 199
12. 2. 1 接收信号波形 ………………………………………………… 199
12. 2. 2 频率平坦信道下的接收机 …………………………………… 200
12. 2. 3 频率选择性信道下的接收机 ………………………………… 202
12. 3 多载波调制 ………………………………………………………… 203
12. 3. 1 接收信号波形 ………………………………………………… 203
12. 3. 2 MIMO-OFDM 接收机 ………………………………………… 204
12. 4 本章要点 …………………………………………………………… 206
第13 章 均衡 多用户通信 …………………………………………… 207
13. 1 概述 ………………………………………………………………… 207
13. 2 直接序列码分多址 ………………………………………………… 208
13. 2. 1 接收信号波形 ………………………………………………… 208
13. 2. 2 同步传输下的接收机 ………………………………………… 209
13. 2. 3 异步传输下的接收机 ………………………………………… 211
13. 3 正交频分多址 ……………………………………………………… 213
13. 3. 1 接收信号波形 ………………………………………………… 214
第14 章 同步和信道估计 ……………………………………………… 216
14. 1 概述 ………………………………………………………………… 216
14. 2 信道估计 同步和因子图…………………………………………… 217
14. 2. 1 传统方法 ……………………………………………………… 217
14. 2. 2 因子图方法 …………………………………………………… 217
14. 3 示例 ………………………………………………………………… 218
14. 4 本章要点
附录
附录1 重要的矩阵类型
附录2 随机变量和分布
附录3 信号表示
参考文献
评论0