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內(nèi)容簡介

　　迭代是一項(xiàng)重要的技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)領(lǐng)域。本書利用因子圖模型，提出了一個(gè)數(shù)字迭代接收機(jī)算法的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)框架，并揭示了迭代接收機(jī)算法與重要的經(jīng)典算法之間的聯(lián)系。本書首先由數(shù)字通信的基礎(chǔ)概念講起，循序漸進(jìn)地講解復(fù)雜的知識點(diǎn)，并最終引出先進(jìn)的迭代接收機(jī)算法。此外，本書詳細(xì)討論了其在實(shí)際通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括Turbo碼和LDPC碼的譯碼、多天線系統(tǒng)與多用戶系統(tǒng)的檢測等。讀者通過學(xué)習(xí)這個(gè)直觀的框架，可以領(lǐng)會(huì)到如何將因子圖應(yīng)用于解決實(shí)際問題中（不僅僅局限于數(shù)字接收機(jī)問題），并進(jìn)一步設(shè)計(jì)出新型算法。本書列舉了許多示例以及算法偽代碼，對于電子工程專業(yè)與計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的研究生、研究人員和通信行業(yè)從業(yè)者都大有裨益。

作者簡介

　　亨克·威米爾施，查爾默斯理工大學(xué)教授，主要研究數(shù)字通信、定位和統(tǒng)計(jì)推斷的算法設(shè)計(jì)。李彬，北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院助理教授，北京理工大學(xué)長三角研究生院（嘉興）的“復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)同探測與控制（BISC）”創(chuàng)新研究中心成員。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目和青年教師學(xué)術(shù)啟動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目，并作為骨干成員參與國防創(chuàng)新特區(qū)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等研究。武楠，北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院教授，北京理工大學(xué)長三角研究生院（嘉興）的“復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)同探測與控制（BISC）”創(chuàng)新研究中心成員。主要研究方向?yàn)闊o線移動(dòng)通信、信號處理技術(shù)。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持了多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的研究工作。以第一/二作者或通信作者共發(fā)表論文50余篇，其中SCI檢索20余篇，授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)。獲得“2013年全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文”（百篇優(yōu)博）榮譽(yù)、2019年中國電子學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等。王華，北京理工大學(xué)信息與電子學(xué)院教授。主要研究領(lǐng)域包括衛(wèi)星通信傳輸技術(shù)、空天地一體化無線傳輸技術(shù)、IoE波形設(shè)計(jì)與接入技術(shù)、認(rèn)知無線電技術(shù)及抗干擾傳輸技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)

圖書目錄

第1 章　概述 ……………………………………………………………… 001
　 1. 1　著書緣由 ……………………………………………………………… 001
　 1. 2　本書結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………… 002
第2 章　數(shù)字通信 ………………………………………………………… 004
　 2. 1　概述 …………………………………………………………………… 004
　 2. 2　數(shù)字通信基礎(chǔ) ………………………………………………………… 005
　　 2. 2. 1　從比特到波形…………………………………………………… 005
　　 2. 2. 2　信道模型 ………………………………………………………… 007
　　 2. 2. 3　通信方案 ………………………………………………………… 008
　 2. 3　單用戶單天線通信…………………………………………………… 008
　　 2. 3. 1　單載波調(diào)制 ……………………………………………………… 008
　　 2. 3. 2　多載波調(diào)制———OFDM ………………………………………… 009
　 2. 4　多天線通信 …………………………………………………………… 010
　　 2. 4. 1　單載波調(diào)制 ……………………………………………………… 010
　　 2. 4. 2　多載波調(diào)制———MIMO - OFDM ……………………………… 012
　 2. 5　多用戶通信 …………………………………………………………… 013
　 2. 6　目標(biāo)和系統(tǒng)假設(shè) ……………………………………………………… 015
第3 章　估計(jì)理論和蒙特卡羅技術(shù) …………………………………… 017
　 3. 1　概述 …………………………………………………………………… 017
　 3. 2　貝葉斯估計(jì) …………………………………………………………… 017
　　 3. 2. 1　問題描述 ………………………………………………………… 018
　　 3. 2. 2　連續(xù)變量的估計(jì)………………………………………………… 019
　　 3. 2. 3　離散變量的估計(jì)………………………………………………… 021
　 3. 3　蒙特卡羅技術(shù) ………………………………………………………… 022
　　 3. 3. 1　粒子化表示 ……………………………………………………… 023
　　 3. 3. 2　低維系統(tǒng)的采樣………………………………………………… 025
　　 3. 3. 3　高維系統(tǒng)的采樣………………………………………………… 028
　 3. 4　本章要點(diǎn) ……………………………………………………………… 030
第4 章　因子圖與和積算法 …………………………………………… 031
　 4. 1　因子圖簡史 …………………………………………………………… 031
　 4. 2　十分鐘因子圖之旅…………………………………………………… 034
　　 4. 2. 1　因子圖 …………………………………………………………… 034
　　 4. 2. 2　邊緣函數(shù)與和積算法…………………………………………… 035
　 4. 3　圖論、因子和因子圖 ………………………………………………… 038
　　 4. 3. 1　圖論基礎(chǔ) ………………………………………………………… 038
　　 4. 3. 2　函數(shù) 因式分解和邊緣 ………………………………………… 040
　　 4. 3. 3　因子圖 …………………………………………………………… 042
　 4. 4　邊緣與和積算法 ……………………………………………………… 046
　　 4. 4. 1　連通無環(huán)因式分解的邊緣函數(shù) ……………………………… 046
　　 4. 4. 2　第一步變量分割 ……………………………………………… 046
　　 4. 4. 3　第二步因式分組 ……………………………………………… 048
　　 4. 4. 4　第三步計(jì)算邊緣函數(shù) ………………………………………… 049
　　 4. 4. 5　和積算法 ………………………………………………………… 053
　 4. 5　標(biāo)準(zhǔn)因子圖 …………………………………………………………… 057
　　 4. 5. 1　起源 ……………………………………………………………… 057
　　 4. 5. 2　定義 ……………………………………………………………… 058
　 4. 6　因子圖剖析 …………………………………………………………… 060
　　 4. 6. 1　選擇因子圖的原因……………………………………………… 060
　　 4. 6. 2　打開和關(guān)閉節(jié)點(diǎn)………………………………………………… 061
　　 4. 6. 3　計(jì)算聯(lián)合邊緣函數(shù)……………………………………………… 062
　　 4. 6. 4　復(fù)雜度分析 ……………………………………………………… 062
　　 4. 6. 5　連續(xù)變量的處理方法…………………………………………… 063
　　 4. 6. 6　不連通和有環(huán)分解……………………………………………… 063
　 4. 7　求和運(yùn)算與求積運(yùn)算………………………………………………… 065
　　 4. 7. 1　概述 ……………………………………………………………… 065
　　 4. 7. 2　最大和算法 ……………………………………………………… 066
　 4. 8　本章要點(diǎn) ……………………………………………………………… 067
第5 章　基于因子圖的統(tǒng)計(jì)推斷 ……………………………………… 069
　 5. 1　概述 …………………………………………………………………… 069
　 5. 2　一般性表述 …………………………………………………………… 070
　　 5. 2. 1　統(tǒng)計(jì)推斷的五大問題…………………………………………… 070
　　 5. 2. 2　打開節(jié)點(diǎn) ………………………………………………………… 070
　　 5. 2. 3　因子圖上的推斷………………………………………………… 071
　　 5. 2. 4　示例 ……………………………………………………………… 073
　 5. 3　消息及其表示 ………………………………………………………… 077
　　 5. 3. 1　消息縮放 ………………………………………………………… 078
　　 5. 3. 2　分布形式的消息………………………………………………… 080
　　 5. 3. 3　離散變量的消息表示…………………………………………… 081
　　 5. 3. 4　連續(xù)變量的消息表示…………………………………………… 085
　 5. 4　循環(huán)推斷 ……………………………………………………………… 090
　 5. 5　本章要點(diǎn) ……………………………………………………………… 094
第6 章　狀態(tài)空間模型 …………………………………………………… 095
　 6. 1　概述 …………………………………………………………………… 095
　 6. 2　狀態(tài)空間模型 ………………………………………………………… 096
　　 6. 2. 1　定義 ……………………………………………………………… 096
　　 6. 2. 3　狀態(tài)空間模型下的和積算法…………………………………… 098
　　 6. 2. 4　三類狀態(tài)空間模型……………………………………………… 101
　 6. 3　隱馬爾可夫模型 ……………………………………………………… 102
　　 6. 3. 1　概述 ……………………………………………………………… 102
　　 6. 3. 2　邊緣后驗(yàn)分布計(jì)算……………………………………………… 102
　　 6. 3. 3　似然函數(shù)計(jì)算…………………………………………………… 104
　　 6. 3. 4　聯(lián)合后驗(yàn)分布的眾數(shù)計(jì)算……………………………………… 104
　　 6. 3. 5　小結(jié) ……………………………………………………………… 105
　 6. 4　線性高斯模型 ………………………………………………………… 106
　　 6. 4. 1　概述 ……………………………………………………………… 106
　　 6. 4. 2　求解邊緣后驗(yàn)分布……………………………………………… 108
　　 6. 4. 3　求解模型的似然………………………………………………… 114
　　 6. 4. 4　求解聯(lián)合后驗(yàn)分布的眾數(shù)……………………………………… 114
　　 6. 4. 5　小結(jié) ……………………………………………………………… 115
　 6. 5　狀態(tài)空間模型的近似推斷…………………………………………… 115
　　 6. 5. 1　概述 ……………………………………………………………… 115
　　 6. 5. 2　邊緣后驗(yàn)分布的計(jì)算…………………………………………… 116
　　 6. 5. 3　似然函數(shù)的計(jì)算………………………………………………… 119
　　 6. 5. 4　小結(jié) ……………………………………………………………… 120
　 6. 6　本章要點(diǎn) ……………………………………………………………… 120
第7 章　數(shù)字通信中的因子圖 ………………………………………… 121
　 7. 1　概述 …………………………………………………………………… 121
　 7. 2　總體原理 ……………………………………………………………… 122
　　 7. 2. 1　數(shù)字接收機(jī)的推斷問題………………………………………… 122
　　 7. 2. 2　因子圖 …………………………………………………………… 123
　 7. 3　打開節(jié)點(diǎn) ……………………………………………………………… 123
　　 7. 3. 1　原理 ……………………………………………………………… 123
　　 7. 3. 2　打開先驗(yàn)節(jié)點(diǎn)…………………………………………………… 124
　　 7. 3. 3　打開似然節(jié)點(diǎn)…………………………………………………… 124
　 7. 4　本章要點(diǎn) ……………………………………………………………… 126
第8 章　譯碼 ……………………………………………………………… 127
　 8. 1　概述 …………………………………………………………………… 127
　 8. 2　目標(biāo) …………………………………………………………………… 128
　 8. 3　分組碼 ………………………………………………………………… 129
　　 8. 3. 1　基本概念 ………………………………………………………… 129
　　 8. 3. 2　兩種編碼 ………………………………………………………… 129
　　 8. 3. 3　編碼與因子圖…………………………………………………… 131
　　 8. 3. 4　打孔 ……………………………………………………………… 132
　 8. 4　重復(fù)累積碼 …………………………………………………………… 133
　　 8. 4. 1　描述 ……………………………………………………………… 133
　　 8. 4. 2　因子圖 …………………………………………………………… 134
　　 8. 4. 3　基本組件 ………………………………………………………… 136
　　 8. 4. 4　重復(fù)累積碼的譯碼……………………………………………… 137
　 8. 5　低密度奇偶校驗(yàn)碼…………………………………………………… 142
　　 8. 5. 1　描述 ……………………………………………………………… 142
　　 8. 5. 2　因子圖 …………………………………………………………… 143
　　 8. 5. 3　基本組件 ………………………………………………………… 144
　　 8. 5. 4　低密度奇偶校驗(yàn)碼的譯碼……………………………………… 146
　 8. 6　卷積碼 ………………………………………………………………… 148
　　 8. 6. 1　描述 ……………………………………………………………… 148
　　 8. 6. 2　因子圖 …………………………………………………………… 150
　　 8. 6. 3　基本組件 ………………………………………………………… 151
　　 8. 6. 4　卷積碼的譯碼…………………………………………………… 153
　　 8. 6. 5　序列檢測 ………………………………………………………… 154
　 8. 7　 Turbo 碼 ……………………………………………………………… 155
　　 8. 7. 1　描述 ……………………………………………………………… 155
　　 8. 7. 2　因子圖 …………………………………………………………… 156
　　 8. 7. 3　 Turbo 碼的譯碼 ………………………………………………… 157
　 8. 8　性能闡述 ……………………………………………………………… 159
　 8. 9　本章要點(diǎn) ……………………………………………………………… 160
第9 章　解映射 …………………………………………………………… 162
　 9. 1　概述 …………………………………………………………………… 162
　 9. 2　目標(biāo) …………………………………………………………………… 163
　 9. 3　比特交織編碼調(diào)制…………………………………………………… 163
　　 9. 3. 1　原理 ……………………………………………………………… 163
　　 9. 3. 2　因子圖 …………………………………………………………… 164
　　 9. 3. 3　基本組件 ………………………………………………………… 164
　　 9. 3. 4　解映射算法 ……………………………………………………… 166
　　 9. 3. 5　與譯碼節(jié)點(diǎn)的交互……………………………………………… 166
　 9. 4　網(wǎng)格編碼調(diào)制 ………………………………………………………… 167
　　 9. 4. 1　描述 ……………………………………………………………… 167
　　 9. 4. 2　因子圖 …………………………………………………………… 167
　　 9. 4. 3　解映射算法 ……………………………………………………… 168
　　 9. 4. 4　序列檢測 ………………………………………………………… 168
　 9. 5　性能闡述 ……………………………………………………………… 169
　 9. 6　本章要點(diǎn) ……………………………………………………………… 170
第10 章　均衡總體概述………………………………………………… 171
　 10. 1　概述 ………………………………………………………………… 171
　 10. 2　問題描述 …………………………………………………………… 172
　 10. 3　均衡算法 …………………………………………………………… 173
　　 10. 3. 1　概述 …………………………………………………………… 173
　　 10. 3. 2　和積算法均衡器 ……………………………………………… 174
　　 10. 3. 3　結(jié)構(gòu)化均衡器 ………………………………………………… 175
　　 10. 3. 4　狀態(tài)空間模型均衡器 ………………………………………… 176
　　 10. 3. 5　滑動(dòng)窗均衡器 ………………………………………………… 177
　　 10. 3. 6　蒙特卡羅均衡器 ……………………………………………… 180
　　 10. 3. 7　高斯/最小均方誤差均衡器…………………………………… 182
　 10. 4　與解映射和解碼節(jié)點(diǎn)的交互 ……………………………………… 185
　 10. 5　性能闡述 …………………………………………………………… 186
　 10. 6　本章要點(diǎn) …………………………………………………………… 187
第11 章　均衡單用戶單天線通信 …………………………………… 188
　 11. 1　概述 ………………………………………………………………… 188
　 11. 2　單載波調(diào)制 ………………………………………………………… 190
　　 11. 2. 1　接收信號波形 ………………………………………………… 190
　　 11. 2. 2　匹配濾波接收機(jī) ……………………………………………… 190
　　 11. 2. 3　白化匹配濾波接收機(jī) ………………………………………… 192
　　 11. 2. 4　過采樣接收機(jī) ………………………………………………… 193
　 11. 3　多載波調(diào)制 ………………………………………………………… 194
　　 11. 3. 1　接收信號波形 ………………………………………………… 194
　　 11. 3. 2　 OFDM 接收機(jī) ………………………………………………… 194
　 11. 4　本章要點(diǎn) …………………………………………………………… 197
第12 章　均衡多天線通信 …………………………………………… 198
　 12. 1　概述 ………………………………………………………………… 198
　 12. 2　單載波調(diào)制 ………………………………………………………… 199
　　 12. 2. 1　接收信號波形 ………………………………………………… 199
　　 12. 2. 2　頻率平坦信道下的接收機(jī) …………………………………… 200
　　 12. 2. 3　頻率選擇性信道下的接收機(jī) ………………………………… 202
　 12. 3　多載波調(diào)制 ………………………………………………………… 203
　　 12. 3. 1　接收信號波形 ………………………………………………… 203
　　 12. 3. 2　 MIMO-OFDM 接收機(jī) ………………………………………… 204
　 12. 4　本章要點(diǎn) …………………………………………………………… 206
第13 章　均衡多用戶通信 …………………………………………… 207
　 13. 1　概述 ………………………………………………………………… 207
　 13. 2　直接序列碼分多址 ………………………………………………… 208
　　 13. 2. 1　接收信號波形 ………………………………………………… 208
　　 13. 2. 2　同步傳輸下的接收機(jī) ………………………………………… 209
　　 13. 2. 3　異步傳輸下的接收機(jī) ………………………………………… 211
　 13. 3　正交頻分多址 ……………………………………………………… 213
　　 13. 3. 1　接收信號波形 ………………………………………………… 214
第14 章　同步和信道估計(jì) ……………………………………………… 216
　 14. 1　概述 ………………………………………………………………… 216
　 14. 2　信道估計(jì) 同步和因子圖…………………………………………… 217
　　 14. 2. 1　傳統(tǒng)方法 ……………………………………………………… 217
　　 14. 2. 2　因子圖方法 …………………………………………………… 217
　 14. 3　示例 ………………………………………………………………… 218
　 14. 4　本章要點(diǎn)
附錄
　附錄1　重要的矩陣類型
　附錄2　隨機(jī)變量和分布
　附錄3　信號表示
參考文獻(xiàn)