第 41 卷 第 3 期 电 子 科 技 大 学 学 报 Vol.41 No.3
2012年5月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China May 2012
多用户MISO系统中的最优机会多波束技术
侯卫民,苏 佳,王 静
(河北科技大学信息工程学院 石家庄 050026)
【摘要】机会波束技术通过形成随机波束达到了与信道奇异值分解相同的吞吐量,不需要准确地信道状态信息,反馈量
少。在正交波束提供的复用增益与各波束间的干扰间折衷而需要最优的发射波束数,为了获得不同情况下的最优波数个数,
该文采用数值分析的方法,分析了多用户多输入单输出机会波束系统中选择不同发射波束个数时的容量,通过比较不同波束
个数时系统的容量,得到最优发射波束个数。结果表明,最佳波束的个数随用户数增加而加大,随平均信噪比增加而下降。
关 键 词 波束选择; 多输入单输出系统; 机会波束; 系统容量
中图分类号 TN911.4 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2012.03.005
Opportunistic Multi-Beamforming in Multiuser MISO System
HOU Wei-min, SU Jia, and WANG Jin
(Institute of Information Science&Engineering, Heibei University of Science and Technology Shijiazhuang 050026)
Abstract The opportunistic beamforming system can achieve the same throughput with channel singular
value decomposition, and doesn’t need perfect channel-state information. Opportunistic multi-beamforming
improve system throughput by transmitting orthogonal beam, when increasing transmit beam number, the
space-reuse gain will improve and the interference between beams will increase, which is contradict. To obtain the
optimum number of transmitting beams, the paper analyze the throughput of MISO opportunistic beamforming
system’s capacity when adopt different number of transmitting beams. The results show that the optimum
transmitting beam number is increased with users number, decreased with the average SNR.
Key words beam selection; multi-input single-output(MISO); opportunistic beamforming; system
capacity
收稿日期:
2011 11 14; 修回日期:2012 02 20
作者简介: 侯卫民(1972 ), 男, 博士, 主要从事阵列信号处理方面的研究.
多天线技术充分利用了空间资源,能有效对抗
无线信道的衰落,提高频谱利用率和容量,是下一
代无线通信的关键技术。智能天线技术通过在有用
信号方向形成波束,有效地减少用户间干扰,已成
功地应用于TD-SCDMA系统中,但它需要精确知道
信号方位角,计算复杂度高。多用户分集技术利用
信道的随机衰落,调度处于最佳信道状态的用户进
行传输,获得分集增益,但受限于信道变化的范围
和速度,信道的波动范围大,分集增益才大。2002
年首次提出了机会波束(opportunistic beamforming,
OBF)的概念,即多个天线采用波束成形模式进行信
息传输,天线加权系数独立随机产生,且每个时隙
天线加权系数进行更新。OBF技术通过在发射端随
机形成正交波束,解决了信道波动范围小的问题,
同时不需要反馈完整的信道状态信息,用户只需反
馈接收信干噪比(SINR),就能显著提高系统吞吐量,
得到了广泛的关注
[1-4]
。
波束单机会形成技术通过始终与接收信噪比
(SNR)最大的用户通信提高了吞吐量,在用户数较大
时接近于相干波束的吞吐量
[5]
,但未完全利用多天
线提高的空间复用度。正交多波束传输技术通过同
时发射正交波束提供了多个独立信号输出路径增加
了吞吐量。机会多波束(opportunistic multi-
beamforming, OMB)每个时隙形成彼此正交的多个
波束,利用多个独立传输路径提高了吞吐量
[6-7]
。文
献[8] 分析了使用全波束时多用户MISO(multiple-
input single-output)系统的近似容量,得到使用全波
束时4根发射天线最为合理。由于增加波束带来的空
间复用增益与干扰加大的矛盾,存在一个使容量最
大的最优发射波束子集,文献[9-10]分析了不同的波
束子集选择方式:逐步增加波束、逐步减少波束以
及贪婪的波束选择方式。在不确定最优波束个数时,