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多用户分集是无线通信系统中一种新的分集方式。不同用户在同一时刻所经历的衰落不同,因此某个用户经历深衰落的同时,另外的用户可能有很好的信道质量,对于信道质量良好的用户,以高速率进行数据传输,而对那些信道质量较差的用户则以低速率传输甚至不传输,这就是机会通信的概念。机会通信就是人为地制造出随机波动范围大的信道,采用多用户分集的方式来提高系统总的吞吐量。多用户分集增益的大小与信道动态变化的快慢有关,因此在稀少散射物和慢衰落的环境下,多用户分集增益将减小。因此当信道缓慢变化时,就可以用机会波束形成技术使信道变化更加剧烈,从而提高多用户分集增益。
本文首先简单回顾了现有的机会波束成形技术,然后在传统机会波束成形的基础上,提出了两种改进的机会波束成形技术。
机会特征波束成形算法始终使用最强的波束进行传输,相比传统的机会波束成形算法,能有效地提高系统吞吐量,但该算法要求更多的反馈,系统反馈量增加,本文在该算法的基础上,提出了一种改进算法,每个用户计算特征波束向量和随机波束向量的相关性,那些相关性大于阈值的用户反馈它们的信噪比。改进算法性能在与原算法性能非常接近的基础上,能有效减少系统反馈量。
本文还提出了一种自适应波束选择的宽带机会波束成形算法,现有的宽带波束成形算法在每个子信道上利用多个波束进行传输,理论研究表明,当信道条件很好时,并不需要使用所有的波束进行传输,本文提出的算法能根据信道条件自适应地选择所需要的波束数量进行传输。并且利用反馈每簇子信道的中央子信道的方法,进一步减少多载波系统中的机会波束成形的反馈量。
最后,本文将机会波束成形技术用于宽带无线通信WiMAX系统中,传统的MIMO系统在发射端对信道作SVD分解及采用注水法来使信道容量达到理论容量极限,这样做要求大量的信道信息反馈,在实际系统中难以实现。而将机会波束成形作为一种等效的预编码技术取代原来的SVD分解,能减少系统反馈量,同时当系统中用户足够多时,总吞吐量能接近MIMO信道容量极限。