具有确定性信道的MIMO通信系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有确定性信道的MIMO通信系统及其天线布置方法。即使在视距通信期间存在除直接波以外的反射波，也可以确保该系统的正交性。该MIMO通信系统被用在视距环境中，并且在布置有多个发送天线的发送方和布置有多个接收天线的接收方之间具有确定性通信路径。该MIMO通信系统的发送方、接收方或者发送方和接收方两者具有通信路径矩阵计算装置，用于计算通信路径矩阵，该通信路径矩阵用于构造作为通信路径的正交传输路径。形成所述通信路径矩阵的发送天线和接收天线被水平布置。

【技术实现步骤摘要】
具有确定性信道的MIMO通信系统分案申请说明本申请是申请日为2008年08月01日、题为“具有确定性信道的MIMO通信系统及其天线布置方法”的中国专利技术专利申请No.200880101571.7(PCT国际申请PCT/JP2008/063893)的分案申请。
本专利技术涉及视距(Line-Of-Sight，LOS)环境中的空间分割复用方法(以下称之为“MIMO(多输入/多输出)”)，更具体而言涉及诸如固定点微波通信系统之类的具有确定性信道(deterministicchannel)的MIMO通信系统，以及用于它的天线布置方法。
技术介绍
使用MIMO的技术在无线通信领域已经变得流行起来，而MIMO本身已经不再是新技术。然而，使用MIMO的传统技术主要专注于移动通信，MIMO在固定点通信中的应用尚未被充分考查。在移动通信无线电信道中，来自发送天线的无线电波根据周围地形被反射或散射，并以一组波的形式到达接收机，从而导致了衰落(fading)现象的发生，而这种现象曾是实现高质量通信的障碍。移动通信中的MIMO技术并不把衰落现象看成坏事，而是把它看作移动通信无线电传播中固有的、有着巨大潜力的环境资源。在这一点上，MIMO技术被认为是革命性的技术。虽然示例的量比移动通信少，但NPL(非专利文献)1公开了将这种MIMO技术应用到其中无线电信道被确定的视距固定点无线电通信的结果。如上所述的移动通信把信道当作随机矩阵来对待。另一方面，视距固定点无线电通信需要把信道当作确定性信道来对待。以上NPL1如下描述了由于在发送方和接收方两者上扩展天线间隔而在构成发送天线和接收天线之间的信道的信道矩阵H上产生了何种效果。[式1]H·HH＝n·In其中n是天线数目，HH是信道矩阵H的厄米(Hermitian)转置矩阵，I是单位矩阵，并且对于以在发送方与接收方之间彼此对向的方式来线状布置的发送天线i和接收天线k，信号的相位旋转可利用以下公式来设定，从而发送天线和接收天线可由线状天线构成。[式2]假定n＝2，则信道矩阵H由以下公式表示。[式3]在此情况下，满足式1的条件的天线配置是可能的。NPL1描述了当式1的条件得到满足时，MIMO配置中的信道容量根据Hmax而变得最大。也就是说，基于MIMO的信道容量的增大不仅可在经历反射或散射的移动通信环境中实现，而且可在确定性的视距通信环境中实现。现在，考虑这种确定性视距MIMO被应用到小型固定点微波通信系统的情况。一般来说，小型固定点微波通信系统使用几GHz到几十GHz的频带，就波长而言这对应于几mm到几cm。因此，由于对诸如风或者周围温度之类的天气条件的微小变化有很高敏感度的天线方向的运动，可能发生相当大的相位旋转。在这种条件下，难以确保确定性信道矩阵。注意，下文中要以解析方式描述的理论分析表明，即使当高敏感度天线方向的位移发生时，也能够实现信道容量的上述增大。在MIMO技术中，多个独立信号在同一频带上被发送/接收。因此，信号分离/检测成为必要。作为实现这个的一种手段，已知一种基于使用通过奇异值分解(SingularValueDecomposition，SVD)而获得的酉矩阵(unitarymatrix)的矩阵计算的方法(以下称之为SVD方法)。在SVD方法中假设用于构造酉矩阵的反馈信息可被理想地从接收端发送到发送端。在此情况下，即使发生高敏感度天线方向的上述位移，酉矩阵也可以起到针对该位移进行补偿的作用。结果，基于MIMO能够实现大容量固定点微波通信。然而，上述反馈信息可能增加系统开销。此外，必须准备用于交换反馈信息的反向信道。注意，下文要描述的信道矩阵H的建模执行包括高敏感度天线方向的位移在内的分析。当对其中信道为确定性的视距固定信道执行奇异值分析时，存在一天线间位置，在该天线间位置处，特征值(eigenvalue)是重根状况，从而生成奇异点。虽然奇异值是唯一确定的，但奇异向量不是唯一的。这个状态就解析上而言是尤其棘手的，它可能导致奇异向量的重大迁移。然而，通过利用此现象，可能实现各种配置。下文中将详细描述利用这些特性的配置的各种示例。作为确定性视距MIMO中的主要问题，存在这样的问题，即在上述传统方法中，在发送方或接收方必须实现天线之间的载波同步。也就是说，发送方或接收方的多个天线之间的相位需要是相等的或者需要具有恒定的相位差。另一方面，在固定点微波通信系统中，必须考虑到要使用的频率来加宽天线间隔。因此，包括本地振荡器在内的无线电设备被安装在天线附近。也就是说，在天线之间必须实现载波同步这个问题对固定点微波通信系统的构造施加了严重的限制。{引用列表}{非专利文献}{NPL1}P.F.Driessen和G.J.Foschini，″OntheCapacityFormulaforMultipleInput-MultipleOutputWirelessChannels：AGeometricInterpretation″，IEEETransactionsonCommunications，Vol.47，No.2，Feb.1999，pp.173-176
技术实现思路
{技术问题}假定已经实现了基于MIMO的虚拟正交信道，这种虚拟正交信道满足上述对固定点微波通信系统的构造施加的严重限制。然而，在除直接波以外的反射波存在于视距信道中的情况下，用于MIMO形成的虚拟正交信道的正交性由于反射波的存在而无法得到维持。本专利技术是考虑到上述问题而作出的，并且本专利技术的一个目的是提供一种具有确定性信道的MIMO通信系统，其不仅能够像固定点微波通信系统那样通过向确定性视距信道应用MIMO来增大信道容量，而且即使在除直接波以外的反射波存在于视距信道中的情况下也能维持用于MIMO的虚拟正交信道的正交性，以及提供一种用于该MIMO通信系统的天线布置方法。本专利技术的另一个目的是提供一种具有确定性信道的MIMO通信系统，其不仅能够在无需SVD方法中需要从接收端发送到发送端以构造酉矩阵的反馈信息的情况下提供与传统SVD方法等同的性能，而且即使在除直接波以外的反射波存在于视距信道中的情况下也能维持用于MIMO的虚拟正交信道的正交性，以及提供一种用于该MIMO通信系统的天线布置方法。本专利技术的另一个目的是提供一种具有确定性信道的MIMO通信系统，其不仅能够解决在天线之间必须实现载波同步的问题(该问题对固定点微波通信系统的构造施加了严重限制)，而且即使在除直接波以外的反射波存在于视距信道中的情况下也能维持用于MIMO的虚拟正交信道的正交性，以及提供一种用于该MIMO通信系统的天线布置方法。本专利技术的另一个目的是提供一种具有确定性信道的MIMO通信系统，其不仅即使在由于因对诸如风或周围温度之类的天气条件的微小变化具有很高敏感度的天线方向的运动导致的重大相位旋转而难以确保确定性信道矩阵的条件下也能够提供与SVD方法等同的性能，而且即使在除直接波以外的反射波存在于视距信道中的情况下也能维持用于MIMO的虚拟正交信道的正交性，以及提供一种用于该MIMO通信系统的天线布置方法。{解决问题的方案}为了解决上述问题，在一种在布置有多个发送天线的发送方和布置有多个接收天线的接收方之间具有确定性信道并且用于视距环境中的第一MIMO通信系统以及用于该MIMO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在布置有多个发送天线的发送方和布置有多个接收天线的接收方之间具有确定性信道并且用于视距环境中的MIMO通信系统，该系统包括：在发送方或接收方或者发送方和接收方两者的信道矩阵计算处理装置，用于计算信道矩阵，该信道矩阵用于构造作为信道的正交信道，其中，构成所述信道矩阵的所述多个发送天线和所述多个接收天线相对于地面水平布置以使得直接波之间以及地面反射波之间实现正交性，并且所述信道矩阵计算处理装置基于从信道矩阵获得的矩阵使用在发送方的发送信号和/或在接收方的接收信号执行矩阵计算。

【技术特征摘要】
2007.08.02 JP 2007-2017731.一种在布置有多个发送天线的发送方和布置有多个接收天线的接收方之间具有确定性信道并且用于视距环境中的MIMO通信系统，该系统包括：在发送方或接收方或者发送方和接收方两者的信道矩阵计算处理装置，用于计算信道矩阵，该信道矩阵用于构造作为信道的正交信道，其中，构成所述信道矩阵的所述多个发送天线和所述多个接收天线相对于地面垂直布置以使得直接波之间以及地面反射波之间实现正交性，从地面起的天线高度是天线间隔的整数倍。2.根据权利要求1所述的在布置有多个发送天线的发送方和布置有多个接收天线的接收方之间具有确定性信道并且用于视距环境中的MIMO通信系统，其中所述信道矩阵计算处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：丸次夫，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP