具有确定性信道的MIMO通信系统和方法技术方案

本申请涉及具有确定性信道的MIMO通信系统和方法。一种具有确定性信道的MIMO通信系统，其中，MIMO被应用于具有固定几何位置关系的视距信道以增大信道容量。一种具有多个信道的视距MIMO通信系统包括在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧的信道矩阵计算处理部件。信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动更新正交信道形成矩阵。

MIMO communication system and method with deterministic channel

The present invention relates to a MIMO communication system and method with deterministic channel. A MIMO communication system with a deterministic channel in which the MIMO is applied to a line of sight channel with a fixed geometry relationship to increase the channel capacity. A line of sight MIMO communication system having a plurality of channels includes a channel matrix calculation processing unit at a transmitting side or at the receiving side or at both the transmitting and receiving sides. The channel matrix calculation processing unit updates the orthogonal channel forming matrix according to the change of the transmitting antenna position or the position of the receiving antenna or the change of the channel.

【技术实现步骤摘要】
本申请是PCT国际申请日为2007年11月19日、申请号为200780042738.2(PCT国际申请号为PCT/JP2007/072411)、名称为“具有确定性信道的MIMO通信系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及空分复用方法(以下，称为“MIMO(多输入多输出)”)，并且更具体地涉及适用于视距(line-of-sight)定点微波通信系统的MIMO通信系统。
技术介绍
近年来，使用MIMO的技术已经在无线通信领域盛行，而MIMO本身不再是新的技术。使用MIMO的传统技术主要集中于移动通信，并且将MIMO应用到固定通信还未被全面检验过。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的地形被反射或者被散射，从而以一组波的形式到达接收机，引起衰落现象的发生，衰落现象已经成为实现高质量通信的障碍。移动通信中的MIMO技术并不视衰落现象为恶魔，而是认为它是移动通信无线电传播中固有的具有很大潜能的环境资源。就这一点而言，MIMO技术被认为是革新技术。尽管在示例的数量上少于移动通信，但是非专利文献1公开了将这样的MIMO技术应用于无线电信道确定的视距固定无线电通信的结果。如上所述的移动通信将信道作为概率矩阵进行处理。另一方面，视距固定无线电通信需要将无线电信道作为确定性无线电信道进行处理，在确定性无线电信道中，发送天线和接收天线之间的几何位置关系是固定的。如下，以上非专利文献1记载了：由于在发送侧和接收侧两侧上的天线间隔长度的延伸，在构成发送天线和接收天线间的信道的信道矩阵H上产生了什么效应。【式1】H·HH＝n·In其中，n是天线数，HH是H的Hermitian转置矩阵，并且I是单位矩阵。根据非专利文献1，信号关于被直线布置以在发送侧和接收侧之间彼此面对的发送天线i和接收天线k的相位旋转通过以下公式来设置，从而发送天线和接收天线可以由直线式天线(linear antenna)构成。【式2】因此，当n＝2时，信道矩阵H由以下公式表示：【式3】其中，j是表示虚数的符号。在这种情况中，满足式1的条件的天线配置是可能的。非专利文献1记载了当式1的条件满足时，MIMO配置中的信道容量通过Hmax变成最大。即，不仅在经历了反射或散射的移动通信环境中，而且在确定性视距通信环境中，都可以预期基于MIMO的信道容量增大。另一方面，定点微波通信系统使用几GHz到几十GHz频带，几GHz到几十GHz频带对应于几mm到几Gm的波长。因此，由于对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向的移动，会发生明显的相位旋转。在这样的条件下，很难确保确定性信道矩阵。注意，稍后描述的理论分析将在解析上揭示：即使发生高度敏感的天线方向上的这种位移，仍然能够实现以上信道容量的增加。在MIMO技术中，在同一频带上发送/接收多个独立的信号。因此，信号分离/检测是必须的。作为实现此的手段，存在一种基于矩阵计算的公知方法(以下，称为SVD方法)，该矩阵计算使用通过奇异值分解(SVD)得到的酉矩阵(unitary matrix)。假定在SVD方法中，用于酉矩阵的构建的反馈信息可以从接收端被理想地发送给发送端。在这种情况中，即使发生以上高度敏感的天线方向上的位移，酉矩阵也操作来补偿该位移。结果，基于MIMO可以实现大容量定点微波通信。非专利文献1：IEEE TRANSACTION ON COMMUNICATIONS，VOL.47，NO.2，FEBRUARY 1999、PP.173-176、On the Capacity Formula for Multiple Input-Multiple Output Wireless Channels：A Geometric Interpretation
技术实现思路
本专利技术要解决的问题然而，以上反馈信息会增大系统开销。另外，必须准备用于交换反馈信息的反向信道。注意，稍后要描述的对信道矩阵H的建模执行包含高度敏感天线方向上的位移的分析。当针对信道确定的视距固定信道执行奇异值分析时，存在特征值是多重根条件以产生奇异点的天线间位置。尽管奇异值是唯一确定的，但是奇异向量不是唯一的。这个解析起来特别麻烦的状态会引起奇异向量的明显转变(transition)。然而，通过利用这一现象，可以有各种配置。稍后将描述利用这种特性的各种配置示例。作为确定性视距MIMO中的主要问题，在以上传统方法中存在必须在发送侧或接收侧实现天线间的载波同步的问题。即，在发送侧或接收侧，多个天线间的相位差必须相等或者必须具有恒定的相位差。另一方面，在定点微波通信系统中，鉴于要使用的频率，天线间隔长度必须加宽。相应地，包含本地振荡器的无线电装置被安装在天线附近。即，必须实现天线间的载波同步的问题对定点微波通信系统施加了严重的限制。因此，本专利技术的一个目的是提供具有确定性信道的MIMO通信系统及方法，其中，MIMO被应用于具有固定几何位置关系的视距信道以增大信道容量。本专利技术的另一个目的是提供这样的MIMO通信系统，该MIMO通信系统能够提供与传统的SVD方法等同的性能，而没有SVD方法中需要从接收端发送到发送端以用于的酉矩阵的构建的反馈信息。此外，本专利技术的主要目的是提供解决了必须实现天线间的载波同步的问题的MIMO通信系统，天线间的载波同步对定点微波通信系统的构建施加了严重的制约。本专利技术的另一个目的是提供这样的MIMO通信系统：即使在由于对诸如风或周围环境之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向上的移动引起的明显的相位旋转而难于确保确定性信道矩阵的条件下，该MIMO通信系统仍然能够提供与SVD方法等同的性能。根据本专利技术的MIMO是视距通信，所以在多个天线的信号之间存在某种相关性，并且在这点上，与传统移动通信中使用的MIMO不同。即，传统移动通信或室内无线LAN系统是基于在多个天线的信号之间不存在相关性的假设下实现的。因此，应当注意，与根据本专利技术的MIMO不同，传统的MIMO不在存在天线间的某种相关性的状态下操作。解决问题的手段为了解决以上问题，根据本专利技术，提供了一种包括多个信道的视距MIMO通信系统，其特征在于包括：在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧的信道矩阵计算处理部件，其中，信道矩阵计算处理部件根据发送天线(例如，电波传播中所使用的发送天线、发光装置、扬声器等)或接收天线(例如，电波传播中所使用的接收天线、光接收装置、麦克风等)的位置变动或信道的变动更新正交信道形成矩阵。为了虚拟正交信道的形成，设置信道的几何参数使得信道矩阵的特征值变成多重根条件，并且在发送侧或接收侧中的一侧执行对基于根据特征值得到的特征向量或根据特征向量的线性和得到的特征向量构成的酉矩阵的计算。MIMO通信系统是使用多个信道的定点微波通信系统，并且是通过使用针对发送和接收侧之一或两侧的各个天线独立设置的本地振荡器来构成的。MIMO通信系统包括用于对发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动进行检测的装置，并且基于来自该装置的检测结果，更新虚拟正交信道形成矩阵。本专利技术的优点根据本专利技术的MIMO通信系统包括多个信道。此外，该系统包括在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧的信道矩阵计算处理部件。信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置或接收天线位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视距MIMO通信系统，MIMO是指多输入多输出，所述系统包括多个信道，所述系统包括：信道矩阵计算处理部件，所述信道矩阵计算处理部件在发送侧上或在接收侧上或在发送和接收两侧上，其中所述信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。

【技术特征摘要】
2006.11.17 JP 2006-3122771.一种视距MIMO通信系统，MIMO是指多输入多输出，所述系统包括多个信道，所述系统包括：信道矩阵计算处理部件，所述信道矩阵计算处理部件在发送侧上或在接收侧上或在发送和接收两侧上，其中所述信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。2.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中，为了虚拟正交信道的形成，设置所述信道的几何参数使得所述信道矩阵的特征值变成多重根条件，并且在发送侧或接收侧之一执行对基于根据所述特征值得到的特征向量或根据特征向量的线性和得到的特征向量所构成的酉矩阵的计算。3.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中，所述MIMO通信系统是使用多个天线的定点微波通信系统，并且是通过使用针对所述发送侧和接收侧之一或两侧的各个天线独立设置的本地振荡器来构成的。4.根据权利要求3所述的MIMO通信系统，其中，仅在所述接收侧执行用于所述虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。5.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，所述系统还包括：用于对发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动进行检测的装置，其中基于来自所述装置的检测结果，更新虚拟正交信道形成矩阵。6.根据权利要求5所述的MIMO通信系统，还包括：用于将导频信号从所述发送侧发送给所述接收侧的装置，其中通过所述导频信号对发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动进行检测，并且基于该检测的结果更新虚拟正交信道形成矩阵。7.根据权利要求3所述的MIMO通信系统，还包括：用于将各个天线的导频信号从所述发送侧发送给接收侧的装置，其中基于所述导频信号，仅在所述接收侧执行用于所述虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。8.根据权利要求7所述的MIMO通信系统，其中在由所述本地振荡器执行的处理之前产生要从所述发送侧发送给所述接收侧的导频信号。9.根据权利要求7所述的MIMO通信系统，其中在由接收侧的所述本地振荡器执行的处理之后执行对已经从所述发送侧发送到接收侧的导频信号的检测。10.根据权利要求7所述的MIMO通信系统，其中从所述发送侧被发送给所述接收侧的导频信号在发送天线间是正交的。11.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中所述多个信道是光学信道。12.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中所述多个信道是视距无线电信道。13.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中所述多个信道是视距声学信道。14.根据权利要求2所述的MIMO通信系统，其中使得多个发送天线或多个接收天线之间的长度和多个发送天线或多个接收天线的方向中的一个可变或两者都可变。15.一种MIMO通信方法，所述方法用在包括多个信道的视距通信系统中，所述方法包括：在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧执行信道矩阵计算处理的步骤，其中，所述执行的步骤根据发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。16.根据权利要求15所述的MIMO通信方法，其中，为了虚...

【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