具有確定性信道的MIMO通信系統和方法技術方案

一種具有確定性信道的ＭＩＭＯ通信系統，其中，ＭＩＭＯ被應用于具有固定幾何位置關系的視距信道以增大信道容量。一種具有多個信道的視距ＭＩＭＯ通信系統包括在發送側或在接收側或在發送和接收兩側的信道矩陣計算處理部件。信道矩陣計算處理部件根據發送天線位置或接收天線位置的變動或信道的變動更新正交信道形成矩陣。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】具有確定性信道的MIMO通信系統和方法
本專利技術涉及空分復用方法(以下，稱為“MIMO(多輸入多輸出)”)，并且更具體地涉及適用于視距(line-of-sight)定點微波通信系統的MIMO通信系統。
技術介紹
近年來，使用MIMO的技術已經在無線通信領域盛行，而MIMO本身不再是新的技術。使用MIMO的傳統技術主要集中于移動通信，并且將MIMO應用到固定通信還未被全面檢驗過。在移動通信無線電信道中，來自發送天線的無線電波根據周圍的地形被反射或者被散射，從而以一組波的形式到達接收機，引起衰落現象的發生，衰落現象已經成為實現高質量通信的障礙。移動通信中的MIMO技術并不視衰落現象為惡魔，而是認為它是移動通信無線電傳播中固有的具有很大潛能的環境資源。就這一點而言，MIMO技術被認為是革新技術。盡管在示例的數量上少于移動通信，但是非專利文獻1公開了將這樣的MIMO技術應用于無線電信道確定的視距固定無線電通信的結果。如上所述的移動通信將信道作為概率矩陣進行處理。另一方面，視距固定無線電通信需要將無線電信道作為確定性無線電信道進行處理，在確定性無線電信道中，發送天線和接收天線之間的幾何位置關系是固定的。如下，以上非專利文獻1記載了：由于在發送側和接收側兩側上的天線間隔長度的延伸，在構成發送天線和接收天線間的信道的信道矩陣H上產生了什么效應。【式1】H·HH＝n·In其中，n是天線數，HH是H的Hermitian轉置矩陣，并且I是單位矩陣。根據非專利文獻1，信號關于被直線布置以在發送側和接收側之間彼此面對的發送天線i和接收天線k的相位旋轉通過以下公式來設置，從而發送天線和接收天線可以由直線式天線(linearantenna)構成。【式2】因此，當n＝2時，信道矩陣H由以下公式表示：【式3】其中，j是表示虛數的符號。在這種情況中，滿足式1的條件的天線配置是可能的。非專利文獻1記載了當式1的條件滿足時，MIMO配置中的信道容量通過Hmax變成最大。即，不僅在經歷了反射或散射的移動通信環境中，而且在確定性視距通信環境中，都可以預期基于MIMO的信道容量增大。另一方面，定點微波通信系統使用幾GHz到幾十GHz頻帶，幾GHz到幾十GHz頻帶對應于幾mm到幾cm的波長。因此，由于對諸如風或周圍溫度之類的氣象條件的微小變化高度敏感的天線方向的移動，會發生明顯的相位旋轉。在這樣的條件下，很難確保確定性信道矩陣。注意，稍后描述的理論分析將在解析上揭示：即使發生高度敏感的天線方向上的這種位移，仍然能夠實現以上信道容量的增加。在MIMO技術中，在同一頻帶上發送/接收多個獨立的信號。因此，信號分離/檢測是必須的。作為實現此的手段，存在一種基于矩陣計算的公知方法(以下，稱為SVD方法)，該矩陣計算使用通過奇異值分解(SVD)得到的酉矩陣(unitarymatrix)。假定在SVD方法中，用于酉矩陣的構建的反饋信息可以從接收端被理想地發送給發送端。在這種情況中，即使發生以上高度敏感的天線方向上的位移，酉矩陣也操作來補償該位移。結果，基于MIMO可以實現大容量定點微波通信。非專利文獻1：IEEETRANSACTIONONCOMMUNICATIONS，VOL.47，NO.2，FEBRUARY1999、PP.173-176、OntheCapacityFormulaforMultipleInput-MultipleOutputWirelessChannels：AGeometricInterpretation
技術實現思路
本專利技術要解決的問題然而，以上反饋信息會增大系統開銷。另外，必須準備用于交換反饋信息的反向信道。注意，稍后要描述的對信道矩陣H的建模執行包含高度敏感天線方向上的位移的分析。當針對信道確定的視距固定信道執行奇異值分析時，存在特征值是多重根條件以產生奇異點的天線間位置。盡管奇異值是唯一確定的，但是奇異向量不是唯一的。這個解析起來特別麻煩的狀態會引起奇異向量的明顯轉變(transition)。然而，通過利用這一現象，可以有各種配置。稍后將描述利用這種特性的各種配置示例。作為確定性視距MIMO中的主要問題，在以上傳統方法中存在必須在發送側或接收側實現天線間的載波同步的問題。即，在發送側或接收側，多個天線間的相位差必須相等或者必須具有恒定的相位差。另一方面，在定點微波通信系統中，鑒于要使用的頻率，天線間隔長度必須加寬。相應地，包含本地振蕩器的無線電裝置被安裝在天線附近。即，必須實現天線間的載波同步的問題對定點微波通信系統施加了嚴重的限制。因此，本專利技術的一個目的是提供具有確定性信道的MIMO通信系統及方法，其中，MIMO被應用于具有固定幾何位置關系的視距信道以增大信道容量。本專利技術的另一個目的是提供這樣的MIMO通信系統，該MIMO通信系統能夠提供與傳統的SVD方法等同的性能，而沒有SVD方法中需要從接收端發送到發送端以用于的酉矩陣的構建的反饋信息。此外，本專利技術的主要目的是提供解決了必須實現天線間的載波同步的問題的MIMO通信系統，天線間的載波同步對定點微波通信系統的構建施加了嚴重的制約。本專利技術的另一個目的是提供這樣的MIMO通信系統：即使在由于對諸如風或周圍環境之類的氣象條件的微小變化高度敏感的天線方向上的移動引起的明顯的相位旋轉而難于確保確定性信道矩陣的條件下，該MIMO通信系統仍然能夠提供與SVD方法等同的性能。根據本專利技術的MIMO是視距通信，所以在多個天線的信號之間存在某種相關性，并且在這點上，與傳統移動通信中使用的MIMO不同。即，傳統移動通信或室內無線LAN系統是基于在多個天線的信號之間不存在相關性的假設下實現的。因此，應當注意，與根據本專利技術的MIMO不同，傳統的MIMO不在存在天線間的某種相關性的狀態下操作。解決問題的手段為了解決以上問題，根據本專利技術，提供了一種包括多個信道的視距MIMO通信系統，其特征在于包括：在發送側或在接收側或在發送和接收兩側的信道矩陣計算處理部件，其中，信道矩陣計算處理部件根據發送天線(例如，電波傳播中所使用的發送天線、發光裝置、揚聲器等)或接收天線(例如，電波傳播中所使用的接收天線、光接收裝置、麥克風等)的位置變動或信道的變動更新正交信道形成矩陣。為了虛擬正交信道的形成，設置信道的幾何參數使得信道矩陣的特征值變成多重根條件，并且在發送側或接收側中的一側執行對基于根據特征值得到的特征向量或根據特征向量的線性和得到的特征向量構成的酉矩陣的計算。MIMO通信系統是使用多個信道的定點微波通信系統，并且是通過使用針對發送和接收側之一或兩側的各個天線獨立設置的本地振蕩器來構成的。MIMO通信系統包括用于對發送天線位置或接收天線位置的變動或信道的變動進行檢測的裝置，并且基于來自該裝置的檢測結果，更新虛擬正交信道形成矩陣。本專利技術的優點根據本專利技術的MIMO通信系統包括多個信道。此外，該系統包括在發送側或在接收側或在發送和接收兩側的信道矩陣計算處理部件。信道矩陣計算處理部件根據發送天線位置或接收天線位置的變動或信道的變動更新正交信道形成矩陣。利用這樣的配置，可以吸取發送天線位置或接收天線位置的變動或信道的變動，從而提供能夠實現最大通信容量的MIMO通信系統。此外，為了虛擬正交信道的形成，設置信道的幾何參數使得信道矩陣的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種視距ＭＩＭＯ通信系統，ＭＩＭＯ是指多輸入多輸出，所述系統包括多個信道，所述系統包括：　信道矩陣計算處理部件，所述信道矩陣計算處理部件在發送側上或在接收側上或在發送和接收兩側上，其中　所述信道矩陣計算處理部件根據發送天線位置或 接收天線位置的變動或所述信道的變動更新正交信道形成矩陣。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】JP 2006-11-17 312277/20061.一種視距MIMO通信系統，MIMO是指多輸入多輸出，所述系統包括多個確定性信道，所述系統包括：信道矩陣計算處理部件，所述信道矩陣計算處理部件在發送側上或在接收側上或在發送和接收兩側上，其中，所述信道矩陣計算處理部件根據發送天線位置或接收天線位置的變動或所述信道的變動更新正交信道形成矩陣，所述正交信道形成矩陣代表用于形成正交信道的矩陣計算處理，其中，為了虛擬正交信道的形成，所述信道的幾何參數被設置成使得所述信道矩陣的特征值變成多重根條件。2.根據權利要求1所述的MIMO通信系統，其中，在發送側或接收側之一執行對基于根據所述特征值得到的特征向量或根據特征向量的線性和得到的特征向量所構成的酉矩陣的計算。3.根據權利要求1所述的MIMO通信系統，其中，所述MIMO通信系統是使用多個天線的定點微波通信系統，并且是通過使用針對所述發送側和接收側之一或兩側的各個天線獨立設置的本地振蕩器來構成的。4.根據權利要求3所述的MIMO通信系統，其中，僅在所述接收側執行用于所述虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。5.根據權利要求1所述的MIMO通信系統，所述系統還包括：用于對發送天線位置或接收天線位置的變動或所述信道的變動進行檢測的裝置，其中基于來自所述裝置的檢測結果，更新虛擬正交信道形成矩陣。6.根據權利要求5所述的MIMO通信系統，還包括：用于將導頻信號從所述發送側發送給所述接收側的裝置，其中通過所述導頻信號對發送天線位置或接收天線位置的變動或所述信道的變動進行檢測，并且基于該檢測的結果更新虛擬正交信道形成矩陣。7.根據權利要求3所述的MIMO通信系統，還包括：用于將各個天線的導頻信號從所述發送側發送給接收側的裝置，其中基于所述導頻信號，僅在所述接收側執行用于所述虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。8.根據權利要求7所述的MIMO通信系統，其中在由所述本地振蕩器執行的處理之前產生要從所述發送側發送給所述接收側的導頻信號。9.根據權利要求7所述的MIMO通信系統，其中在由接收側的所述本地振蕩器執行的處理之后執行對已經從所述發送側發送到接收側的導頻信號的檢測。10.根據權利要求7所述的MIMO通信系統，其中從所述發送側被發送給所述接收側的導頻信號在發送天線間是正交的。11.根據權利要求1所述的MIMO通信系統，其中所述多個信道是光學信道。12.根據權利要求1所述的MIMO通信系統，其中所述多個信道是視距無線電信道。13.根據權利要求1所述的MIMO通信系統，其中所述多個信道是視距聲學信道。14.根據權利要求2所述的MIMO通信系統，其中使得多個發送天線或多個接收天線之間的長度和多個發送天線或多個接收天線的方向中的一個可變或兩者都可變。15.一種MIMO通信方法，所述方法用在包括多個確定性信道的視距通信系統中，所述方法包括：在發送側或在接收側或在發送和接收兩側執行信道矩陣計算處理的步驟，其中，所述執行的步驟根據發送天線位置或接收天線位置的變動或所述信道的變動更新正交信道形成矩陣，所述正交信道形成矩陣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丸次夫，
申請(專利權)人：日本電氣株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]