專利名稱：具有確定性通信路徑的mimo通信系統(tǒng)及其天線布置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視距(Line-Of-Sight，LOS)環(huán)境中的空間分割復(fù)用方法(以下稱之為“MIMO(多輸入/多輸出)”)，更具體而言涉及諸如固定點微波通信系統(tǒng)之類的具有確定性信道(deterministic channel)的MIMO通信系統(tǒng)，以及用于它的天線布置方法。

背景技術(shù)：
使用MIMO的技術(shù)在無線通信領(lǐng)域已經(jīng)變得流行起來，而MIMO本身已經(jīng)不再是新技術(shù)。然而，使用MIMO的傳統(tǒng)技術(shù)主要專注于移動通信，MIMO在固定點通信中的應(yīng)用尚未被充分考查。在移動通信無線電信道中，來自發(fā)送天線的無線電波根據(jù)周圍地形被反射或散射，并以一組波的形式到達接收機，從而導(dǎo)致了衰落(fading)現(xiàn)象的發(fā)生，而這種現(xiàn)象曾是實現(xiàn)高質(zhì)量通信的障礙。移動通信中的MIMO技術(shù)并不把衰落現(xiàn)象看成壞事，而是把它看作移動通信無線電傳播中固有的、有著巨大潛力的環(huán)境資源。在這一點上，MIMO技術(shù)被認為是革命性的技術(shù)。
雖然示例的量比移動通信少，但NPL(非專利文獻)1公開了將這種MIMO技術(shù)應(yīng)用到其中無線電信道被確定的視距固定點無線電通信的結(jié)果。如上所述的移動通信把信道當(dāng)作隨機矩陣來對待。另一方面，視距固定點無線電通信需要把信道當(dāng)作確定性信道來對待。以上NPL 1如下描述了由于在發(fā)送方和接收方兩者上擴展天線間隔而在構(gòu)成發(fā)送天線和接收天線之間的信道的信道矩陣H上產(chǎn)生了何種效果。
[式1] H·HH＝n·In 其中n是天線數(shù)目，HH是信道矩陣H的厄米(Hermitian)轉(zhuǎn)置矩陣，I是單位矩陣，并且對于以在發(fā)送方與接收方之間彼此對向的方式來線狀布置的發(fā)送天線i和接收天線k，信號的相位旋轉(zhuǎn)可利用以下公式來設(shè)定，從而發(fā)送天線和接收天線可由線狀天線構(gòu)成。
[式2] 假定n＝2，則信道矩陣H由以下公式表示。
[式3] 在此情況下，滿足式1的條件的天線配置是可能的。NPL 1描述了當(dāng)式1的條件得到滿足時，MIMO配置中的信道容量根據(jù)Hmax而變得最大。也就是說，基于MIMO的信道容量的增大不僅可在經(jīng)歷反射或散射的移動通信環(huán)境中實現(xiàn)，而且可在確定性的視距通信環(huán)境中實現(xiàn)。
現(xiàn)在，考慮這種確定性視距MIMO被應(yīng)用到小型固定點微波通信系統(tǒng)的情況。一般來說，小型固定點微波通信系統(tǒng)使用幾GHz到幾十GHz的頻帶，就波長而言這對應(yīng)于幾mm到幾cm。因此，由于對諸如風(fēng)或者周圍溫度之類的天氣條件的微小變化有很高敏感度的天線方向的運動，可能發(fā)生相當(dāng)大的相位旋轉(zhuǎn)。在這種條件下，難以確保確定性信道矩陣。注意，下文中要以解析方式描述的理論分析表明，即使當(dāng)高敏感度天線方向的位移發(fā)生時，也能夠?qū)崿F(xiàn)信道容量的上述增大。
在MIMO技術(shù)中，多個獨立信號在同一頻帶上被發(fā)送/接收。因此，信號分離/檢測成為必要。作為實現(xiàn)這個的一種手段，已知一種基于使用通過奇異值分解(Singular Value Decomposition，SVD)而獲得的酉矩陣(unitary matrix)的矩陣計算的方法(以下稱之為SVD方法)。在SVD方法中假設(shè)用于構(gòu)造酉矩陣的反饋信息可被理想地從接收端發(fā)送到發(fā)送端。在此情況下，即使發(fā)生高敏感度天線方向的上述位移，酉矩陣也可以起到針對該位移進行補償?shù)淖饔?。結(jié)果，基于MIMO能夠?qū)崿F(xiàn)大容量固定點微波通信。然而，上述反饋信息可能增加系統(tǒng)開銷。此外，必須準備用于交換反饋信息的反向信道。注意，下文要描述的信道矩陣H的建模執(zhí)行包括高敏感度天線方向的位移在內(nèi)的分析。
當(dāng)對其中信道為確定性的視距固定信道執(zhí)行奇異值分析時，存在一天線間位置，在該天線間位置處，特征值(eigenvalue)是重根狀況，從而生成奇異點。雖然奇異值是唯一確定的，但奇異向量不是唯一的。這個狀態(tài)就解析上而言是尤其棘手的，它可能導(dǎo)致奇異向量的重大遷移。然而，通過利用此現(xiàn)象，可能實現(xiàn)各種配置。下文中將詳細描述利用這些特性的配置的各種示例。
作為確定性視距MIMO中的主要問題，存在這樣的問題，即在上述傳統(tǒng)方法中，在發(fā)送方或接收方必須實現(xiàn)天線之間的載波同步。也就是說，發(fā)送方或接收方的多個天線之間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，在固定點微波通信系統(tǒng)中，必須考慮到要使用的頻率來加寬天線間隔。因此，包括本地振蕩器在內(nèi)的無線電設(shè)備被安裝在天線附近。也就是說，在天線之間必須實現(xiàn)載波同步這個問題對固定點微波通信系統(tǒng)的構(gòu)造施加了嚴重的限制。
{引用列表} {非專利文獻} {NPL 1}P.F.Driessen和G.J.Foschini，″On the Capacity Formula forMultiple Input-Multiple Output Wireless ChannelsA Geometric Interpretation″，IEEE Transactions on Communications，Vol.47，No.2，F(xiàn)eb.1999，pp.173-176

發(fā)明內(nèi)容
{技術(shù)問題} 假定已經(jīng)實現(xiàn)了基于MIMO的虛擬正交信道，這種虛擬正交信道滿足上述對固定點微波通信系統(tǒng)的構(gòu)造施加的嚴重限制。然而，在除直接波以外的反射波存在于視距信道中的情況下，用于MIMO形成的虛擬正交信道的正交性由于反射波的存在而無法得到維持。
本發(fā)明是考慮到上述問題而作出的，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其不僅能夠像固定點微波通信系統(tǒng)那樣通過向確定性視距信道應(yīng)用MIMO來增大信道容量，而且即使在除直接波以外的反射波存在于視距信道中的情況下也能維持用于MIMO的虛擬正交信道的正交性，以及提供一種用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其不僅能夠在無需SVD方法中需要從接收端發(fā)送到發(fā)送端以構(gòu)造酉矩陣的反饋信息的情況下提供與傳統(tǒng)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視距信道中的情況下也能維持用于MIMO的虛擬正交信道的正交性，以及提供一種用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其不僅能夠解決在天線之間必須實現(xiàn)載波同步的問題(該問題對固定點微波通信系統(tǒng)的構(gòu)造施加了嚴重限制)，而且即使在除直接波以外的反射波存在于視距信道中的情況下也能維持用于MIMO的虛擬正交信道的正交性，以及提供一種用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其不僅即使在由于因?qū)χT如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線方向的運動導(dǎo)致的重大相位旋轉(zhuǎn)而難以確保確定性信道矩陣的條件下也能夠提供與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視距信道中的情況下也能維持用于MIMO的虛擬正交信道的正交性，以及提供一種用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法。
{解決問題的方案} 為了解決上述問題，在一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的第一MIMO通信系統(tǒng)以及用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法中，該MIMO通信系統(tǒng)包括在發(fā)送方或接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面水平布置。
在一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的第二MIMO通信系統(tǒng)以及用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法中，該MIMO通信系統(tǒng)包括在發(fā)送方或接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
在一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的第三MIMO通信系統(tǒng)和用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法中，該MIMO通信系統(tǒng)包括信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在發(fā)送方或接收方利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面水平布置。
在一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的第四MIMO通信系統(tǒng)和用于該MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法中，該MIMO通信系統(tǒng)包括信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在發(fā)送方或接收方利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
{本發(fā)明的有利效果} 如上所述，根據(jù)具有確定性信道的第一MIMO通信系統(tǒng)及其天線布置方法，即使在視距通信期間存在除直接波以外的反射波，也可以確保正交性。
根據(jù)具有確定性信道的第二MIMO通信系統(tǒng)及其天線布置方法，即使在視距通信期間存在除直接波以外的反射波，也可以在由于天線的垂直布置而實現(xiàn)了空間節(jié)省的天線配置中確保正交性。
根據(jù)具有確定性信道的第三MIMO通信系統(tǒng)及其天線布置方法，即使在視距通信期間存在除直接波以外的反射波，也可以以最大容量確保正交性。
根據(jù)具有確定性信道的第四MIMO通信系統(tǒng)及其天線布置方法，即使在視距通信期間存在除直接波以外的反射波，也可以在由于天線的垂直布置而實現(xiàn)了空間節(jié)省的天線配置中以最大容量確保正交性。



圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的MIMO通信系統(tǒng)的配置示例的視圖，其中使用了任意設(shè)定天線距離并且考慮了高敏感度天線方向上天線位置的波動的SVD方法。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一示例的MIMO通信系統(tǒng)的示例的視圖，其中僅在發(fā)送方執(zhí)行基于酉矩陣V的計算。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二示例的MIMO通信系統(tǒng)的示例的視圖，其中僅在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算并且虛擬正交信道具有不同的值。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第三示例的MIMO通信系統(tǒng)的示例的視圖，其中僅在接收方執(zhí)行基于酉矩陣的計算并且在發(fā)送方為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第四示例的MIMO通信系統(tǒng)的示例的視圖，其中僅在接收方執(zhí)行基于酉矩陣的計算，并且在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第五示例的MIMO通信系統(tǒng)的示例的視圖，其中僅在接收方執(zhí)行矩陣計算，虛擬正交信道具有不同的值，并且在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第六示例的MIMO通信系統(tǒng)的示例的視圖，其中在發(fā)送方和接收方分別安裝了三個天線，并且在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第七示例的MIMO通信系統(tǒng)的示例的視圖，其中在發(fā)送方和接收方分別安裝了四個天線，并且在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
圖9是示出就天線距離而言基于各種方法的虛擬正交信道的SNR之間的比較的視圖。
圖10是示出在發(fā)送方和接收方之間天線距離彼此不同的配置示例的視圖。
圖11是通過對圖10的垂直對稱信道配置的下半部進行建模而獲得的視圖。
圖12是示出在圖10的情況下(其中在發(fā)送方和接收方之間天線距離彼此不同)的通信容量的視圖。
圖13是示出這樣一種配置示例的視圖發(fā)送方和接收方之間的天線布置沿著天線布置方向形成為菱形。
圖14是示出這樣一種配置示例的視圖發(fā)送方和接收方之間的天線布置沿著天線布置方向形成為菱形，并且僅在接收方執(zhí)行基于酉矩陣的計算。
圖15是示出以給定的幾何形式形成天線布置的情況的視圖。
圖16是示出視距微波傳播模型(三波模型)的視圖。
圖17是示出視距雙波模型中的理想MIMO操作條件的視圖。
圖18是示出水平布置MIMO天線的情況的視圖。
圖19是示出從正上方看(上部)和正側(cè)方看(下部)水平布置MIMO天線的情況的視圖。
圖20是示出僅在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的配置的應(yīng)用示例的視圖。
圖21是示出垂直布置MIMO天線的情況的視圖。
圖22是示出從正上方看(上部)和正側(cè)方看(下部)垂直布置MIMO天線的情況的視圖。
圖23是示出垂直布置MIMO天線的配置的鏡像模型的視圖。
圖24是示出垂直布置MIMO天線的配置的分析模型的視圖。
圖25是示出在實際條件下水平布置MIMO天線的情況的視圖。
圖26是示出存在不規(guī)則反射物體的情況的視圖。
圖27是示出任意第i個不規(guī)則反射模型的視圖。
圖28是示出虛擬正交信道上的特征值的示圖。
{標號列表} 標號說明 101基于酉矩陣V的矩陣計算處理部 102頻率轉(zhuǎn)換部 103混頻器 104本地振蕩器 105混頻器 106固定天線部 107固定天線部 108頻率轉(zhuǎn)換部 109混頻器 110本地振蕩器 111混頻器 112基于酉矩陣U的矩陣計算處理部 201基于酉矩陣V的矩陣計算處理部 202固定天線部 203固定天線部 301基于矩陣V的矩陣計算處理部 302固定天線部 303固定天線部 401導(dǎo)頻信號生成部 402頻率轉(zhuǎn)換部 403混頻器 404本地振蕩器 405本地振蕩器 406由于載波之間未同步而導(dǎo)致的相位噪聲的建模 407混頻器 408固定天線部 409固定天線部 410基于酉矩陣U的矩陣計算處理部 501導(dǎo)頻信號生成部 502頻率轉(zhuǎn)換部 503混頻器 504本地振蕩器 505本地振蕩器 506由于載波之間未同步而導(dǎo)致的相位噪聲的建模 507混頻器 508固定天線部 509固定天線部 510頻率轉(zhuǎn)換部 511混頻器 512本地振蕩器 513本地振蕩器 514由于載波之間未同步而導(dǎo)致的相位噪聲的建模 515混頻器 516導(dǎo)頻檢測部 517基于酉矩陣U的矩陣計算處理部 601導(dǎo)頻信號生成部 602頻率轉(zhuǎn)換部 603混頻器 604本地振蕩器 605本地振蕩器 606由于載波之間未同步而導(dǎo)致的相位噪聲的建模 607混頻器 608固定天線部 609固定天線部 610頻率轉(zhuǎn)換部 611混頻器 612本地振蕩器 613本地振蕩器 614由于載波之間未同步而導(dǎo)致的相位噪聲的建模 615混頻器 616導(dǎo)頻檢測部 617基于矩陣U的矩陣計算處理部 2001發(fā)送站 2002接收站1 2003接收站2
具體實施例方式 將參考所附公式和附圖來描述本發(fā)明的示例性實施例。在此之前，將說明對下述事實的理論推理即使對于確定性視距信道，MIMO配置中的信道容量也變得最大。
基于MIMO配置的虛擬正交信道的信道容量由各個路徑的特征值來表示。然后，對如圖1所示的天線配置執(zhí)行特征值分析。以下建模考慮了高敏感度天線方向的位移，該建模的天線配置和標號在圖1中示出。雖然為了方便將描述使用兩個天線的情況，但是不論天線數(shù)目如何都可應(yīng)用同樣的計算。
在圖1中，視距環(huán)境中使用的MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方(發(fā)送機或發(fā)送端)與布置有多個接收天線的接收方(接收機或接收端)之間具有確定性信道。圖1中的H表示信道矩陣，并且V(V11，V12，V21，V22)和U(U11，U12，U21，U22)分別表示發(fā)送方酉矩陣和接收方酉矩陣。UH和VH分別表示U和V的厄米轉(zhuǎn)置矩陣，并且Λ1/2表示奇異值對角矩陣。
發(fā)送方包括基于酉矩陣V的矩陣計算處理部101、頻率轉(zhuǎn)換部102(包括混頻器103、105以及本地振蕩器104)、以及固定天線部106(包括兩個天線(發(fā)送天線))。接收方包括固定天線部107(包括兩個天線(接收天線))、頻率轉(zhuǎn)換部108(包括混頻器109、111以及本地振蕩器110)、以及基于酉矩陣U的矩陣計算處理部112。S1和S2是從發(fā)送方的兩個天線發(fā)送的發(fā)送信號，并且r1和r2是從接收方的兩個天線發(fā)送的接收信號。
另外，作為與通信信道天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)，R表示發(fā)送天線與接收天線之間的距離，dT表示發(fā)送天線元件間隔，dR表示接收天線元件間隔，并且Δθ表示一對角信道相對于發(fā)送天線與接收天線之間的對向信道的角度。Φ表示由發(fā)送天線(見圖1)的位置變動引起的發(fā)送信號S2的相移，并且γ表示波長。
在對圖1的天線配置的特征值分析中，基于發(fā)送機-接收機距離R的距離衰減和共同相移由相對相移決定，因此可被忽略。利用幾何參數(shù)(R，Δθ，dT和dR)通過以下公式來表示R與角度Δθ的對角信道之間的信道差異。
[式4] ∵在dT＝dR 因此，利用γ通過以下公式來表示由于該信道差異而產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)α。
[式5] 順便說一下，假定RF頻率＝30GHz(γ＝(3×108)[m/s]/(30×109)[Hz])，R＝5000m，dT＝dR＝5m，則利用以下公式來計算α。
[式6] 因此，考慮基于用于發(fā)送信號s2的發(fā)送天線的位置變動(見圖1)的相移Φ的信道矩陣H由以下公式表示。
[式7] 因此，假定H·HH(HH是H的厄米轉(zhuǎn)置矩陣)為Ω，則獲得以下公式。
[式8] 因此，可以如下計算表示虛擬正交信道的信道容量的特征值λ1和λ2。
[式9] ∴ 式9的計算結(jié)果在圖28中示出。圖28的分析結(jié)果示出了這樣一種情況每一天線發(fā)送單位功率，因此信道容量是天線數(shù)目的二倍。這里應(yīng)當(dāng)注意，以上計算中使用的建模包括高敏感度天線方向的位移。盡管如此，位移分量并不出現(xiàn)在表示最終信道容量的特征值的結(jié)果中。也就是說，即使在無線電信道被確定的視距固定點無線電通信中，通過MIMO也可能實現(xiàn)信道容量的增大。信道容量由與高敏感度天線方向無關(guān)的天線距離決定。
以上已經(jīng)描述了使用兩個天線的情況。在下文中，將描述使用三個或更多個天線的情況。
根據(jù)[式5]獲得由于在發(fā)送方和接收方線狀布置的天線元件的對角信道之間的信道差異而產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)，并且假定天線元件間隔是共同值d，則該相位旋轉(zhuǎn)由以下公式表示。
[式10] [式11] ∴ 從而，當(dāng)限定天線元件間隔d和發(fā)送機-接收機距離R以滿足上述式11并且考慮使用三個天線的配置時，可以獲得由以下公式表示的信道矩陣H3。
[式12] 因此，假定H3·H3H(H3H是H的厄米轉(zhuǎn)置矩陣)為Ω，則獲得以下公式。
[式13] 從而，可以了解到，與虛擬正交信道的信道容量相對應(yīng)的三個特征值全為“3”，并且整體信道容量是天線數(shù)目的三倍。
類似地，限定天線元件間隔d和發(fā)送機-接收機距離R以滿足以下公式并且考慮使用四個天線的配置。
[式14] ∴ 從而，可以獲得由以下公式表示的信道矩陣H4。
[式15] 因此，假定H4·H4H(H4H是H的厄米轉(zhuǎn)置矩陣)為Ω，則獲得以下公式。
[式16] 從而，從以上公式可以了解到，與虛擬正交信道的信道容量相對應(yīng)的四個特征值全為“4”，并且整體信道容量是天線數(shù)目的四倍。
也就是說，可以了解到，即使當(dāng)天線數(shù)目超過2時，確定性視距信道的信道容量也會增大，增大程度對應(yīng)于天線數(shù)目，而天線數(shù)目相當(dāng)于MIMO的最大容量。注意，雖然在以下示例中為了方便將描述使用兩個天線的情況，但是這當(dāng)然也適用于天線數(shù)目超過2的情況。
接下來，作為MIMO中的信號分離/檢測方法，將描述一種基于使用通過奇異值分解獲得的酉矩陣的矩陣計算的方法(以下稱之為SVD方法)。在SVD方法中，需要發(fā)送方的使用酉矩陣V的矩陣計算和接收方的使用酉矩陣U的矩陣計算。為了執(zhí)行使用酉矩陣V的矩陣計算，用于構(gòu)造酉矩陣的反饋信息需要被從接收端發(fā)送到發(fā)送端。
下面將參考所附公式和附圖來詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。
在圖1中，經(jīng)發(fā)送方的基于酉矩陣V的矩陣計算處理部101處理的發(fā)送信號被包括本地振蕩器104以及混頻器103和105的發(fā)送方頻率轉(zhuǎn)換部102頻率轉(zhuǎn)換為射頻信號，然后被從包括諸如s1和s2之類的多個天線的固定天線部106發(fā)送。s1和s2這種記號法是基于等價的基帶表示的。
這里應(yīng)當(dāng)注意，天線之間的載波同步通過從一個本地振蕩器104提供給混頻器103和混頻器105的本地振蕩信號來實現(xiàn)。這源于對空間分割復(fù)用固定點微波通信系統(tǒng)的一個限制，即確定性信道是基于路徑之間的相位差來確定的。然而，如下所述，可以為每個天線獨立設(shè)置本地振蕩器104。
這樣發(fā)送的信號被包括諸如r1和r2之類的多個天線的接收方固定天線部107所接收。r1和r2這種記號法是基于等價的基帶表示的。接收信號r1和r2被包括本地振蕩器110以及混頻器109和111的接收方頻率轉(zhuǎn)換部108頻率轉(zhuǎn)換成基帶頻率的信號，然后被接收方的基于酉矩陣U的矩陣計算處理部112加以處理，從而MIMO中的信號分離/檢測完成。
這里應(yīng)當(dāng)注意，天線之間的載波同步是通過從一個本地振蕩器110提供給混頻器109和111的本地振蕩信號來實現(xiàn)的。這源于對空間分割復(fù)用固定點微波通信系統(tǒng)的一個限制，即確定性信道是基于路徑之間的相位差來確定的。同樣，在此情況下，如下所述，可以像發(fā)送端的情況中那樣為每個天線獨立設(shè)置本地振蕩器110。要使用的天線沒有具體限制，可以是拋物線天線或者喇叭天線。
接下來，將參考公式來具體描述在考慮給定的天線距離和高敏感度天線位移的情況下使用以下信道矩陣H來計算酉矩陣V和U的方法。
這里使用的視距信道的信道矩陣H由以下公式表示。
[式17] 其中；(在dT＝dR)，Φ；位移引起的相位變化 在以下描述中，基于特征值的奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式18] ∵ 在下文中，按所述順序利用以上信道矩陣H來計算酉矩陣V和酉矩陣U。
[酉矩陣V] 根據(jù)[式17]，信道矩陣H由以下公式表示。
[式19] 假定與信道矩陣H相對應(yīng)的特征向量由以下公式表示。
[式20] 在此情況下，滿足以下公式。
[式21] 因此，可以獲得以下公式。
[式22] 根據(jù)[式22]，可以獲得以下公式。
[式23] ∵λ＝2±2cosα [式24] Ω·v＝λ·v 當(dāng)以上公式的兩側(cè)都被左乘以VH時，獲得以下公式。
[式25] vH·Ω·v＝λ 然后，收集正交的V，并且獲得以下公式。
[式26] VH·Ω·V＝Λ ∴Ω＝V·Λ·VH [式27] H＝U·Λ1/2·VH 根據(jù)以上公式，滿足以下[式28] [式28] Ω＝HH·H＝V·Λ1/2·UH·U·Λ1/2·VH＝V·Λ·VH 因此，收集分別由以下[式29]表示的特征向量，并從而獲得[式30]。
[式29] [式30] 這里，以下[式31]被設(shè)定為考慮正規(guī)化和正交性的特解。
[式31] 根據(jù)[式31]，獲得以下公式。
[式32] ∴ [酉矩陣U] [式33] 假定基于以上[式33]利用以下[式34]來表示特征值u。
[式34] 在此情況下，滿足以下公式。
[式35] 根據(jù)上述內(nèi)容，獲得以下公式。
[式36] ∵λ＝2±2cosα [式37] Ω′·u＝λ·u 當(dāng)以上公式的兩側(cè)都被左乘以uH時，獲得以下公式。
[式38] uH·Ω′·u＝λ 然后，收集正交的U并且獲得以下公式。
[式39] UH·Ω′·U＝Λ ∴Ω′＝U·Λ·UH 因此，收集了分別由以下[式40]表示的特征向量，以獲得[式41]。
[式40] [式41] 這里，以下的[式42]被設(shè)定為考慮正規(guī)化和正交性的特解。
[式42] 根據(jù)[式42]，獲得以下公式。
[式43] ∴ 為了確認通過以上計算獲得的酉矩陣V和U，利用V和U來執(zhí)行信道矩陣H的奇異值分解。
[H＝U·Λ·VH的奇異值分解] [式44] 從而，可以了解到，與以上示例中一樣，不論是否實現(xiàn)了最優(yōu)位置(R＝5000m和dT＝dR＝5m)，都可以形成正交信道。
然而，在此情況下，所獲得的虛擬正交信道的發(fā)送質(zhì)量是從21/2和21/2到(2+2cosα)1/2和(2-2cosα)1/2成比例的，因此是彼此不同的。在圖1的框圖中，示出了其中構(gòu)造了由粗箭頭表示的(2+2cosα)1/2和(2-2cosα)1/2的虛擬正交信道。
應(yīng)當(dāng)注意，上述酉矩陣包括由外部因素引起的信道變動，所述外部因素例如是對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化有很高敏感度的天線的位置變動(在圖1中建模)。從而，即使在發(fā)生高敏感度天線方向的上述位移時，酉矩陣也可起到針對該位移進行補償?shù)淖饔谩?br> 如下所述，即使在為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器的配置中，相位差也被建模到了天線的位置變動中。因此，在此示例的配置中，可以獨立設(shè)置本地振蕩器。在此配置中，用于構(gòu)造V矩陣的反饋信息需要被從接收端發(fā)送到發(fā)送端。然而，當(dāng)采用僅在接收方補償位移的配置時，可以無需使用反饋信息。
以上已經(jīng)描述了包括所構(gòu)造路徑具有不同寬度的情況在內(nèi)的一般虛擬正交信道。在下文中，將考慮視距固定信道具有重根狀況的奇異點。
當(dāng)對于其中信道為確定性的視距固定信道執(zhí)行奇異值分析時，存在一個天線間位置，在該天線間位置處，特征值是重根狀況，從而生成奇異點。雖然奇異值是唯一確定的，但奇異向量不是唯一的。這個狀態(tài)(缺欠矩陣)在解析上尤其棘手，它可能導(dǎo)致奇異向量的重大遷移。然而，通過利用此現(xiàn)象，可以實現(xiàn)各種配置。在下文中將描述利用這些特性的配置的各種示例。在此之前，將描述原理。
這里，將考慮這樣一個天線間位置，在該天線間位置處，利用[式45]中的α滿足了[式46]。
[式45] [式46] ejα＝±j 在下文中，為了簡單，±j被表示為j。
在此狀態(tài)中的信道矩陣H由以下公式表示。
[式47] 這里，滿足以下公式。
[式48] 因此，根據(jù)以下[式49]，特征方程具有重根狀況。
[式49] 在此情況下，可以實現(xiàn)以下轉(zhuǎn)換。
針對特征值λ，對于給定的特征向量u1，滿足以下公式。
[式50] Ω′·u1＝λ·u1 類似地，針對特征值λ，對于給定的特征向量u2，滿足以下公式。
[式51] Ω′·u2＝λ·u2 因此，對于兩個特征值的線性和，滿足以下公式。
[式52] Ω′·(c1·u1+c2·u2)＝λ·(c1·u1+c2·u2) 從而，線性和(c1·u1+c2·u2)成為特征向量。
假定對于重根狀況設(shè)定基于另一條件的漸近特征向量，如以下[式53]。
[式53] 在此情況下，滿足以下公式。
[式54] 根據(jù)上述內(nèi)容，獲得以下公式。
[式55] ∵λ＝2±2cosα [式56] Ω′·u＝λ·u 當(dāng)以上公式的兩側(cè)都被左乘以uH時，獲得以下公式。
[式57] uH·Ω′·u＝λ 然后，收集正交性的U并且獲得以下公式。
[式58] UH·Ω′·U＝Λ ∴Ω′＝U·Λ·UH 這里，滿足以下公式。
[式59] Ω′＝H·HH＝U·Λ1/2·VH·V·Λ1/2·UH＝U·Λ·UH 因此，收集了由以下[式60]表示的上述特征向量，以獲得考慮了正規(guī)化和正交性的[式61]。
[式60] [式61] 這里，當(dāng)考慮作為線性組合的和與差時，滿足以下公式。
[式62] 根據(jù)上述內(nèi)容，獲得以下公式。
[式63] 另外，滿足以下公式。
[式64] 因此，滿足以下公式。
[式65] 作為試驗，當(dāng)利用所獲得的U、Λ1/2和VH來計算信道矩陣H時，滿足以下公式。
[式66] 從[式66]可以看出，信道矩陣H成立。然而，這只是一個示例，依據(jù)與重根狀況相對應(yīng)的奇異點，基于同樣的方式可以考慮各種分解方法。
下面，將描述本發(fā)明的各種示例。
<第一示例> 作為本發(fā)明的第一示例，將描述只在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的配置示例。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，虛擬正交信道具有相同的值，從而奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式67] [信道矩陣H] 在此示例中，信道矩陣H由以下公式表示。
[式68] ∴ 其中； 基于上述結(jié)果獲得的配置在圖2中示出。
在圖2中，經(jīng)發(fā)送方的基于酉矩陣V的矩陣計算處理部201處理的發(fā)送信號被從包括諸如s1和s2之類的多個天線的固定天線部202發(fā)送。s1和s2這種記號法是基于等價的基帶表示的，并且為了避免復(fù)雜這里省略了頻率轉(zhuǎn)換處理。
這樣發(fā)送的信號被包括諸如r1和r2之類的多個天線的接收方固定天線部203所接收。r1和r2這種記號法是基于等價的基帶表示的，并且這里省略了轉(zhuǎn)換成基帶頻率信號的頻率轉(zhuǎn)換處理。要點在于，完全不執(zhí)行接收方的基于酉矩陣U的矩陣計算處理，所有矩陣計算都在發(fā)送方完成。
從[式68]可以看出，在僅在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的情況下，矩陣包括由于外部因素引起的信道的變動，所述外部因素例如是對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線的位置變動(在圖2中由Φ建模)。從而，即使當(dāng)高敏感度天線方向的位移發(fā)生時，酉矩陣也起到針對該位移進行補償?shù)淖饔谩Ｔ诖伺渲弥?，用于?gòu)造V矩陣的反饋信息需要被從接收端發(fā)送到發(fā)送端。圖2的粗箭頭表示其信道質(zhì)量與21/2和21/2成比例的虛擬正交信道。要使用的天線沒有具體限制，可以是拋物線天線或者喇叭天線。
<第二示例> 作為本發(fā)明的第二示例，將描述在具有不同寬度的路徑的虛擬正交信道中只在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的配置示例。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，虛擬正交信道具有不同的值，從而奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式69] [信道矩陣H] 在本示例中，信道矩陣H由以下公式表示。
[式70] 因此，滿足以下公式。
[式71] 這里，滿足以下公式。
[式72] 因此，獲得以下公式。
[式73] 這里，向量的平方范數(shù)由以下公式表示。
[式74] 從而，VH不再是酉矩陣。
因此，為了計算矩陣V，需要逆矩陣計算。作為試驗，當(dāng)利用所獲得的矩陣U、Λ1/2和VH來計算信道矩陣H時，滿足以下公式。
[式75] 從上述內(nèi)容可以看出，信道矩陣H成立。
接下來，考慮VH的逆矩陣V。假定由以下公式表示的給定矩陣A。
[式76] 上述矩陣A的逆矩陣A-1由以下公式表示。
[式77] 因此，獲得以下公式。
[式78] 其中； 基于上述結(jié)果獲得的配置在圖3中示出。
在圖3中，經(jīng)發(fā)送方的基于矩陣V的矩陣計算處理部301處理的發(fā)送信號被從包括諸如s1和s2之類的多個天線的固定天線部302發(fā)送。s1和s2這種記號法是基于等價的基帶表示的，并且為了避免復(fù)雜這里省略了頻率轉(zhuǎn)換處理。
這樣發(fā)送的信號被包括諸如r1和r2之類的多個天線的接收方固定天線部303所接收。r1和r2這種記號法是基于等價的基帶表示的，并且這里省略了轉(zhuǎn)換成基帶頻率信號的頻率轉(zhuǎn)換處理。要點在于，完全不執(zhí)行接收方的基于矩陣U的矩陣計算處理，所有矩陣計算都在發(fā)送方完成。
從[式78]可以看出，在僅在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的情況下，矩陣包括由于外部因素引起的信道之間的變動，所述外部因素例如是對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線的位置變動(在圖3中由Φ建模)。從而，即使當(dāng)高敏感度天線方向的位移發(fā)生時，發(fā)送方的矩陣也起到針對該位移進行補償?shù)淖饔?。在此配置中，用于?gòu)造V矩陣的反饋信息需要被從接收端發(fā)送到發(fā)送端。要使用的天線沒有具體限制，可以是拋物線天線或者喇叭天線。
從而，可以了解到，不論最優(yōu)位置(R＝5000m和dT＝dR＝5m)實現(xiàn)與否，通過僅在發(fā)送方的矩陣計算處理，可以形成正交信道。
僅在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的配置的應(yīng)用在圖20中示出。如圖20所示，在位于骨干網(wǎng)絡(luò)附近的發(fā)送站2001中設(shè)置了多個天線，并且分別在位于用戶網(wǎng)絡(luò)附近的接收站2002和2003中設(shè)置了一個天線。接收站2001和接收站2003的位置彼此遠離，因此無法執(zhí)行矩陣計算。另一方面，發(fā)送站2001可執(zhí)行矩陣計算。從而，可以把僅在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的配置應(yīng)用到圖20的配置。“一站對多站”配置中的這種思想可被應(yīng)用到下文將描述的“多站對一站”配置，作為僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的配置。
<第三示例> 作為本發(fā)明的第三示例，將描述這樣一種配置示例僅在接收方執(zhí)行酉矩陣計算并且在發(fā)送方為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
此第三配置具有以下特征不需要從接收端發(fā)送到發(fā)送端的反饋信息；可在發(fā)送端為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器；并且可以表現(xiàn)出與SVD方法的特性完全相同的特性。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，虛擬正交信道具有相同的值，從而奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式79] [信道矩陣H] 在此示例中，信道矩陣H由以下公式表示。
[式80] 其中；Φ＝ΦL+ΦA(chǔ) ∴ ∴其中； 基于上述結(jié)果獲得的配置在圖4中示出。
在圖4中，完全不執(zhí)行發(fā)送方的基于酉矩陣V的矩陣計算處理，所有矩陣計算都在接收方完成。從[式80]可以看出，在僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的情況下，矩陣包括由于外部因素引起的信道之間的變動，所述外部因素例如是對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線的位置變動(在圖4中由ΦA(chǔ)建模)。因此，即使當(dāng)高敏感度天線方向的位移發(fā)生時，酉矩陣也起到針對該位移進行補償?shù)淖饔谩?br> 另外，在此配置中，天線間隔必須考慮到在固定點微波通信系統(tǒng)中要使用的頻率而被加寬，并且相應(yīng)地，本地振蕩器被安裝在天線附近。也就是說，在發(fā)送方為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器這一點是第三配置的特征。
在圖4中，發(fā)送信號被導(dǎo)頻信號生成部401添加以各個天線的導(dǎo)頻信號，被包括本地振蕩器404和405、混頻器403和407的發(fā)送方頻率轉(zhuǎn)換部402頻率轉(zhuǎn)換成射頻信號，然后被從包括諸如s1和s2之類的多個天線的固定天線部408發(fā)送。s1和s2這種記號法是基于等價的基帶表示的。
這里應(yīng)當(dāng)注意，本地振蕩器404和405是為各個天線獨立使用的。從而，在來自各個天線的載波之間沒有實現(xiàn)載波同步，從而導(dǎo)致了相位噪聲ΦL的生成。標號406是相位噪聲ΦL的建模。這樣發(fā)送的信號被包括諸如r1和r2之類的多個天線的接收方固定天線部409所接收。r1和r2這種記號法是基于等價的基帶表示的，并且這里省略了轉(zhuǎn)換成基帶頻率信號的頻率轉(zhuǎn)換處理。接收信號r1和r2被接收方的基于酉矩陣U的矩陣計算處理部401所處理，從而MIMO中的信號分離/檢測完成。這里應(yīng)當(dāng)注意，完全不執(zhí)行發(fā)送方的基于酉矩陣V的矩陣計算處理，所有矩陣計算都在接收方完成。
從[式80]可以看出，在僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的情況下，矩陣包括由于外部因素引起的信道之間的變動，所述外部因素例如是對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線的位置變動(在圖4中由ΦA(chǔ)建模)。另外，矩陣包括由于載波之間未同步而引起的相位噪聲。從而，即使當(dāng)高敏感度天線方向的位移或者載波之間的相位旋轉(zhuǎn)發(fā)生時，酉矩陣也起到針對該位移或相位旋轉(zhuǎn)進行補償?shù)淖饔?。第三示例的最大?yōu)點在于，不必將用于構(gòu)造V矩陣的反饋信息從接收端發(fā)送到發(fā)送端。圖4的粗箭頭表示其信道質(zhì)量與21/2和21/2成比例的虛擬正交信道。要使用的天線沒有具體限制，可以是拋物線天線或者喇叭天線。
如上所述，即使在不在發(fā)送端執(zhí)行酉矩陣計算的配置中，也可以形成正交信道。另外，即使當(dāng)在發(fā)送端為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器時，如果可以利用導(dǎo)頻信號檢測到相位差Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)，則也可以形成虛擬正交信道。這樣形成的正交信道不受相位差的影響。另外，不需要從接收端到發(fā)送端的反饋。由于所使用的矩陣是酉矩陣，因此可以表現(xiàn)出與SVD方法的特性完全相同的特性。
<第四示例> 作為本發(fā)明的第四示例，將描述這樣一種配置示例形成具有相同寬度的虛擬正交信道，僅在接收方執(zhí)行酉計算，并且在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
此第四配置具有以下特征不需要從接收端發(fā)送到發(fā)送端的反饋信息；在發(fā)送方和接收方都可為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器；并且可以表現(xiàn)出與SVD方法的特性完全相同的特性。另外，基于以下事實來進行分析在發(fā)送方和接收方，由于對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線方向的運動而引起的重大相位旋轉(zhuǎn)都可以被追溯到與為各個天線設(shè)置的本地振蕩器的相位變動相同的建模。注意，以上理論分析從解析上表明，即使當(dāng)高敏感度天線方向的這種位移發(fā)生時，也可以實現(xiàn)信道容量的上述增大。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式81] [信道矩陣H] 在此示例中，信道矩陣H由以下公式表示。
[式82] 其中； ∴ ∴其中； 基于上述結(jié)果獲得的配置在圖5中示出。
在圖5中，完全不執(zhí)行發(fā)送方的基于酉矩陣V的矩陣計算處理，所有矩陣計算都在接收方完成。即使在僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的情況下，矩陣也包括由于外部因素引起的信道之間的變動，所述外部因素例如是對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的發(fā)送方和接收方天線的位置變動(在圖5中由ΦA(chǔ)和φA建模)。從而，即使當(dāng)高敏感度天線方向的位移發(fā)生時，酉矩陣也起到針對該位移進行補償?shù)淖饔谩?br> 另外，在此配置中，天線間隔必須考慮到在固定點微波通信系統(tǒng)中要使用的頻率而被加寬，并且相應(yīng)地，本地振蕩器被安裝在天線附近。也就是說，在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器這一點是第四配置的最大特征。從而，即使在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立使用本地振蕩器，通過適當(dāng)?shù)貦z測導(dǎo)頻信號，也可以獲得與SVD方法等同的特性。
在圖5中，發(fā)送信號被導(dǎo)頻信號生成部501添加以各個天線的導(dǎo)頻信號，被包括本地振蕩器504和505、混頻器503和507的發(fā)送方頻率轉(zhuǎn)換部502頻率轉(zhuǎn)換成射頻信號，然后被從包括諸如s1和s2之類的多個天線的固定天線部508發(fā)送。s1和s2這種記號法是基于等價的基帶表示的。
這里應(yīng)當(dāng)注意，本地振蕩器504和505是為各個天線獨立使用的。從而，在來自各個天線的載波之間沒有實現(xiàn)載波同步，從而導(dǎo)致了相位噪聲ΦL的生成。標號506是相位噪聲ΦL的建模。
這樣發(fā)送的信號被包括諸如r1和r2之類的多個天線的接收方固定天線部509所接收。r1和r2這種記號法是基于等價的基帶表示的。接收信號r1和r2被包括本地振蕩器512和513、混頻器511和515的接收方頻率轉(zhuǎn)換部510頻率轉(zhuǎn)換成基帶頻率的信號，通過導(dǎo)頻信號檢測部516、并且被接收方的基于酉矩陣U的矩陣計算處理部517所處理，從而MIMO中的信號分離/檢測完成。
這里應(yīng)當(dāng)注意，在接收方為各個天線獨立使用本地振蕩器512和513。從而，由于載波之間未同步而生成了相位噪聲ΦL。標號514是相位噪聲ΦL的建模。要使用的天線沒有具體限制，可以是拋物線天線或者喇叭天線。
由于在發(fā)送方本地振蕩器執(zhí)行的處理之前生成導(dǎo)頻信號并且在接收方本地振蕩器執(zhí)行的處理之后檢測導(dǎo)頻信號，因此導(dǎo)頻信號檢測部516可以檢測到[式82]中的Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)和φ＝φL+φA。從而，所有矩陣計算可以僅在接收方完成，而發(fā)送方的基于酉矩陣V的矩陣計算處理被省略。
這是因為，從[式82]可以看出，酉矩陣起到這樣的作用針對由于諸如對比如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線的位置變動(在圖5中由ΦA(chǔ)和φA建模)之類的外部因素引起的信道之間的變動和由于載波之間未同步而引起的相位噪聲ΦL或φL進行補償。第四示例的最大優(yōu)點在于，不必將用于構(gòu)造V矩陣的反饋信息從接收端發(fā)送到發(fā)送端。圖5的粗箭頭表示其信道質(zhì)量與21/2和21/2成比例的虛擬正交信道。
如上所述，即使在不在發(fā)送端執(zhí)行酉矩陣計算的配置中，也可以形成正交信道。另外，利用導(dǎo)頻信號可以檢測相位差Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)和相位噪聲φ＝φL+φA。從而，即使在發(fā)送方和/或接收端為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器的情況下，也可以形成虛擬正交信道。這樣形成的正交信道不受相位差Φ或φ的影響。不需要從接收端到發(fā)送端的反饋。另外，由于所使用的矩陣是酉矩陣，因此可以表現(xiàn)出與SVD方法的特性完全相同的特性。
<第五示例> 作為本發(fā)明的第五示例，將描述這樣一種配置示例形成具有不同寬度的虛擬正交信道，僅在接收方執(zhí)行酉計算，并且在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
此第五示例是其中虛擬正交信道具有不同值的示例。同樣，在此示例中，不需要從接收端發(fā)送到發(fā)送端的反饋信息。另外，在發(fā)送方和接收方都可為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。此外，基于以下事實來進行分析在發(fā)送方和接收方，由于對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線方向的運動而引起的重大相位旋轉(zhuǎn)都可以被追溯到與為各個天線設(shè)置的本地振蕩器的相位變動相同的建模。為了靈活，基于與最優(yōu)天線位置不同的天線位置來設(shè)定天線距離。因此，表現(xiàn)出與SVD方法不同的特性。下文中將描述此配置的特性分析。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，虛擬正交信道具有不同的值，從而奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式83] [信道矩陣H] 在此示例中，信道矩陣H由以下公式表示。
[式84] 其中； 這里，發(fā)送方高敏感度天線位移ΦA(chǔ)被包括在為各個天線獨立設(shè)置的發(fā)送方本地振蕩器中的相位變動ΦL中以獲得Φ，并且接收方高敏感度天線位移φA被包括在為各個天線獨立設(shè)置的接收方本地振蕩器中的相位變動φL中以獲得φ。
[式85] 這里，滿足以上公式，從而滿足以下[式86]。
[式86] 另外，滿足以下[式87]，從而滿足[式88]。
[式87] [式88] 然而，向量的平方范數(shù)由以下公式表示。
[式89] 從而，U不再是酉矩陣。
因此，為了計算矩陣UH，需要逆矩陣計算。作為試驗，當(dāng)利用所獲得的矩陣U、Λ1/2和VH來計算信道矩陣H時，滿足以下公式。
[式90] 從上述內(nèi)容可以看出，信道矩陣H成立。
接下來，考慮U的逆矩陣U-1。假定由以下公式表示的給定矩陣A。
[式91] 上述矩陣A的逆矩陣A-1由以下公式表示。
[式92] 因此，獲得以下公式。
[式93] 其中； 基于上述結(jié)果獲得的配置在圖6中示出。
雖然以上描述了虛擬正交信道具有不同值的情況，但即使在發(fā)送端和接收端都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器，也可以通過適當(dāng)?shù)貦z測導(dǎo)頻信號來形成正交信道。由于在發(fā)送方不執(zhí)行矩陣計算，因此可以無需將反饋信息從接收端發(fā)送到發(fā)送端，并且可以應(yīng)對諸如發(fā)送端相位變動Φ或接收端相位變動φ之類的迅速相位變動。
從而，不在進行發(fā)送方矩陣計算處理的情況下，無論是否實現(xiàn)最優(yōu)位置(R＝5000m且dT＝dR＝5m)，都可以形成具有不同信道質(zhì)量的正交信道。然而，UH不再是酉矩陣，而成為了逆矩陣U-1。從而，預(yù)期特性與SVD方法的特性相比有所降低。SVD方法與此示例的配置之間的特性差異將在下文中描述。
如圖6所示，發(fā)送信號被導(dǎo)頻信號生成部601添加以各個天線的彼此正交的導(dǎo)頻信號。所使用的正交導(dǎo)頻信號可以是根據(jù)哈達馬得矩陣獲得的正交式樣，或者可以是CAZAC序列。被這樣添加了導(dǎo)頻信號的發(fā)送信號被包括本地振蕩器604和605、混頻器603和607的發(fā)送方頻率轉(zhuǎn)換部602頻率轉(zhuǎn)換成射頻信號，然后被從包括諸如s1和s2之類的多個天線的固定天線部608發(fā)送。s1和s2這種記號法是基于等價的基帶表示的。
這里應(yīng)當(dāng)注意，本地振蕩器604和605是為各個天線獨立使用的。從而，在來自各個天線的載波之間沒有實現(xiàn)載波同步，從而導(dǎo)致了相位噪聲ΦL的生成。標號606是相位噪聲ΦL的建模。這樣發(fā)送的信號被包括諸如r1和r2之類的多個天線的接收方固定天線部609所接收。r1和r2這種記號法是基于等價的基帶表示的。接收信號r1和r2被包括本地振蕩器612和613、混頻器611和615的接收方頻率轉(zhuǎn)換部610頻率轉(zhuǎn)換成基帶頻率的信號，通過導(dǎo)頻信號檢測部616，并且被接收方的基于矩陣U的矩陣計算處理部617所處理，從而MIMO中的信號分離/檢測完成。
在發(fā)送方的處理中，使用了為各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器612和613。從而，由于天線之間缺乏載波同步而生成了相位噪聲φL。標號614是相位噪聲φL的建模。要使用的天線沒有具體限制，可以是拋物線天線或者喇叭天線。
由于在發(fā)送方本地振蕩器執(zhí)行的處理之前生成正交導(dǎo)頻信號并且在接收方本地振蕩器執(zhí)行的處理之后檢測導(dǎo)頻信號，因此導(dǎo)頻信號檢測部616可以檢測到[式93]中的Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)和φ＝φL+φA。所使用的正交導(dǎo)頻信號是諸如哈得馬得序列或CAZAC序列之類的正交式樣，因此可以利用簡單的相關(guān)器(未示出)來檢測Φ和φ。所有矩陣計算都可以僅在接收方完成。
也就是說，從[式93]可以看出，發(fā)送方矩陣起到這樣的作用針對由于諸如對比如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線的位置變動(在圖5中由ΦA(chǔ)和φA建模)之類的外部因素引起的信道之間的變動和由于載波之間未同步而引起的相位噪聲ΦL或φL進行補償。第五示例的最大優(yōu)點在于，不必將用于構(gòu)造V矩陣的反饋信息從接收端發(fā)送到發(fā)送端。與第四示例不同，圖6的粗箭頭表示具有不同寬度的虛擬正交信道。然而，如上所述，此配置中的虛擬正交信道具有相同的信道質(zhì)量。
雖然已經(jīng)描述了使用兩個天線的情況，但是本發(fā)明并不限于此，而也可以實現(xiàn)使用三個或更多個天線的配置。
在下文中，將描述使用三個或更多個天線的情況。為了簡單，僅示出了發(fā)送方/接收方天線。
<第六示例> 本發(fā)明的第六示例示出了使用三個天線并且僅在接收方執(zhí)行酉矩陣計算的情況。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式94] [信道矩陣H] 在此示例中，從圖7得出以下[式95]，并且信道矩陣H可由[式96]表示。
[式95] 其中；n＝0，1，2 [式96] 其中； ∴ 其中； 因此，獲得以下公式。
[式97] ∴其中； [式97]中的ΦA(chǔ)和φA分別表示由于對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化有很高敏感度的發(fā)送方/接收方天線的位置變動引起的載波相位旋轉(zhuǎn)。下標1和2表示從最上方天線算起的第二和第三天線的位置移動。另外，天線間隔必須考慮到在固定點微波通信系統(tǒng)中要使用的頻率而被加寬，并且相應(yīng)地，本地振蕩器被安裝在天線附近。也就是說，在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器這一點是第三配置的特征。因此，由于載波未同步而導(dǎo)致了相位噪聲ΦL或φL。下標1和2表示從最上方天線算起的第二和第三天線的位置移動。
在發(fā)送方和接收方，由于對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線方向的運動而引起的重大相位旋轉(zhuǎn)都可以被追溯到與為各個天線設(shè)置的本地振蕩器的相位變動相同的建模。從而，基于[式97]的分析表明，在從最上方天線算起的發(fā)送方第二和第三天線中滿足Φ1＝ΦL1+ΦA(chǔ)1和Φ2＝ΦL2+ΦA(chǔ)2，并且在從最上方天線算起的接收方第二和第三天線中滿足φ1＝φL1+φA1和φ2＝φL2+φA2。也就是說，即使在使用三個天線的配置中，也可以通過僅在接收方的酉矩陣計算來形成虛擬正交信道。圖7中的粗箭頭表示其信道質(zhì)量與31/2、31/2和31/2成比例的虛擬正交信道。
另外，通過利用導(dǎo)頻信號適當(dāng)?shù)貦z測相位差，可以獲得與SVD方法等同的特性。信道容量變?yōu)楸贿f送到所有天線的總功率的三倍那么高。
<第七示例> 本發(fā)明的第七示例示出了以下情況使用四個天線，僅在接收方執(zhí)行酉矩陣計算，并且在發(fā)送端和接收端都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式98] [信道矩陣H] 在此示例中，從圖8得出以下[式99]， [式99] 其中；n＝0，1，2，3 并且信道矩陣H可由以下[式100]表示。
[式100] 其中； ∴ 其中； 因此，獲得以下公式。
[式101] ∴其中； [式101]中的ΦA(chǔ)和φA分別表示由于對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化有很高敏感度的發(fā)送方/接收方天線的位置變動引起的載波相位旋轉(zhuǎn)。下標1、2和3表示從最上方天線算起的第二、第三和第四天線的位置移動。天線間隔必須考慮到在固定點微波通信系統(tǒng)中要使用的頻率而被加寬，并且相應(yīng)地，本地振蕩器被安裝在天線附近。也就是說，在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。因此，由于載波未同步而導(dǎo)致了相位噪聲ΦL或φL。下標1、2和3表示從最上方天線算起的第二、第三和第四天線的位置移動。
在發(fā)送方和接收方，由于對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化具有很高敏感度的天線方向的運動而引起的重大相位旋轉(zhuǎn)都可以被追溯到與為各個天線設(shè)置的本地振蕩器的相位變動相同的建模。從而，基于[式101]的分析表明，在從最上方天線算起的發(fā)送方第二、第三和第四天線中滿足Φ1＝ΦL1+ΦA(chǔ)1、Φ2＝ΦL2+ΦA(chǔ)2和Φ3＝ΦL3+ΦA(chǔ)3，并且在從最上方天線算起的接收方第二、第三和第四天線中滿足φ1＝φL1+φA1、φ2＝φL2+φA2和φ3＝φL3+φA3。也就s是說，即使在使用四個天線的配置中，也可以通過僅在接收方的酉矩陣計算來形成虛擬正交信道。圖8中的粗箭頭表示其信道質(zhì)量與41/2、41/2、41/2和41/2成比例的虛擬正交信道。
另外，通過利用導(dǎo)頻信號適當(dāng)?shù)貦z測相位變動，可以獲得與SVD方法等同的特性。信道容量變?yōu)楸贿f送到所有天線的總功率的四倍那么高。
在下文中，將針對下述各種情況來描述使用任意數(shù)目N個天線的情況僅在發(fā)送方執(zhí)行矩陣計算的情況，僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的情況，在發(fā)送方和接收方都執(zhí)行矩陣計算的情況。
在此示例中，考慮使用任意數(shù)目N個天線的配置(一般解)。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式102]
基于以下[式103]，其中在發(fā)送方和接收方都沒有相位旋轉(zhuǎn)的理想視距信道矩陣由[式104]表示。
[式103] 其中；n＝0，1，2，3，…，N-1 [式104]
另外，發(fā)送方相位旋轉(zhuǎn)矩陣T被定義為以下公式。
[式105]
類似地，接收方相位旋轉(zhuǎn)矩陣W被定義為以下公式。
[式106]
這里，以下[式107]和[式108]都得到滿足。
[式107] [式108] ΦA(chǔ)和φA分別表示由于對諸如風(fēng)或周圍溫度之類的天氣條件的微小變化有很高敏感度的發(fā)送方/接收方天線的位置變動引起的載波相位旋轉(zhuǎn)。ΦL和φL分別表示由于載波之間未同步而引起的相位變動。每個下標表示相對于最上方天線的每個天線的對應(yīng)位置。
從而，在發(fā)送方和接收方都存在相位旋轉(zhuǎn)的實際視距信道矩陣由以下公式表示。
[式109]
(僅在接收方執(zhí)行酉矩陣計算的情況) 在此情況下，滿足以下公式。
[式110]
因此，滿足以下公式。
[式111] 從而，獲得以下公式。
[式112]
也就是說，即使在使用任意數(shù)目N個天線的配置中，即使在為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器并且發(fā)生高敏感度天線方向的位移的情況下，也可以通過僅在接收方的矩陣計算來形成虛擬正交信道。
順便說一下，假定滿足以下公式。
[式113] 這里，滿足以下公式。
[式114]
當(dāng)N為偶數(shù)時，任意列向量或任意行向量是通過對Chu序列進行循環(huán)移位而獲得的向量，并且其自相關(guān)值(E[a·a*])彼此正交。當(dāng)N為奇數(shù)時，不出現(xiàn)循環(huán)移位。然而，從以下描述可以了解到已經(jīng)確立了正交關(guān)系。
(僅在發(fā)送方執(zhí)行酉矩陣計算的情況) 在此情況下，滿足以下公式。
[式115]
因此，滿足以下公式。
[式116] 從而，獲得以下公式。
[式117]
也就是說，即使在使用任意數(shù)目N個天線的配置中，即使在為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器并且發(fā)生高敏感度天線方向的位移的情況下，也可以通過僅在發(fā)送方的矩陣計算來形成虛擬正交信道。
(在發(fā)送方和接收方都執(zhí)行酉矩陣計算的情況) [奇異值對角矩陣Λ1/2] 在此示例中，奇異值對角矩陣Λ1/2由以下公式表示。
[式118]
因此，獲得以下公式。
[式119] 當(dāng)任意酉矩陣被用作V時，獲得以下公式。
[式120] 順便說一下，滿足以下公式。
[式121] 從而，即使在任意酉矩陣被用作V時，U也成為酉矩陣。
因此，獲得以下公式。
[式122]
也就是說，即使當(dāng)任意數(shù)目N個天線被用于在發(fā)送方和接收方都執(zhí)行酉矩陣計算的配置中時，在為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器并且發(fā)生高敏感度天線方向的位移的情況下，也可以通過僅在發(fā)送方的酉矩陣計算來形成虛擬正交信道。
此時，固定發(fā)送矩陣V可以是任何一個，只要它是酉矩陣即可，而發(fā)送方酉矩陣計算由以下公式表示，以起到針對由本地振蕩器或者天線位移引起的變動進行補償?shù)淖饔谩?br> [式123] 作為簡單示例，上述公式被應(yīng)用到使用兩個天線的配置。
作為固定任意發(fā)送矩陣，選擇由以下公式表示的矩陣。
[式124] 這里，滿足以下公式。
[式125] 因此，滿足以下公式。
[式126] 在下文中，將描述[式114]中使用的正交關(guān)系。
這里，計算以下公式中任意m行向量和任意n列向量的乘積。
[式127]
1)當(dāng)m＜n時，滿足以下公式。
[式128] 這里，假定滿足以下公式。
[式129] 在此情況下，滿足以下公式。
[式130] ∴S＝0 從而，確立了正交關(guān)系。
2)當(dāng)m＞n時，滿足以下公式。
[式131] 類似地，滿足以下公式。
[式132] 從而，確立了正交關(guān)系。
根據(jù)以上內(nèi)容，獲得以下公式。
[式133]
已經(jīng)描述使用多個天線的配置，其中發(fā)生高敏感度天線方向的位移并且在為各個天線設(shè)置本地振蕩器的配置中由于載波之間未同步而導(dǎo)致的相位噪聲僅通過接收方酉矩陣U來得到補償，并且通信容量成為天線數(shù)目的倍數(shù)。
在下文中，將描述在未設(shè)定理想天線間隔亦即虛擬正交信道具有不同寬度的條件中的特性。第五示例被用作示例。
[基于視距固定信道的SVD方法中和第五配置示例中的特性的分析] (虛擬正交信道具有不同寬度、僅在接收方執(zhí)行矩陣計算并且在發(fā)送方和接收方都為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器的情況) 在與SVD方法相比較的同時，對于所提出的方法(第五示例)執(zhí)行特性分析，其中為了靈活，天線間隔是基于與最優(yōu)天線位置不同的天線位置來設(shè)定的。
首先，參考第五示例，假定接收信號向量為r，則接收方的矩陣計算之后的信號向量由以下公式表示。
[式134] U-1·r＝U-1·(H·S+n)＝U-1·(U·Λ1/2·S+n)＝Λ1/2·S+U-1·n ∵V＝I 其中S表示發(fā)送信號向量，n表示噪聲向量。
另外，根據(jù)第五示例，滿足以下公式。
[式135] 因此，發(fā)送信號向量S和噪聲向量n被設(shè)定為以下公式。
[式136] 另外，應(yīng)用正規(guī)化以獲得以下公式，以便利用相對值來進行比較。
[式137] E[|s1|2]＝E[|s2|2]＝1，E[|n1|2]＝E[|n2|2]＝1 從而，λ1信道的SNR1由以下公式表示。
[式138] 類似地，λ2信道的SNR2以下公式表示。
[式139] 從而，雖然正交信道具有不同的寬度，但SNR1和SNR2都成為sin2α。
(SVD方法) 為了與第五示例進行比較，執(zhí)行對SVD方法的特性分析。
首先，根據(jù)圖1的配置圖，在根據(jù)SVD方法的酉矩陣計算之后的接收信號向量由以下公式表示。
[式140] UH·r＝UH·(H·V·S+n)＝UH·(U·Λ1/2·VH·V·S+n)＝Λ1/2·S+UH·n 因此，[式43]的UH，正規(guī)化之后λ1信道的SNR1由以下公式表示。
[式141] 類似地，正規(guī)化之后λ2信道的SNR2由以下公式表示。
[式142] 因此，正交信道的寬度與λ1＝2+2cosα和λ2＝2-2cosα成比例，并且因此，SNR1和SNR2分別變成1+1cosα和1-1cosα。
(就天線間隔而言基于各種方法的正交信道的SNR之間的比較) 當(dāng)就天線間隔dT和dR而言相互比較所提出的方法(第五示例)和SVD方法的特性分析結(jié)果時，獲得圖9的示圖。所提出的方法在正交信道λ1和λ2之間表現(xiàn)出相同的SNR值，從而可以了解到，關(guān)于天線間隔的變動較小。
為了實現(xiàn)一種實際且靈活的配置，已經(jīng)在與存在一個在該處特征值為重根狀況以生成奇異點的天線間位置的配置不同的配置中，在假定僅在接收方執(zhí)行矩陣計算處理以消除使用要從發(fā)送方發(fā)送的反饋信息的需求的情況下進行了分析。
在所提出的方法和SVD方法中，接收方的矩陣計算后的信號功率都與特征值成比例。在SVD方法的情況下，接收方的矩陣計算基于酉矩陣，從而即使特征值變化，噪聲功率也不變，而保持為恒定值。因此，SVD方法中的各個路徑的SNR具有與特征值成比例并且根據(jù)天線間隔而變化的不同值。
另一方面，在所提出的方法中，接收方的矩陣計算并不是基于酉矩陣的，從而噪聲功率根據(jù)特征值而變化。從而，圖9的分析結(jié)果表明，雖然信號功率與特征值成比例地表現(xiàn)出高功率和低功率，但各個路徑的SNR始終表現(xiàn)出相同的值，并且按相同的比例根據(jù)天線間隔而變化。
從而，在所提出的方法中，即使當(dāng)天線間隔變化時，針對虛擬正交信道的SNR也不變化，并且如果發(fā)生變化，則變化量較小，從而可以認為所提出的方法比SVD方法更實際并易于使用。
在假定為各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器的情況下的理論分析的內(nèi)容可以被追溯到也針對高敏感度天線方向的運動的相同建模，從而完全覆蓋諸如風(fēng)之類的天氣條件的微小變化的影響。
接下來，將描述考慮實際安裝位置的布置。很有可能難以確保更靠近用戶側(cè)的天線安裝位置。另一方面，更有可能較容易確保主干網(wǎng)絡(luò)側(cè)而不是用戶側(cè)的天線安裝位置。在下文中，將描述圖10所示的配置，其中在發(fā)送方和接收方之間，天線間隔彼此不同。
通過對圖10的垂直對稱信道配置的下半部進行建模而獲得的圖11被用于執(zhí)行如下分析。
基于發(fā)送機-接收機距離R的距離衰減和共同相移由相對相移決定，因此可被忽略。在下文中，R被設(shè)定為基準。然后，相對于R的角度Δθ1的對角信道的信道差異由以下公式表示。
[式143] ∵ 類似地，相對于R的角度Δθ2的對角信道的信道差異由以下公式表示。
[式144] ∵ 由于接收點處兩個波之間的信道差異而產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)α由以下公式表示。
[式145] 順便說一下，假定RF頻率＝30GHz，R＝2000m，dT＝5m，并且dR＝2m，則滿足以下公式。
[式146] 在考慮到用于發(fā)送信號s2的天線的位置變動引起的相移Φ的情況下，利用角度Δθ1的對角信道正規(guī)化的信道矩陣H由以下公式表示。
[式147] 從而，表現(xiàn)出了與到目前為止已獲得的結(jié)果相同的條件。
另外，根據(jù)以下[式148]，獲得[式149]。
[式148] [式149] ∴ 圖12是示出此結(jié)果的示圖。當(dāng)根據(jù)上述結(jié)果構(gòu)造α＝(π/λ)·(dR2/R)-＞α＝(π/λ)·(dT·dR/R)時，獲得相同的結(jié)果。從而，可以了解到，可以不加修改地使用所提出的方法。
將描述在發(fā)送天線和接收天線之間的天線布置方向中發(fā)生菱形失準的情況。
在圖13中，與上述情況中一樣，R被設(shè)定為基準。然后，相對于R的對角信道d11、d12、d21和d22的信道差異被表示如下。
在d11的情況下； [式150] ∵ 在d12的情況下； [式151] ∵ 在d21的情況下； [式152] ∵ 在d22的情況下； [式153] ∵ 假定由于信道差異而產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)由α＝2π(d2/2R)/γ＝(π/γ)·(d2/R)，ζ＝2π(2·d·d0/2R)/γ＝(π/γ)·(2·d·d0/R)表示，則利用通過信道d11正規(guī)化的信道矩陣H由以下公式表示。
[式154] 因此，獲得以下公式。
[式155] 根據(jù)上述內(nèi)容，獲得以下公式。
[式156] ∴ 從而，可以了解到，即使發(fā)生菱形失準，對于與各個路徑的寬度相對應(yīng)的特征值也沒有影響。
(奇異值分解H＝U·Λ1/2·VH) 信道矩陣H的奇異值分解由以下公式表示。
[式157] 另外，U和V由以下公式表示。
[式158] 從而，可以確認，通過U和V的酉矩陣實現(xiàn)了H的奇異值分解。也就是說，即使發(fā)生菱形失準，也可以保持失準生成前與各個路徑的寬度相對應(yīng)的特征值，并且通過U和V的酉矩陣實現(xiàn)了H的奇異值分解。當(dāng)然，即使當(dāng)由于發(fā)送天線的位置變動而引起相移Φ時，也可以獲得與上述相同的配置。
[僅在接收方執(zhí)行矩陣計算并且發(fā)送方/接收方之間的天線布置被形成為菱形的情況] 接下來，將描述其中僅在接收端執(zhí)行矩陣計算的所提出方法如何在發(fā)生這種菱形失準的情況中工作。
將描述在根據(jù)本發(fā)明的其中僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的配置中，在發(fā)送天線和接收天線之間的天線布置方向上發(fā)生菱形失準的情況。這里，不加修改地使用在上述考查中獲得的菱形信道矩陣H。
根據(jù)圖14，考慮滿足ejα＝j(luò)的天線間位置，則奇異值對角矩陣Λ1/2和信道矩陣H由以下公式表示。
[奇異值對角矩陣Λ1/2] [式159] [信道矩陣H] [式160] 其中； ∴ ∴其中； 這里，滿足以下公式。
[式161] 從而，即使發(fā)生菱形失準，僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的配置也成立。注意，即使由本地振蕩器或者由于天線位置移動而導(dǎo)致了相移Φ或φ，也可以獲得與上述相同的配置。
[發(fā)送方/接收方之間的天線布置形狀被進一步一般化的情況] 將描述發(fā)送方和接收方之間的天線布置形狀被進一步一般化的情況。這是一種安裝位置有很高靈活性的應(yīng)用示例，其中包括在視距通信系統(tǒng)中構(gòu)造的無線LAN等等。
根據(jù)圖15，獲得以下公式。
[式162] d11＝R 另外，根據(jù)圖15，僅關(guān)注接收天線之間的相位差的信道矩陣H由以下公式表示。
[式163] 根據(jù)上述內(nèi)容，獲得以下公式。
[式164] 從而，為了使得特征值為重根狀況，只需要第一項即(2π/γ)·(d12-d11)和第二項即-(2π/γ)·(d21-d22)具有彼此相反的相位。也就是說，由于滿足(2π/γ)·(d12-d11)＝-(2π/γ)·(d21-d22)mod20π，或者第一項和第二項之間的差為π，因此滿足以下公式。
[式165] 根據(jù)上述內(nèi)容，獲得以下公式。
[式166] ∴ ∴ 當(dāng)d11至d22被賦予所獲得的關(guān)系時，滿足以下公式。
[式167] 因此，獲得以下公式。
[式168] 從而，作為特征值成為重根狀況的條件，獲得以下公式。
[式169] ∴ 只要滿足上述條件，利用具有相同寬度的路徑，就可以實現(xiàn)各種天線配置。應(yīng)當(dāng)注意，這里使用的R和上述R的定義彼此略有不同。
在以上描述中，導(dǎo)頻信號被用作用于檢測由外部因素引起的天線或信道的位置變動或者由于對使用為各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器的使用而引起的相位變動檢測手段。然而，也可以通過不使用導(dǎo)頻信號的配置來檢測上述變動。例如，可以采用一種使用用于傳達信息的數(shù)據(jù)的方法。另外，雖然沒有示出，但是可以采用一種在使用均衡后的判定結(jié)果來估計相位變動的方法或者通過在誤差校正后對信號重編碼來估計相位變動的方法。在下文中，將以使用兩個天線的情況為例來描述在不使用導(dǎo)頻信號的情況下檢測上述變動的方法。
這里，利用上述信道矩陣，即由以下公式表示的信道矩陣來進行描述。
[式170] 假定發(fā)送信號向量和接收信號向量由以下公式表示。
[式171] 在此情況下，獲得以下公式。
[式172] 假定已經(jīng)根據(jù)均衡后的判定結(jié)果或者誤差校正后的信號再現(xiàn)而適當(dāng)獲得了上述公式中的s1和s2，則根據(jù)由[式173]表示的關(guān)系獲得[式174]。
[式173] y1＝s1-j·ejΦ·s2 [式174] 從而，可以檢測Φ。
然后，使用檢測到的Φ。在此之前，根據(jù)由[式172]表示的關(guān)系，滿足以下公式。
[式175] y2＝-j·ejφ·s1+ej(Φ+φ)·s2 因此，獲得以下公式。
[式176] 從而，檢測到φ。
如上所述，不通過使用導(dǎo)頻信號，而是通過使用傳統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)，就可以檢測到由外部因素引起的天線或信道的位置變動或者由于對為各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器的使用而引起的相位變動。在上述示例中，描述了啟動處理后的操作。也就是說，一旦啟動處理完成，數(shù)據(jù)就恒定流動，從而可以恒定地執(zhí)行對相位變動的檢測。
[實際無線電波傳播模型] 上述結(jié)果是在僅考慮直接波的配置中獲得的。在實際的無線電波傳播環(huán)境中，存在反射波。圖16是示出在固定點微波通信中使用的傳播模型的視圖，該模型被稱為三波模型。三波模型由波道波(duct wave)、地面反射波和直接波構(gòu)成。假定依據(jù)發(fā)送站和接收站之間的距離或者要使用的天線的波束寬度可以忽略波道波，則三波模型可被近似為由地面反射波和直接波構(gòu)成的雙波模型。從而，以下描述將在把實際無線電波傳播模型視為雙波模型的情況下進行。
首先，如圖17所示，在存在地面反射波的情況下視距無線電波傳播模型中MIMO的理想操作條件被定義如下。
假定即使當(dāng)對直接波執(zhí)行的用于構(gòu)造正交信道的矩陣計算(信道矩陣計算處理裝置)被應(yīng)用到延遲波時，也可以形成正交信道。
在圖17中，黑線表示直接波，棕線表示與地面反射波相對應(yīng)的延遲波。
[MIMO天線被水平布置的情況] 在由地面反射波和直接波構(gòu)成的雙波模型中水平布置MIMO天線的示例在圖18中示出。圖19示出了從正上方來看和從正側(cè)方來看圖18的布置。在圖18中，上方線條表示直接波，下方線條表示地面反射波，雙線表示MIMO中的對角信道。
在圖18和19中假定以這樣一種方式來布置MIMO天線，該種方式使得可以通過僅為直接波執(zhí)行的矩陣計算來構(gòu)造虛擬正交信道。
也就是說，如上所述，假定對于直接波之間的信道差異ΔR＝d2/(2R)，由于該信道差異而產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)α具有關(guān)系α＝(π/λ)·(d2/R)，并且基于該關(guān)系來處理矩陣計算。
地面反射波之間的信道差異的計算如下。
假定從地面起的天線高度為L，則地面反射波之間的信道差異ΔRr由以下公式表示。
[式177] 從而，可以了解到，可以獲得與在直接波之間獲得的信道差異相同的信道差異ΔR＝d2/(2R)，并且因此由于該信道差異而產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)同樣是(相位旋轉(zhuǎn)(α＝(π/λ)·(d2/R)))。然而，就絕對相位而言，地面反射波情況下的信道差異由以下公式表示。
[式178] 另外，就絕對相位而言，地面反射波情況下的相位差由以下公式表示。
[式179] 基于上述結(jié)果，接收信號向量Y由以下公式表示。
[式180] 其中a表示地面的反射系數(shù)。
上述結(jié)果表明，在水平布置MIMO天線的配置的情況下，即使地面反射波存在，不論從地面起的天線高度L為何，都可維持利用MIMO構(gòu)造的正交性。
在僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的情況下，滿足V＝I。
上述內(nèi)容被總結(jié)如下。
在水平布置MIMO天線的配置的情況下，即使存在地面反射波，不論天線高度L如何，都可確保利用MIMO構(gòu)造的正交性。
[MIMO天線被垂直布置的情況] 在由地面反射波和直接波構(gòu)成的雙波模型中垂直布置MIMO天線的示例在圖21中示出。在圖21中，上方線條表示直接波，下方線條表示地面反射波，雙線表示MIMO中的對角信道。在垂直布置MIMO天線的配置的情況下，所有波都經(jīng)過在發(fā)送站和接收站之間設(shè)定的直線。因此，此配置可以僅由正側(cè)面視圖來表示。圖22示出了從正上方來看(上部)和從正側(cè)方來看(下部)的圖21的布置。
對于垂直布置MIMO天線的配置的特性分析，還使用圖23的鏡像模型。如圖23所示，被地面反射的波看起來就好像它是從鏡像發(fā)射的一樣。在圖23中假定以這樣一種方式來布置MIMO天線，該種方式使得可以通過僅為直接波執(zhí)行的矩陣計算來構(gòu)造虛擬正交信道。
也就是說，假定對于直接波之間的信道差異ΔR＝d2/(2R)，由于該信道差異而產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)α具有關(guān)系α＝(π/λ)·(d2/R)＝π/2，并且根據(jù)直接波來處理矩陣計算。
鏡像中的發(fā)送站和接收站之間的配置對應(yīng)于其中發(fā)送方/接收方之間天線布置被形成為菱形的上述配置，并且假定滿足α＝(π/λ)·(d2/R)＝π/2，ζ＝-(π/γ)·(2·d·L/R)，則此情況中的信道矩陣H被表示為以下公式。
[式181] 應(yīng)當(dāng)注意，在此情況下，直接對向波和交叉波被彼此替換。
基于上述公式，將考查地面反射波中的直接對向波和交叉波之間的相位差(π/2)。根據(jù)信道矩陣H的右上角元素，在顛倒符號的情況下可以獲得以下公式(因為直接對向波和交叉波被彼此替換)。
[式182] 其中p＝1，2，… 類似地，根據(jù)信道矩陣H的左下角元素，在顛倒符號的情況下可以獲得以下公式。
[式183] 其中q＝1，2，… [式182]和[式183]之間的差由以下公式表示。
[式184] -ξ＝πr 其中r＝1，2，… 根據(jù)α＝(π/λ)·(d2/R)＝π/2，可以得出d＝(λR/2)1/2，從而可以獲得以下公式。
[式185] 因此，根據(jù)-π·r＝-π·(λR/2)1/2·L，可以獲得以下公式。
[式186] 其中r＝1，2，… 也就是說，在垂直布置MIMO天線的情況下，為了使得針對直接波的直接對向波和交叉波之間的相位差π/2可被不加修改地應(yīng)用到延遲波，必須使得從地面起的天線高度L為MIMO配置中天線間隔d的整數(shù)倍。
在下文中，假定從地面起的天線高度L是d的整數(shù)倍。
[在滿足L＝n·d的條件下垂直布置MIMO天線的情況] 這樣獲得的結(jié)果被總結(jié)為圖24的分析模型。該模型被用于執(zhí)行以下計算。
1)R#1中的信道差異(交叉波-直接對向波) [式187] [式188]
2)R#2中的信道差異(交叉波-直接對向波) [式189] [式190]
另外，檢查由于直接對向波之間的信道差異而產(chǎn)生的相位差是否為2π。
3)檢查由于相同直接對向波之間的信道差異而產(chǎn)生的相位差是否為0mod(2π)。
[式191] [式192]
另外，當(dāng)信道差異為ΔRabs時，絕對相位αabs由以下公式表示(以T#1-R#1作為代表例)。
[式193] 絕對相位被表示如下。
[式194] 基于上述結(jié)果計算的、在垂直布置MIMO天線的配置(L＝n·d)中針對地面反射波的信道矩陣Hreflection由以下公式表示。
[式195] 針對直接波的信道矩陣H由以下公式表示。
[式196] 因此，獲得以下公式。
[式197] 基于上述計算結(jié)果可獲得以下公式作為接收信號向量Y。
[式198] 其中a表示地面的反射系數(shù)。
也就是說，可以了解到，在從地面反射的波存在于垂直布置MIMO天線的配置中的情況下，如果對于從地面起的天線高度L滿足關(guān)系L＝n·d，則可維持利用MIMO構(gòu)造的正交性。
在僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的情況下，滿足V＝I。
上述內(nèi)容被總結(jié)如下。也就是說，在垂直布置MIMO天線的配置的情況下，即使存在地面反射波，只要使天線高度L為天線間隔d的整數(shù)倍(L＝n·d)，就可以確保利用MIMO構(gòu)造的正交性。
[水平布置MIMO天線的情況下的魯棒性] 接下來，將描述水平布置MIMO天線的情況下的魯棒性。
上述論述是基于地面平坦這一假設(shè)來進行的。在實際條件下，有可能地面是不平整的，如圖25所示。在此情況下，地面的反射系數(shù)a充當(dāng)反射波的平均行為。然而，在下文中，將描述如圖26所示的情況，即不幸地存在不規(guī)則的反射物體。圖27是用于此描述的分析模型，并且不失一般性地關(guān)注給定的第i個不規(guī)則反射物體。
根據(jù)上述關(guān)系，假定對于直接波之間的信道差異ΔR＝d2/(2R)，由于該信道差異產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)α具有關(guān)系α＝(π/λ)·(d2/R)＝π/2(正交條件)。根據(jù)圖27所示的關(guān)系，給定的第i個不規(guī)則反射波之間的信道差異ΔRrefi由以下公式表示。
[式199] (假定反射物體的位置與發(fā)送站的距離為m·R，并且與接收站的距離為(1-m)·R)。從而，獲得與直接波之間的信道差異相同的ΔRrefi＝ΔR＝d2/(2R)。
因此，由于該信道差異產(chǎn)生的相位旋轉(zhuǎn)由α＝(π/λ)·(d2/R)＝π/2表示，從而滿足了正交條件。基于此結(jié)果，將考慮存在N個反射物體的情況。
假定N個反射物體針對直接波的相位差為αabs0，…，αabs(N-1)，則接收信號向量Y由以下公式表示。
[式200] 其中，ai表示地面的第N反射系數(shù)。
如上述結(jié)果所示，即使存在N個不規(guī)則的反射物體，也可以滿足正交條件。在僅在接收方執(zhí)行矩陣計算的情況下，滿足V＝I。
總結(jié)這樣獲得的結(jié)果。也就是說。在水平布置MIMO天線的情況下，即使存在來自地面的多個不規(guī)則反射波，利用MIMO形成的正交性也可得到保證并且是魯棒的。
這樣獲得的各個配置的優(yōu)點和缺點被總結(jié)如下。
1.水平布置MIMO天線的情況 [優(yōu)點] ·不論天線安裝高度如何，都確保了包括地面反射波在內(nèi)的MIMO信道的正交性。
·對于來自地面的不規(guī)則反射波，正交性是魯棒的。
[缺點] ·為了天線安裝需要水平軸支撐。
2.垂直布置MIMO天線的情況 [優(yōu)點] ·由于垂直布置可以簡化天線安裝結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)空間節(jié)省。
[缺點] ·天線安裝高度L限于L＝n·d(d是MIMO天線間隔)，其中n＝1，2，...。
上述考慮了反射波的各個配置并不限于個體示例，而可以與任何未考慮反射波的配置相組合。
以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的示例性實施例和示例，在下文中將列出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
(第一示例性實施例) 具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的天線布置方法包括在視距環(huán)境中使用的MIMO通信系統(tǒng)中的發(fā)送方或者接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理部。該信道矩陣計算處理部根據(jù)發(fā)送天線或者接收天線的位置變動、發(fā)送天線和接收天線兩者的位置變動、或者信道的變動，來更新正交信道形成矩陣。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線和多個接收天線相對于地面水平布置。
利用此配置，當(dāng)在信道矩陣計算處理部中對發(fā)送天線或接收天線的位置變動或者信道的變動進行補償時，即使在視距通信期間存在除直接波之外的反射波，也可以吸收發(fā)送天線或接收天線的位置變動或者信道的變動，從而確保正交性。
(第二示例性實施例) 具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的天線布置方法包括在視距環(huán)境中使用的MIMO通信系統(tǒng)中的發(fā)送方或者接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理部。該信道矩陣計算處理部根據(jù)發(fā)送天線或者接收天線的位置變動、發(fā)送天線和接收天線兩者的位置變動、或者信道的變動，來更新正交信道形成矩陣。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線和多個接收天線相對于地面垂直布置。從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
利用此配置，當(dāng)在信道矩陣計算處理部中對發(fā)送天線或接收天線的位置變動或者信道的變動進行補償時，即使在視距通信期間存在除直接波之外的反射波，在由于天線的垂直布置而實現(xiàn)空間節(jié)省的天線配置中，也可以吸收發(fā)送天線或接收天線的位置變動或者信道的變動，從而確保正交性。
(第三示例性實施例) 具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的天線布置方法設(shè)定信道的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況，并且在發(fā)送方和接收方之一執(zhí)行基于從特征值獲得的特征向量或者從特征值的線性組合獲得的特征向量而構(gòu)造的酉矩陣的計算，從而構(gòu)造虛擬正交信道。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線和多個接收天線相對于地面水平布置。
利用此配置，即使在視距通信期間存在除直接波之外的反射波，也可以在確保正交性的同時，實現(xiàn)具有其中無需使用用于交換反饋信息的反向信道的配置和其中只執(zhí)行發(fā)送處理的配置的系統(tǒng)的靈活設(shè)計。
(第四示例性實施例) 具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的天線布置方法設(shè)定信道的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況，并且在發(fā)送方和接收方之一執(zhí)行基于從特征值獲得的特征向量或者從特征值的線性組合獲得的特征向量而構(gòu)造的酉矩陣的計算，從而構(gòu)造虛擬正交信道。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線和多個接收天線相對于地面垂直布置。從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
利用此配置，即使在視距通信期間存在除直接波之外的反射波，在其中由于天線的垂直布置而實現(xiàn)空間節(jié)省的天線配置中，也可以在確保正交性的同時，實現(xiàn)具有其中無需使用用于交換反饋信息的反向信道的配置和其中只執(zhí)行發(fā)送處理的配置的系統(tǒng)的靈活設(shè)計。
(第五示例性實施例) 在具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的天線布置方法中，MIMO通信系統(tǒng)是使用多個天線并且通過使用在發(fā)送方和接收方之一或兩者上為各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器而構(gòu)造的固定點微波通信系統(tǒng)。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線和多個接收天線相對于地面水平布置。
利用此配置，即使在視距通信期間存在除直接波之外的反射波，也可以解決對用于固定點微波通信系統(tǒng)的MIMO通信系統(tǒng)的構(gòu)造施加了限制的、必須在天線之間實現(xiàn)載波同步的問題。
(第六示例性實施例) 在具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的天線布置方法中，MIMO通信系統(tǒng)是使用多個天線并且通過使用在發(fā)送方和接收方之一或兩者上為各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器而構(gòu)造的固定點微波通信系統(tǒng)。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線和多個接收天線相對于地面垂直布置。從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
利用此配置，即使在視距通信期間存在除直接波之外的反射波，在其中由于天線的垂直布置而實現(xiàn)空間節(jié)省的天線配置中，也可以解決對用于固定點微波通信系統(tǒng)的MIMO通信系統(tǒng)的構(gòu)造施加了限制的、必須在天線之間實現(xiàn)載波同步的問題。
(第七示例性實施例) 用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機具有信道矩陣計算處理裝置，用于計算用來構(gòu)造作為信道的正交信道的信道矩陣。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線被水平布置。
(第八示例性實施例) 用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機具有信道矩陣計算處理裝置，用于計算用來構(gòu)造作為信道的正交信道的信道矩陣。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線被垂直布置。從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
(第九示例性實施例) MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機具有信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定信道的與天線間隔有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線被水平布置。
(第十示例性實施例) MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機具有信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定信道的與天線間隔有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道。構(gòu)成信道矩陣的多個發(fā)送天線被垂直布置。從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
(第十一示例性實施例) 用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的接收機具有信道矩陣計算處理裝置，用于計算用來構(gòu)造作為信道的正交信道的信道矩陣。構(gòu)成信道矩陣的多個接收天線被水平布置。
(第十二示例性實施例) 用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的接收機具有信道矩陣計算處理裝置，用于計算用來構(gòu)造作為信道的正交信道的信道矩陣。構(gòu)成信道矩陣的多個接收天線被垂直布置。從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
(第十三示例性實施例) MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的接收機具有信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定信道的與天線間隔有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道。構(gòu)成信道矩陣的多個接收天線被水平布置。
(第十四示例性實施例) MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方與布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道。該MIMO通信系統(tǒng)的接收機具有信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定信道的與天線間隔有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道。構(gòu)成信道矩陣的多個接收天線被垂直布置。從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
構(gòu)成MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機和接收機就其硬件和軟件配置而言并沒有特別限制，而可以具有任何配置，只要它們能夠?qū)崿F(xiàn)各個組件的功能(裝置)即可。例如，可以采用為每個功能獨立設(shè)置電路的配置，或者采用將多個功能集成到一個電路中的配置?；蛘?，可以采用通過軟件處理來實現(xiàn)所有功能的配置。在通過由CPU(中央處理單元)控制的軟件處理來實現(xiàn)上述功能的情況下，在計算機中執(zhí)行的程序和存儲該程序的計算機可讀記錄介質(zhì)屬于本發(fā)明的范圍。
雖然已經(jīng)參考示例性實施例和示例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于上述示例性實施例和示例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可以對本發(fā)明的配置和細節(jié)進行多種修改和改變。
本申請基于在先日本專利申請No.2007-201773(2007年8月2日提交)并要求其優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容通過引用被并入在此。
{工業(yè)應(yīng)用性} 本發(fā)明可被應(yīng)用到諸如固定點微波通信系統(tǒng)之類的在設(shè)置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和設(shè)置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)、用于該系統(tǒng)的天線布置方法、該系統(tǒng)的其發(fā)送機和該系統(tǒng)的接收機。
權(quán)利要求
1.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
在發(fā)送方或接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面水平布置。
2.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
在發(fā)送方或接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
3.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在發(fā)送方或接收方利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面水平布置。
4.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在發(fā)送方或接收方利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述信道矩陣計算處理裝置根據(jù)發(fā)送天線或接收天線的位置變動、發(fā)送天線和接收天線兩者的位置變動或者所述信道的變動，來更新用于構(gòu)造所述正交信道的信道矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述信道矩陣計算處理裝置根據(jù)發(fā)送天線或接收天線的位置變動、發(fā)送天線和接收天線兩者的位置變動或者所述信道的變動，來更新用于構(gòu)造所述正交信道的信道矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述信道矩陣計算處理裝置設(shè)定所述信道的幾何參數(shù)以使得所述信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在所述發(fā)送方和接收方之一執(zhí)行基于從所述特征值獲得的特征向量或者從特征向量的線性組合獲得的特征向量構(gòu)成的酉矩陣的計算，從而構(gòu)造作為所述信道的虛擬正交信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述信道矩陣計算處理裝置設(shè)定所述信道的幾何參數(shù)以使得所述信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在所述發(fā)送方和接收方之一執(zhí)行基于從所述特征值獲得的特征向量或者從特征向量的線性組合獲得的特征向量構(gòu)成的酉矩陣的計算，從而構(gòu)造作為所述信道的虛擬正交信道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述MIMO通信系統(tǒng)是使用多個天線的固定點微波通信系統(tǒng)并且是通過在發(fā)送方和接收方之一或兩者使用為各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器來構(gòu)成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述MIMO通信系統(tǒng)是使用多個天線的固定點微波通信系統(tǒng)并且是通過在發(fā)送方和接收方之一或兩者使用為各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器來構(gòu)成的。
11.一種用于MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法，該MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中，該方法包括
在發(fā)送方或接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理手段，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面水平布置。
12.一種用于MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法，該MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中，該方法包括
在發(fā)送方或接收方或者發(fā)送方和接收方兩者的信道矩陣計算處理手段，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
13.一種用于MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法，該MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道，該方法包括
信道矩陣計算處理手段，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在發(fā)送方或接收方利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面水平布置。
14.一種用于MIMO通信系統(tǒng)的天線布置方法，該MIMO通信系統(tǒng)在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道，該方法包括
信道矩陣計算處理手段，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且在發(fā)送方或接收方利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線和所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
15.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機，該發(fā)送機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線相對于地面水平布置。
16.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機，該發(fā)送機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個發(fā)送天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
17.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機，該發(fā)送機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線相對于地面水平布置。
18.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送機，該發(fā)送機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個發(fā)送天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
19.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)的接收機，該接收機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個接收天線相對于地面水平布置。
20.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道并且用于視距環(huán)境中的MIMO通信系統(tǒng)的接收機，該接收機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于計算信道矩陣，該信道矩陣用于構(gòu)造作為信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道矩陣的所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
21.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)的接收機，該接收機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個接收天線相對于地面水平布置。
22.一種在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)的接收機，該接收機包括
信道矩陣計算處理裝置，用于通過設(shè)定所述信道的與天線距離有關(guān)的幾何參數(shù)以使得信道矩陣的特征值成為重根狀況并且利用基于從所述特征值獲得的奇異向量或者從特征向量的線性組合獲得的奇異向量構(gòu)成的酉矩陣執(zhí)行矩陣計算，來構(gòu)造作為所述信道的正交信道，
其中，構(gòu)成所述信道的所述多個接收天線相對于地面垂直布置，并且從地面起的天線高度是天線間隔的整數(shù)倍。
全文摘要
一種具有確定性通信路徑MIMO通信系統(tǒng)，即使在視距通信期間存在除直接波以外的反射波，也可以確保該系統(tǒng)的正交性。該MIMO通信系統(tǒng)被用在視距環(huán)境中，并且在布置有多個發(fā)送天線的發(fā)送方和布置有多個接收天線的接收方之間具有確定性通信路徑。該MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)送方、接收方或者發(fā)送方和接收方兩者具有通信路徑矩陣計算裝置，用于計算通信路徑矩陣，該通信路徑矩陣用于構(gòu)造作為通信路徑的正交傳輸路徑。形成所述通信路徑矩陣的發(fā)送天線和接收天線被水平布置。
文檔編號H04L1/06GK101772904SQ20088010157
公開日2010年7月7日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者丸次夫 申請人:日本電氣株式會社