[发明专利]具有确定性信道的MIMO通信系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及空分复用方法(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。

背景技术

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·H^H＝n·I_n

其中，n是天线数，H^H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H_max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cm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 forMultiple Input-Multiple Output Wireless Channels：A Geometric Interpretation

发明内容

本发明要解决的问题

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。