專利名稱：具有確定性信道的mimo通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空分復用方法(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(tǒng)的MIMO通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
近年來，使用MIMO的技術(shù)已經(jīng)在無線通信領(lǐng)域盛行，而MIMO本身不再是新的技術(shù)。使用MIMO的傳統(tǒng)技術(shù)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(fā)送天線的無線電波根據(jù)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(xiàn)象的發(fā)生，衰落現(xiàn)象已經(jīng)成為實現(xiàn)高質(zhì)量通信的障礙。移動通信中的MIMO技術(shù)并不視衰落現(xiàn)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(huán)境資源。就這一點而言，MIMO技術(shù)被認為是革新技術(shù)。
盡管在示例的數(shù)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(shù)應用于無線電信道確定的視距固定無線電通信的結(jié)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(fā)送天線和接收天線之間的幾何位置關(guān)系是固定的。
如下，以上非專利文獻1記載了由于在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)兩側(cè)上的天線間隔長度的延伸，在構(gòu)成發(fā)送天線和接收天線間的信道的信道矩陣H上產(chǎn)生了什么效應。
式1
H·HH＝n·In 其中，n是天線數(shù)，HH是H的Hermitian轉(zhuǎn)置矩陣，并且I是單位矩陣。
根據(jù)非專利文獻1，信號關(guān)于被直線布置以在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間彼此面對的發(fā)送天線i和接收天線k的相位旋轉(zhuǎn)通過以下公式來設(shè)置，從而發(fā)送天線和接收天線可以由直線式天線(linear antenna)構(gòu)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(shù)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(jīng)歷了反射或散射的移動通信環(huán)境中，而且在確定性視距通信環(huán)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(tǒng)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(fā)生明顯的相位旋轉(zhuǎn)。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(fā)生高度敏感的天線方向上的這種位移，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)以上信道容量的增加。
在MIMO技術(shù)中，在同一頻帶上發(fā)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(xiàn)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(unitary matrix)。假定在SVD方法中，用于酉矩陣的構(gòu)建的反饋信息可以從接收端被理想地發(fā)送給發(fā)送端。在這種情況中，即使發(fā)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(jié)果，基于MIMO可以實現(xiàn)大容量定點微波通信。
非專利文獻1IEEE TRANSACTION ON COMMUNICATIONS，VOL.47，NO.2，F(xiàn)EBRUARY 1999、PP.173-176、On the Capacity Formula forMultiple Input-Multiple Output Wireless ChannelsA Geometric Interpretation

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題 然而，以上反饋信息會增大系統(tǒng)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(zhí)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(zhí)行奇異值分析時，存在特征值是多重根條件以產(chǎn)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(tài)會引起奇異向量的明顯轉(zhuǎn)變(transition)。
然而，通過利用這一現(xiàn)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(tǒng)方法中存在必須在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)實現(xiàn)天線間的載波同步的問題。即，在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)，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(tǒng)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(xiàn)天線間的載波同步的問題對定點微波通信系統(tǒng)施加了嚴重的限制。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)及方法，其中，MIMO被應用于具有固定幾何位置關(guān)系的視距信道以增大信道容量。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的MIMO通信系統(tǒng)，該MIMO通信系統(tǒng)能夠提供與傳統(tǒng)的SVD方法等同的性能，而沒有SVD方法中需要從接收端發(fā)送到發(fā)送端以用于的酉矩陣的構(gòu)建的反饋信息。
此外，本發(fā)明的主要目的是提供解決了必須實現(xiàn)天線間的載波同步的問題的MIMO通信系統(tǒng)，天線間的載波同步對定點微波通信系統(tǒng)的構(gòu)建施加了嚴重的制約。
本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的MIMO通信系統(tǒng)即使在由于對諸如風或周圍環(huán)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(zhuǎn)而難于確保確定性信道矩陣的條件下，該MIMO通信系統(tǒng)仍然能夠提供與SVD方法等同的性能。
根據(jù)本發(fā)明的MIMO是視距通信，所以在多個天線的信號之間存在某種相關(guān)性，并且在這點上，與傳統(tǒng)移動通信中使用的MIMO不同。即，傳統(tǒng)移動通信或室內(nèi)無線LAN系統(tǒng)是基于在多個天線的信號之間不存在相關(guān)性的假設(shè)下實現(xiàn)的。因此，應當注意，與根據(jù)本發(fā)明的MIMO不同，傳統(tǒng)的MIMO不在存在天線間的某種相關(guān)性的狀態(tài)下操作。
解決問題的手段 為了解決以上問題，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括多個信道的視距MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于包括在發(fā)送側(cè)或在接收側(cè)或在發(fā)送和接收兩側(cè)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(jù)發(fā)送天線(例如，電波傳播中所使用的發(fā)送天線、發(fā)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(shè)置信道的幾何參數(shù)使得信道矩陣的特征值變成多重根條件，并且在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)中的一側(cè)執(zhí)行對基于根據(jù)特征值得到的特征向量或根據(jù)特征向量的線性和得到的特征向量構(gòu)成的酉矩陣的計算。
MIMO通信系統(tǒng)是使用多個信道的定點微波通信系統(tǒng)，并且是通過使用針對發(fā)送和接收側(cè)之一或兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器來構(gòu)成的。
MIMO通信系統(tǒng)包括用于對發(fā)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(jié)果，更新虛擬正交信道形成矩陣。
本發(fā)明的優(yōu)點 根據(jù)本發(fā)明的MIMO通信系統(tǒng)包括多個信道。此外，該系統(tǒng)包括在發(fā)送側(cè)或在接收側(cè)或在發(fā)送和接收兩側(cè)的信道矩陣計算處理部件。信道矩陣計算處理部件根據(jù)發(fā)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(fā)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?qū)崿F(xiàn)最大通信容量的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，為了虛擬正交信道的形成，設(shè)置信道的幾何參數(shù)使得信道矩陣的特征值變成多重根條件，并且在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)中的一側(cè)執(zhí)行對基于根據(jù)特征值得到的特征向量或根據(jù)特征向量的線性和得到的特征向量所構(gòu)成的酉矩陣的計算。這使能了靈活的系統(tǒng)設(shè)計并且可以實現(xiàn)不需要使用用于交換反饋信息的反向信道的配置和僅執(zhí)行發(fā)送處理的配置。
此外，MIMO通信系統(tǒng)是使用多個天線并且通過使用針對發(fā)送側(cè)和接收側(cè)中的一側(cè)或兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器來構(gòu)成的定點微波通信系統(tǒng)。利用這樣的配置，可以解決必須實現(xiàn)天線間的載波同步的問題，天線間的載波同步對定點微波通信系統(tǒng)的構(gòu)建施加了嚴重的制約。
此外，可以僅在接收側(cè)執(zhí)行用于虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。利用這樣的配置，可以提供不需要使用反向信道來周期地頻繁交換反饋信息的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，MIMO通信系統(tǒng)包括用于對發(fā)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手段，并且使用來自該手段的檢測結(jié)果更新虛擬正交信道形成矩陣。利用這樣的配置，可以提供具有令人滿意的安裝條件和強固的結(jié)構(gòu)的沒有問題的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，MIMO通信系統(tǒng)還包括用于將導頻(pilot)信號從發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)的手段，通過導頻信號對發(fā)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，并且基于該檢測的結(jié)果更新虛擬正交信道形成矩陣。利用這樣的配置，可以提供具有令人滿意的安裝條件和強固的結(jié)構(gòu)的沒有問題的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，MIMO通信系統(tǒng)包括用于將各個天線的導頻信號從發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)的手段，并且基于導頻信號，僅在接收側(cè)執(zhí)行用于虛擬正交信道形成的矩陣計算處理。利用這樣的簡單處理，可以提供不需要使用反向信道來周期地頻繁交換反饋信息的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，在由本地振蕩器執(zhí)行的處理之前產(chǎn)生要從發(fā)送側(cè)被發(fā)送給接收側(cè)的導頻信號。利用這樣的配置，可以在接收端對發(fā)送側(cè)產(chǎn)生的本地振蕩器之間的相位噪聲進行檢測，并且通過更新矩陣可以補償所產(chǎn)生的相位噪聲。
此外，在接收側(cè)在由本地振蕩器執(zhí)行的處理之后執(zhí)行對已經(jīng)從發(fā)送側(cè)被發(fā)送到接收側(cè)的導頻信號的檢測。利用這樣的配置，可以在接收端對在接收側(cè)產(chǎn)生的本地振蕩器之間的相位噪聲進行檢測，并且通過更新矩陣可以補償所產(chǎn)生的相位噪聲。
此外，從發(fā)送側(cè)被發(fā)送給接收側(cè)的導頻信號在發(fā)送天線間是正交的。利用這樣的配置，通過簡易相關(guān)器可以對本地振蕩器之間的相位噪聲和由氣象條件引起的高度敏感天線方向上的位移進行檢測，并且通過更新矩陣可以補償所檢測到的相位噪聲或位移。
此外，視距信道可以被用作光學信道、或聲學信道以及電波信道。在這種情況中，也可以提供MIMO通信系統(tǒng)。
此外，使得多個發(fā)送天線或多個接收天線之間的長度和多個發(fā)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。利用這樣的配置，不論是何種幾何形式的視距信道，通過對發(fā)送天線或接收天線之間的間隔長度與發(fā)送天線或接收天線的軸向之一或兩者進行控制總是能夠?qū)崿F(xiàn)最大通信容量。
在本發(fā)明中，不需要同時實現(xiàn)以上效果，但是至少可以實現(xiàn)效果之一。



圖1是示出使用SVD方法的視距MIMO的配置示例的視圖，在該SVD方法中，天線間隔長度被任意設(shè)置并且考慮了高度敏感的天線方向上的天線位置變動； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的視距MIMO的第一示例(第一配置示例)的視圖，其中，僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行基于酉矩陣V的矩陣計算； 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的視距MIMO的第二示例(第二配置示例)的視圖，其中，僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行基于酉矩陣的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)明的視距MIMO的第三示例(第三配置示例)的視圖，其中，僅在接收側(cè)執(zhí)行基于酉矩陣的矩陣計算并且本地振蕩器是針對發(fā)送側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的； 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的視距MIMO的第四示例(第四配置示例)的視圖，其中，僅在接收側(cè)執(zhí)行基于酉矩陣的矩陣計算并且本地振蕩器是針對發(fā)送側(cè)和接收側(cè)兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的； 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的視距MIMO的第五示例(第五配置示例)的視圖，其中，僅在接收側(cè)執(zhí)行基于酉矩陣的矩陣計算，虛擬正交信道具有不同值，并且本地振蕩器是針對發(fā)送側(cè)和接收側(cè)兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的； 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的視距MIMO的第六示例(第六配置示例)的視圖，其中，在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)分別安裝了三個天線，并且本地振蕩器是針對發(fā)送側(cè)和接收側(cè)兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的； 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的視距MIMO的第七示例(第七配置示例)的視圖，其中，在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)分別安裝了四個天線，并且本地振蕩器是針對發(fā)送側(cè)和接收側(cè)兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的； 圖9是示出依據(jù)天線間隔長度、對基于各種方法的虛擬正交信道的SNR進行比較的視圖； 圖10是示出發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的天線間隔長度彼此不同的配置示例的視圖； 圖11是示出圖10的信道的建模的視圖； 圖12是示出天線間隔長度在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間彼此不同的圖10的情況中的通信容量的視圖； 圖13是示出發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間的天線布置形成菱形的配置示例的視圖； 圖14是示出發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間的天線布置形成菱形并且僅在接收側(cè)執(zhí)行基于酉矩陣的矩陣計算的配置示例的視圖； 圖15是示出發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間的天線布置形成任意幾何形式的情況的視圖； 圖16是示出光學信道被用作確定性信道的示例的視圖； 圖17是示出聲學信道被用作確定性信道的示例的視圖； 圖18是示出在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間的天線布置形成任意幾何形式的配置中使用的天線的配置示例的視圖； 圖19是示出虛擬正交信道上的特征值的視圖；以及 圖20是示出僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算的配置的應用示例的視圖。
標號的說明 0041
101，201基于酉矩陣V的矩陣計算處理部件 102，108，402，502，510，602，610頻率變換部件 103，105，109，111，403，407，503，507，511，515，603，607，611，615混頻器 104，110，404，405，504，505，512，513，604，605，612，613本地振蕩器 106，107，202，203，302，303，408，409，508，509，608，609固定天線部件 112，410，517基于酉矩陣U的矩陣計算處理部件 301基于矩陣V的矩陣計算處理部件 401，501，601導頻信號產(chǎn)生部件 406，506，514，606，614對由載波之間的不同步引起的相位噪聲的建模 516，616導頻檢測部件 617基于矩陣U的矩陣計算處理部件 1601激光二極管(LD) 1602光電探測器(PD) 1701超聲波振蕩器 1702超聲波麥克風(ultrasonic microphone) 1801，1802天線元件 1803連接桿 1804鉸鏈(hinge) 2001發(fā)送臺 2002接收臺1 2003接收臺2
具體實施例方式 將參考公式和附圖描述本發(fā)明示例性實施例。在此之前，將對即使在確定性視距信道的情況下，MIMO配置中的信道容量也變得最大這一事實的理論原因進行說明。
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表示。然后，針對使用兩個天線的配置執(zhí)行特征值分析。以下建模(圖1中示出其天線配置和標號)考慮了高度敏感的天線方向上的位移。盡管為了簡便起見將描述使用兩個天線的情況，但是，不論天線的數(shù)目是多少，都可以應用同樣的計算。
基于發(fā)射機-接收機距離R的傳播損耗和共同相移是無關(guān)緊要的，因此可以忽略這些項。由式4表示對角信道(diagonal channel)與直信道(straight channel)之間的信道差。
式4
∵at dT＝dR 由式5表示基于信道差的相位旋轉(zhuǎn)α。
式5
順便提及，假定RF頻率＝30GHz，R＝5000m，天線間隔長度dT＝dR＝5m，則α滿足式6。
式6
因此，由式7表示考慮了相移Φ的信道矩陣H，相移Φ基于作為發(fā)送側(cè)所提供的用于發(fā)送信號s1和s2的兩個發(fā)送天線之一、用于發(fā)送信號s2的發(fā)送天線的位置變動。
式7
因此，式8得以滿足。
式8
結(jié)果，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。在以下公式中，HH是信道矩陣H的Hermitian轉(zhuǎn)置矩陣。
式9
∴ 圖19中示出式9的計算結(jié)果。圖19中的數(shù)值結(jié)果示出在每個天線上發(fā)送單位功率的情況，因此信道容量是天線數(shù)的兩倍。應當注意，以上計算中使用的建模包括高度敏感的天線方向上的位移。盡管如此，位移分量并未出現(xiàn)在表示最終信道容量的特征值結(jié)果中。即，即使是在無線電信道確定的視距固定無線電通信中，通過MIMO的信道容量增加也是可能的。信道容量是由與高度敏感的天線位移無關(guān)的天線間隔長度確定的。
以上已經(jīng)描述了使用兩個天線的情況。以下，將描述三個或更多天線的情況。
根據(jù)式5得到被直線布置的發(fā)送天線和接收天線之間的相位旋轉(zhuǎn)，相位旋轉(zhuǎn)基于正交信道和直信道之間的差。假定天線間隔長度是共同值d，則由式10表示相位旋轉(zhuǎn)。
式10
式11
∴ 因此，當定義d和發(fā)射機-接收機距離R使得滿足以上式11并且考慮其中使用三個天線的配置時，可以得到由式12表示的信道矩陣H3。
式12
因此，滿足式13。
式13
因此，可以理解，與虛擬正交信道的信道容量相對應的三個特征值全都是“3”，并且總信道容量是天線數(shù)的3倍。
式14
∴ 類似地，當定義d和發(fā)射機-接收機距離R使得考慮其中使用了4個天線的配置時，可以得到由式15表示的信道矩陣H4。
式15
因此，滿足式16。
式16
因此，可以理解，與虛擬正交信道的信道容量相對應的4個特征值全是“4”，并且總信道容量是天線數(shù)的4倍。
即，可以理解，即使天線數(shù)超過2，確定性視距信道的信道容量也增加到與天線數(shù)相對應的等同于MIMO最大容量的程度。注意，盡管在以下示例中為方便起見將描述使用兩個天線的情況，但是不言而喻，其也適用于天線數(shù)超過2的情況。
接著，作為MIMO中的信號分離/檢測方法，將描述基于使用通過奇異值分解得到的酉矩陣的矩陣計算的方法(以下，稱為SVD方法)。在SVD方法中，需要使用發(fā)送側(cè)的酉矩陣V的矩陣計算和使用接收側(cè)的酉矩陣U的矩陣計算。為了執(zhí)行使用酉矩陣V的矩陣計算，用于酉矩陣的構(gòu)建的反饋信息必須從接收端被發(fā)送給發(fā)送端。
以下將參考公式和附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。
在圖1中，由發(fā)送(發(fā)射機)側(cè)矩陣計算處理部件101基于酉矩陣V處理過的發(fā)送信號被發(fā)送側(cè)頻率變換部件102頻率變換為無線電頻率的信號，并且作為s1和s2被從包括多個天線的固定天線部件106發(fā)送，發(fā)送側(cè)頻率變換部件102包括本地振動器104、混頻器103和混頻器105。s1和s2的標記基于等同的基帶表示。
應當注意，通過從一個本地振蕩器104提供給混頻器103和105的本地振蕩信號實現(xiàn)天線之間的載波同步。這源于對空分復用定點微波通信系統(tǒng)的制約，即，確定性信道是基于路徑之間的相位差來確定的。然而，如稍后將要描述的，可以針對各個天線獨立地設(shè)置本地振蕩器。
這樣發(fā)送的信號作為r1和r2被包括多個天線的接收(接收機)側(cè)固定天線部件107接收。r1和r2的標記基于等同的基帶表示。接收信號r1和r2被包括本地振蕩器110、混頻器109和混頻器111的接收側(cè)頻率變換部件108頻率變換為基帶頻率信號，隨后被接收側(cè)矩陣計算處理部件112基于酉矩陣U進行處理，從而完成MIMO中的信號分離/檢測。
應當注意，通過從一個本地振蕩器110提供給混頻器109和111的本地振蕩信號實現(xiàn)天線間的載波同步。這源于對空分復用定點微波通信系統(tǒng)的制約，即，確定性信道是基于路徑之間的相位差來確定的。
在這種情況中，如稍后描述的，和在發(fā)送端的情況一樣，也可以針對各個天線獨立地設(shè)置本地振蕩器。要被使用的天線不受特別的限制，并且可以是拋物面天線或喇叭天線。矩陣計算處理部件101和112可以通過程序控制來實現(xiàn)或者通過諸如ASIC(專用集成電路)等之類的硬件來構(gòu)建。
接著，將參考公式具體描述使用以下考慮了給定天線間隔長度和高度敏感的天線位移的信道矩陣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由式17表示。
式17
其中， Φ，由位移導致的相位改變 由式18表示基于特征值的奇異值正交矩陣Λ1/2。
式18
∵ 以所提到的順序使用以上信道矩陣H計算酉矩陣V和酉矩陣U。
酉矩陣V
首先，將描述酉矩陣V的計算。假定由式20表示與式19所表示的信道矩陣H相對應的特征向量。
式19
式20
在這種情況中，滿足式21。
式21
因此，根據(jù)式22，可以得到式23。
式22
式23
∵λ＝2±2cosα 當式24的兩側(cè)都從左邊乘以VH時，得到式25。
式24
Ω·v＝λ·v 式25
vH·Ω·v＝λ 然后，正交的“v”被收集并且得到式26。
式26
VH·Ω·V＝Λ ∴Ω＝V·Λ·VH 根據(jù)式27，滿足式28。
式27
H＝U·Λ1/2·VH 式28
Ω＝HH·H＝V·Λ1/2·UH·U·Λ1/2·VH＝V·Λ·VH 這樣，分別由式29表示的特征向量被收集以得到式30。
式29
式30
這里，當作為考慮了歸一化和正交性的特解而設(shè)置式31時，得到式32。
式31
式32
∴ 酉矩陣U
接著，將描述酉矩陣U的計算。假定基于式33由式34表示特征向量u。
式33
式34
在這種情況中，根據(jù)式35，得到式36。
式35
式36
∵λ＝2±2cosα 當式37的兩側(cè)從左邊被乘以uH時，得到式38。
式37
Ω′·u＝λ·u 式38
uH·Ω′·u＝λ 然后，收集正交的“u”并且得到式39。
式39
UH·Ω′·U＝Λ∴Ω′＝U·Λ·UH 因此，分別由式40表示的特征向量被收集以得到式41。
式40
式41
這里，當式42被設(shè)置為考慮了歸一化和正交性的特解時，得到式43。
式42
式43
∴ 為了確認通過以上計算得到的酉矩陣V和U，用V和U執(zhí)行信道矩陣H的奇異值分解。
H＝U·Λ·VH的奇異值分解
當使用V和U執(zhí)行信道矩陣H的奇異值分解時，滿足式44。
式44
因此，可以理解，如在以上示例中一樣，可以形成正交信道而不論是否實現(xiàn)最優(yōu)位置(R＝5000m并且dT＝dR＝5m)。然而，在這種情況中，所得到的虛擬正交信道的發(fā)送質(zhì)量從與

和

成比例到與

和

成比例，并因此彼此不同。
在圖1的框圖中，示出了其中已經(jīng)構(gòu)建由粗箭頭指示的

和

的虛擬正交信道。應當注意，以上酉矩陣包括由外部因素引起的信道間的變動，外部因素例如是對諸如風或周圍溫度之類的氣象條件的微妙變化高度敏感的天線位置的變動(在圖1中通過Φ來建模)。因此，即使發(fā)生以上在高度敏感的天線方向上的位移，酉矩陣仍可以操作來補償該位移。如稍后將描述的，即使是在針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器的配置中，相位差也被建模到天線位置的變動中。因此，在這個示例的配置中，可以獨立地設(shè)置本地振蕩器。
在這個配置中，用于V矩陣的構(gòu)建的反饋信息需要從接收端被發(fā)送到發(fā)送端。然而，當采用只在接收側(cè)補償位移的配置時，可以消除使用反饋信息的需要。
以上已經(jīng)描述了包含所構(gòu)建的路徑具有不同寬度的情況的一般虛擬正交信道。以下，將考慮在視距固定信道具有多重根的情況下的奇異點。
當針對信道確定的視距固定信道執(zhí)行奇異值分析時，存在特征值是多重根條件以產(chǎn)生奇異點的天線間位置。盡管奇異值是唯一地確定的，但是奇異向量不是唯一的。這個解析起來特別麻煩的狀態(tài)(虧損矩陣，Deficient matrix)會引起奇異向量的明顯轉(zhuǎn)變。然而，通過利用這一現(xiàn)象，可以實現(xiàn)各種配置。稍后將描述利用了這些特性的各種配置示例。此前，將描述基本原理。
這里，將考慮式45中的α滿足式46的天線間位置。
式45
式46
eja＝±j 由式47表示處于該狀態(tài)的信道矩陣H。
式47
這里，滿足式48。
式48
這樣，根據(jù)式49，特征方程具有多重根條件。在這種情況中，可以進行以下變換。
式49
對于關(guān)于特征值λ的給定特征向量u1，滿足式50。
式50
Ω′·u1＝λ·u1 類似地，對于關(guān)于特征值λ的給定的特征向量u2，滿足式51。
式51
Ω′·u2＝λ·u2 因此，對于這兩個特征向量的線性和，滿足式52。因此，線性和(c1·u1+c2·u2)變成特征向量。
式52
Ω′·(c1·u1+c2·u2)＝λ·(c1·u1+c2·u2) 假定針對重根設(shè)置基于另一條件的漸近特征向量作為式53。
式53
在這種情況中，根據(jù)式54，滿足式55。
式54
式55
∵λ＝2±2cosα 當式56的兩側(cè)都從左邊乘以uH時，獲得式57。
式56
Ω′·u＝λ·u 式57
uH·Ω′·u＝λ 然后，收集正交的“u”并且得到式58。
式58
UH·Ω′·U＝Λ∴Ω′＝U·Λ·UH 這里，滿足式59。
式59
Ω′＝H·HH＝U·Λ1/2·VH·V·Λ1/2·UH＝U·Λ·UH 這樣，由式60表示的以上特征向量被收集而在考慮了歸一化和正交性的情況下獲得式61。
式60
式61
這里，當考慮和與差為線性組合時，滿足式62。
式62
根據(jù)式62，獲得式63。
式63
此外，由于滿足式64，所以滿足式65。
式64
式65
作為試驗，當使用所得到矩陣U、Λ1/2、VH計算信道矩陣H時，滿足式66。
式66
從式66可以看出，信道矩陣H成立。然而，這僅僅是一個示例，根據(jù)與重根相對應的奇異點，基于同樣的方法可以考慮各種分解方法。
第一示例 (僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算的情況) 作為本發(fā)明的第一示例(第一配置示例)，將描述僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算的配置示例。
(奇異值正交矩陣Λ1/2) 在這種情況中，虛擬正交信道具有相同的值，所以由式67表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式67
信道矩陣H
因此，信道矩陣H由式68表示。
式68
∴ where； 在圖2中示出基于以上結(jié)果得到的配置。在圖2中，由發(fā)送側(cè)矩陣計算處理部件201基于酉矩陣V處理過的發(fā)送信號作為s1和s2從包括多個天線的固定天線部件202被發(fā)送。s1和s2的標記是基于等同的基帶表示的，并且這里為了避免復雜省略了頻率變換。
這樣發(fā)送的信號被包括多個天線的接收側(cè)固定天線部件203作為r1和r2接收。r1和r2的標記是基于等同的基帶表示的，并且這里為了避免復雜省略了頻率變換。關(guān)鍵是，基于酉矩陣U的接收側(cè)矩陣計算處理根本未被執(zhí)行，但是在發(fā)送側(cè)進行了所有矩陣計算。
從式68可以看出，在只在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算的情況中，矩陣包括由外部因素引起的信道間的變動，外部因素例如是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位置的變動(在圖2中通過Φ建模)。因此，即使發(fā)生高度敏感的天線方向上的位移時，酉矩陣也可以操作來補償該位移。
在這個配置中，用于V矩陣的構(gòu)建的反饋信息需要從接收端被發(fā)送給發(fā)送端。圖2中的粗箭頭指示信道質(zhì)量與

和

成比例的虛擬正交信道。要使用的天線不受特別限制并且可以是拋物面天線或喇叭天線。矩陣計算處理部件201可以通過程序控制來實現(xiàn)或者由諸如ASIC等的硬件來構(gòu)建。
第二示例 (只在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算、路徑具有不同寬度的虛擬正交信道的情況) 作為本發(fā)明第二示例(第二配置示例)，將描述這樣的配置示例在路徑具有不同寬度的虛擬正交信道中，只在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算。
奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，虛擬正交信道具有不同的值，從而由式69表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式69
信道矩陣H
因此，由式70表示信道矩陣H。
式70
因此，由式71表示矩陣VH。
式71
這里，滿足式72，所以可以得到式73作為矩陣VH。
式72
式73
這里，由式74表示向量的平方模。
式74
因此，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，當使用所得到的矩陣U、Λ1/2、VH計算信道矩陣H時，滿足式75。
式75
從式75可以看出，信道矩陣H成立。
接著，考慮VH的逆矩陣V。假定由式76表示的給定矩陣A。
式76
由式77表示以上矩陣A的逆矩陣A-1。
式77
(∵) 因此，得到式78作為矩陣V。
式78
where； 在圖3中示出基于以上結(jié)果所得到的配置。
在圖3中，由發(fā)送側(cè)矩陣計算處理部件301基于酉矩陣V處理過的發(fā)送信號作為s1和s2被從包括多個天線的固定天線部件302發(fā)送。s1和s2的標記基于等同的基帶表示，并且這里為了避免復雜省略了頻率變換處理。
這樣發(fā)送的信號被包括多個天線的接收側(cè)固定天線部件303接收作為r1和r2。r1和r2的標記基于等同的基帶表示，并且這里為了避免復雜省略了到基帶頻率信號的頻率變換處理。關(guān)鍵是，基于酉矩陣U的接收側(cè)矩陣計算處理完全未被執(zhí)行，但是在發(fā)送側(cè)執(zhí)行了所有的矩陣計算。
從式78可見，在僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算的情況中，矩陣包括由外部因素引起的信道間的變動，所述外部因素例如是對諸如風或周圍溫度之類的氣象條件的微妙變化高度敏感的天線位置的變動(在圖3中通過Φ建模)。因此，即使發(fā)生在高度敏感的天線方向上的位移時，發(fā)送側(cè)矩陣也可以操作來補償該位移。
在該配置中，用于V矩陣的構(gòu)建的反饋信息需要從接收端被發(fā)送給發(fā)送端。要使用的天線不受特別限制，并且可以是拋物面天線或喇叭天線。矩陣計算處理部件301可以通過程序控制來實現(xiàn)或者通過諸如ASIC之類的硬件來構(gòu)建。
因此，可以理解，不論是否實現(xiàn)最佳位置(R＝5000m并且dT＝dR＝5m)，通過僅在發(fā)送側(cè)的矩陣計算處理都可以形成虛擬正交信道。
在圖20中了示出僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算的配置應用。如圖20中所示，在位于骨干網(wǎng)絡(luò)附近的發(fā)送臺2001中設(shè)有多個天線，并且在位于用戶網(wǎng)絡(luò)附近的接收臺2002和2003中分別設(shè)有一個天線。接收臺2002和接收臺2003彼此遠離，因此矩陣計算無法被執(zhí)行。另一方面，發(fā)送臺2001可以執(zhí)行矩陣計算。因此，可以將僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算的配置應用于圖20的配置。這樣的“一臺對多臺”配置的概念可以應用于稍后作為僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算的配置描述的“多臺對一臺”配置。
第三示例 (僅在接收側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算并且發(fā)送側(cè)的本地振蕩器是針對各個天線獨立設(shè)置的情況) 作為本發(fā)明的第三示例(第三配置示例)，將描述僅在接收側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算的配置示例。第三配置具有以下特性不需要從接收端被發(fā)送給發(fā)送端的反饋信息；可以針對發(fā)送側(cè)的各個天線來獨立設(shè)置本地振蕩器；并且可以示出與SVD的特性完全相同的特性。
奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，虛擬正交信道具有相同的值，因此由式79表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式79
信道矩陣H
因此，可以得到式80作為信道矩陣H。
式80
where；Φ＝ΦL+ΦA(chǔ) ∴ ∴where； 在圖4中示出基于以上結(jié)果所得到的配置。如圖4中所示，基于酉矩陣V的發(fā)送側(cè)矩陣計算處理完全未被執(zhí)行，但是在接收側(cè)執(zhí)行了全部矩陣計算。
從式80可見，在僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算的情況中，矩陣包括由外部因素引起的信道間的變動，所述外部因素例如是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位置的變動(在圖4中通過Φ建模)。因此，即使在高度敏感的天線方向上發(fā)生以上位移，酉矩陣也可以操作來補償該位移。
在該配置中，鑒于要在定點微波通信系統(tǒng)中使用的頻率，天線間隔長度必須加寬。因此，本地振蕩器被安裝在天線附近。即，第三配置的最大特性是本地振蕩器是針對發(fā)送側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的。
在圖4中，發(fā)送信號被導頻信號產(chǎn)生部件401添加各個天線的導頻信號，被包括本地振蕩器404和405、混頻器403和407的發(fā)送側(cè)頻率變換部件402頻率變換成無線電頻率的信號，并且之后作為s1和s2被從包括多個天線的固定天線部件408發(fā)送。s1和s2的標記基于等同的基帶表示。
應當注意，這里，針對各個天線獨立使用本地振蕩器404和405。因此，未在來自各個天線的載波之間實現(xiàn)載波同步，導致相位噪聲ΦL的產(chǎn)生。標號406是對相位噪聲ΦL的建模。
這樣發(fā)送的信號被包括多個天線的接收側(cè)固定天線部件409接收作為r1和r2。r1和r2的標記基于等同的基帶表示，并且這里為了避免復雜省略了到基帶頻率信號的頻率變換處理。接收信號r1和r2由接收側(cè)矩陣計算處理部件410基于酉矩陣U來處理，從而完成MIMO中的信號分離/檢測。
在此應當注意，基于酉矩陣V的發(fā)送側(cè)矩陣計算處理完全未被執(zhí)行，但是在接收側(cè)執(zhí)行了全部矩陣計算。
從式80可見，在僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算的情況中，矩陣包括由外部因素引起的信道間的變動，所述外部因素例如是對諸如風或周圍溫度之類的氣象條件的微妙變化高度敏感的天線位置的變動(在圖4中通過ΦA(chǔ)建模)。此外，矩陣還包括由于載波間不同步引起的相位噪聲ΦL。因此，即使發(fā)生在高度敏感的天線方向上的位移或者載波間的相位變化，酉矩陣也可以操作來補償該位移或相位變化。
第三示例的最大優(yōu)點在于不必將用于V矩陣的構(gòu)建的反饋信息從接收端發(fā)送到發(fā)送端。圖4的粗箭頭指示信道質(zhì)量與

和

成比例的虛擬正交信道。要使用的天線不受特別限制并且可以是拋物面天線或喇叭天線。矩陣計算處理部件410可以通過程序控制來實現(xiàn)或者通過諸如ASIC等的硬件來構(gòu)建。
如上所述，即使在不在發(fā)送側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算的配置中，也可以形成正交信道。此外，即使本地振蕩器是針對發(fā)送端的各個天線獨立設(shè)置的，如果通過導頻信號可以檢測到相位差Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)，則虛擬正交信道也可以被形成。這樣形成的正交信道不受相位差Φ的影響。此外，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，所以可以示出與SVD方法的特性完全相同的特性。
第四示例 (僅在接收側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算并且發(fā)送端和接收端的本地振蕩器都是針對各個天線獨立設(shè)置的情況) 作為本發(fā)明的第四示例(第四配置示例)，將描述這樣的配置示例形成具有相同寬度的虛擬正交信道，僅在接收側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算，并且在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。
第四配置具有以下特性不需要從接收端被發(fā)送給發(fā)送端的反饋信息；可以在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器；并且可以示出與SVD方法的特性完全相同的特性。此外，分析是基于以下事實進行的由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上的移動引起的明顯相位旋轉(zhuǎn)可以歸結(jié)到與在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線設(shè)置的本地振蕩器中的相位旋轉(zhuǎn)相同的建模。注意以上理論分析從解析上揭示了即使發(fā)生高度敏感天線方向上的這種位移，仍然可以實現(xiàn)以上信道容量的增加。
奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，由式81表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式81
信道矩陣H
因此，可以得到式82作為信道矩陣H。
式82
where； ∴ ∴where； 在圖5中示出基于以上結(jié)果得到的配置。如圖5中所示，基于酉矩陣V的發(fā)送側(cè)矩陣計算處理完全未被執(zhí)行，但是在接收側(cè)執(zhí)行了所有矩陣計算。在僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算的情況中，矩陣包括由外部因素引起的信道間的變動，所述外部因素例如是對諸如風或周圍溫度之類的氣象條件的微妙變化高度敏感的發(fā)送天線位置和接收天線位置的變動(在圖5中通過ΦA(chǔ)和φA建模)。因此，即使發(fā)生在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。在這個配置中，鑒于要在定點微波通信系統(tǒng)中使用的頻率，天線間隔長度必須加寬。因此，本地振蕩器被安裝在天線附近。即，第四配置的最大特性是在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。因此，即使在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)，本地振蕩器都是針對各個天線被獨立使用，也可以通過恰當?shù)貦z測導頻信號而得到與SVD方法等同的特性。
在圖5中，發(fā)送信號被導頻信號產(chǎn)生部件501添加各個天線的導頻信號，被包括本地振蕩器504和505、混頻器503和507的發(fā)送側(cè)頻率變換部件502頻率變換成無線電頻率的信號，并且之后被從包括多個天線的固定天線部件508作為s1和s2發(fā)送。s1和s2的標記基于等同的基帶表示。在此應當注意，本地振蕩器504和505被獨立用于各個天線。因此，未在來自各個天線的載波之間實現(xiàn)載波同步，導致相位噪聲ΦL的產(chǎn)生。標號506是對相位噪聲ΦL的建模。
這樣發(fā)送的信號被包括多個天線的接收側(cè)固定天線部件509接收作為r1和r2。r1和r2的標記基于等同的基帶表示。接收信號r1和r2被包括本地振蕩器512和513、混頻器511和515的接收側(cè)頻率變換部件510頻率變換成基帶頻率信號，通過導頻信號檢測部件516，并且基于酉矩陣U被接收側(cè)矩陣計算處理部件517處理，從而MIMO中的信號分離/檢測完成。在此應當注意，本地振蕩器512和513被獨立用于接收側(cè)的各個天線。因此，由于載波間的不同步而產(chǎn)生相位噪聲ΦL。標號514是對相位噪聲ΦL的建模。要使用的天線不受特別的限制并且可以是拋物面天線或喇叭天線。矩陣計算處理部件517可以通過程序控制來實現(xiàn)或者由諸如ASIC等的硬件來構(gòu)建。
由于導頻信號是在由發(fā)送側(cè)本地振蕩器執(zhí)行的處理之前產(chǎn)生的并且導頻信號是在由接收側(cè)本地振蕩器執(zhí)行的處理之后被檢測的，所以導頻信號檢測部件516可以檢測式82中的Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)和φ＝φL+φA。因此，可以僅在接收側(cè)執(zhí)行全部的矩陣計算，而省略基于酉矩陣V的發(fā)送側(cè)矩陣計算處理。這是因為，從式82中可見，酉矩陣操作來補償由外部因素引起的信道間的變動和由載波間的不同步引起的相位噪聲ΦL和φL，所述外部因素例如是對諸如風和周圍溫度之類的氣象條件的微小變化高度敏感的天線位置的變動(在圖5中由ΦA(chǔ)和φA建模)。第四示例的最大優(yōu)點是不必將用于V矩陣的構(gòu)建的反饋信息從接收端發(fā)送給發(fā)送端。圖5的粗箭頭指示信道質(zhì)量與

和

成比例的虛擬正交信道。
如上所述，即使在發(fā)送側(cè)不執(zhí)行酉矩陣計算的配置中，仍可以形成正交信道。并且，可以使用導頻信號檢測相位差Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)和φ＝φL+φA。因此，即使在針對發(fā)送側(cè)和/或接收側(cè)的各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器的情況中，仍然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。此外，由于所使用的矩陣是酉矩陣，所以可以示出與SVD方法的特性完全相同的特性。
第五示例 (虛擬正交信道具有不同的寬度、僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算并且發(fā)送端和接收端的本地振蕩器都是針對各個天線獨立設(shè)置的情況) 作為本發(fā)明的第五示例(第五配置示例)，將描述這樣的配置示例形成具有不同寬度的虛擬正交信道，僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算，在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)本地振蕩器都是針對各個天線獨立設(shè)置的。
第五配置具有以下特性虛擬正交信道具有不同的值；不需要從接收側(cè)被發(fā)送給發(fā)送側(cè)的反饋信息；并且可以在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。并且，分析基于這樣的事實進行由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上的移動引起的明顯相位旋轉(zhuǎn)可以歸結(jié)到與在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線設(shè)置的本地振蕩器中的相位旋轉(zhuǎn)相同的建模。并且，為了靈活性，基于與最佳天線位置不同的天線位置設(shè)置天線間隔長度。因此，示出與SVD方法不同的特性。稍后將描述對該配置的特性分析。
奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，虛擬正交信道具有不同的值，所以由式83表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式83
信道矩陣H
因此，信道矩陣H由式84表示。
式84
where； 這里，發(fā)送側(cè)高度敏感的天線位移ΦA(chǔ)被包括在針對各個天線獨立設(shè)置的發(fā)送側(cè)本地振蕩器中的相位變化ΦL中以得到Φ，并且接收側(cè)高度敏感天線位移φA被包括在針對各個天線獨立設(shè)置的接收側(cè)本地振蕩器中的相位變化φL中以得到φ。
這里，滿足式85，因此滿足式86。
式85
式86
并且，滿足式87，因此滿足式88。
式87
式88
然而，向量的平方模由式89表示。
式89
因此，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，當使用所得到的U、Λ1/2、和VH計算信道矩陣H時，滿足式90。
式90
從式90可見，信道矩陣H成立。
接著，考慮U的逆矩陣U-1。假定由式91表示的給定矩陣A。
式91
由式92表示以上矩陣A的逆矩陣A-1。
式92
(∵) 因此，可以得到式93。
式93
where； 在圖6中示出了基于以上結(jié)果得到的配置。
盡管以上已經(jīng)描述了具有不同值的虛擬正交信道的情況，但是，即使在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線設(shè)置本地振蕩器，仍然可以通過恰當?shù)貦z測導頻信號來形成正交信道。由于在發(fā)送側(cè)不執(zhí)行矩陣計算，所以可以消除從接收端向發(fā)送端發(fā)送反饋信息，并且可以處理諸如發(fā)送端相位差Φ和接收端相位差φ之類的快速相位變化。
因此，可以在沒有發(fā)送側(cè)矩陣計算處理的情況下，不考慮是否實現(xiàn)最佳天線位置(R＝5000m并且dT＝dR＝5m)都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，而是變成逆矩陣U-1。因此，預期特性與SVD方法的特性相比較劣化。稍后將描述SVD方法的特性和該示例配置的特性之間的差異。
如圖6中所示，發(fā)送信號被導頻信號產(chǎn)生部件601添加各個天線的導頻信號。使用的正交導頻信號可以是從Hadamard矩陣得到的正交模式或者可以是CAZAC序列。被這樣添加了導頻信號的發(fā)送信號被包括發(fā)送側(cè)本地振蕩器604和605、混頻器603和607的發(fā)送側(cè)頻率變換部件602頻率變換成無線電頻率的信號，并且之后作為s1和s2被從包括多個天線的固定天線部件608發(fā)送。s1和s2的標記基于等同的基帶表示。在此應當注意，本地振蕩器604和605被獨立用于各個天線。因此，載波同步未在來自各個天線的載波間實現(xiàn)，導致相位噪聲ΦL的產(chǎn)生。標號606是對相位噪聲ΦL的建模。
這樣發(fā)送的信號被包括多個天線的接收側(cè)固定天線部件609接收作為r1和r2。r1和r2的標記基于等同的基帶表示。接收信號r1和r2被包括本地振蕩器612和613、混頻器611和615的接收側(cè)頻率變換部件610頻率變換為基帶頻率信號，通過導頻信號檢測部件616，并且基于酉矩陣U被接收側(cè)矩陣計算處理部件617進行處理，從而完成MIMO中的信號分離/檢測。
在接收側(cè)的處理中，使用針對各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器612和613。因此，由于天線之間的載波不同步產(chǎn)生相位噪聲φL。標號614是對相位噪聲φL的建模。要被使用的天線不受特別的限制，并且可以是拋物面天線或喇叭天線。矩陣計算處理部件617可以通過程序控制來實現(xiàn)或者由諸如ASIC等的硬件來構(gòu)建。
由于正交導頻信號是在由發(fā)送側(cè)本地振蕩器執(zhí)行的處理之前產(chǎn)生的并且這些導頻信號在由接收側(cè)本地振蕩器執(zhí)行的處理之后被檢測，所以導頻信號檢測部件616可以檢測式93中的Φ＝ΦL+ΦA(chǔ)和φ＝φL+φA。所使用的正交導頻信號是諸如Hadamard序列或CAZAC序列之類的正交模式，因此可以使用簡單的相關(guān)器(未示出)檢測Φ和φ?？梢詢H在接收側(cè)執(zhí)行所有的矩陣計算。即，從式93可見，接收側(cè)矩陣操作來補償由外部因素引起的信道之間的變動和由載波間的不同步引起的相位噪聲ΦL和φL，所述外部因素例如是對諸如風和周圍溫度之類的氣象條件的微小變化高度敏感的天線位置的變動(在圖6中由ΦA(chǔ)和φA建模)。
第五示例的最大優(yōu)點在于不必將用于V矩陣構(gòu)建的反饋信息從接收端發(fā)送給發(fā)送端。與第四示例不同，圖6的粗箭頭指示具有不同寬度的虛擬正交信道。然而，如稍后所述，本配置中的虛擬正交信道具有相同的信道質(zhì)量。
盡管已經(jīng)描述了使用兩個天線的情況，但是本發(fā)明并不限于此，而是使用三個或更多天線的配置也是可以的。
以下將描述使用三個或更多天線的情況。為了簡化起見，僅圖示了發(fā)送/接收側(cè)天線。
第六示例 (使用三個天線并且僅在接收側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算的情況) 接著，作為本發(fā)明第六示例(第六配置示例)，將描述使用三個天線的配置示例。
奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，由式94表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式94
信道矩陣H
基于圖7，推導得到式95，并且可以由式96表示信道矩陣H。
式95
where；n＝0，1，2 式96
∴ where； 因此，得到式97。
式97
∴where； 式97中的ΦA(chǔ)和φA分別表示由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發(fā)送/接收側(cè)天線的變動引起的載波相位旋轉(zhuǎn)。下標1和2表示從最上面的天線數(shù)起的第二個和第三個天線的位置位移。
并且，鑒于要在定點微波通信系統(tǒng)中使用的頻率，天線間隔長度必須加寬。因此，本地振蕩器被安裝在天線附近。即，在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。因此，相位噪聲ΦL或φL是由載波間的不同步引起的。下標1和2表示從最上面的天線數(shù)起的第二個和第三個天線的位置位移。
由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上的移動引起的明顯相位旋轉(zhuǎn)可以歸結(jié)到與在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線設(shè)置的本地振蕩器中的相位旋轉(zhuǎn)相同的建模。因此，基于式97的分析揭示出在發(fā)送側(cè)從最上面的天線數(shù)起的第二個和第三個天線中滿足Φ1＝ΦL1+ΦA(chǔ)1和Φ2＝ΦL2+ΦA(chǔ)2，并且接收側(cè)從最上面的天線數(shù)起的第二個和第三個天線中滿足φ1＝φL1+φA1和φ2＝φL2+φA2。即，即使在使用三個天線的配置中，通過僅在接收側(cè)的酉矩陣計算也可以形成虛擬正交信道。圖7的粗箭頭指示信道質(zhì)量與

和

成比例的虛擬正交信道。
并且，通過使用導頻信號恰當?shù)貦z測相位旋轉(zhuǎn)可以得到與SVD方法等同的特性。信道容量變成被傳遞給所有天線的總功率的三倍。
第七示例 (使用4個天線、僅在接收側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算并且發(fā)送端和接收端的本地振蕩器都針對各個天線被獨立設(shè)置的情況) 接著，作為本發(fā)明第七個示例(第七配置示例)，將描述使用4個天線的配置示例。
奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，由式98表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式98
信道矩陣H
基于圖8，推導得到式99，并且可以由式100表示信道矩陣H。
式99
where；n＝0，1，2，3 式100

where； ∴ where； 因此，可以得到式101。
式101
∴where； 式101中的ΦA(chǔ)和φA分別表示由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發(fā)送/接收側(cè)天線的變動引起的載波相位旋轉(zhuǎn)。下標1、2和3表示從最上面的天線數(shù)起第二個、第三個和第四個天線的位置位移。
鑒于要在定點微波通信系統(tǒng)中使用的頻率，天線間隔長度必須加寬。因此，本地振蕩器被安裝在天線附近。即，在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器。因此，相位噪聲ΦL或φL是由載波間的不同步引起的。下標1、2和3表示從最上面的天線數(shù)起的第二個x、第三個和第四個天線的位置位移。
由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上的移動引起的明顯相位旋轉(zhuǎn)可以歸結(jié)到與在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線設(shè)置的本地振蕩器中的相位旋轉(zhuǎn)相同的建模。因此，基于式101的分析揭示出在發(fā)送側(cè)從最上面的天線數(shù)起的第二個、第三個和第四個天線中滿足Φ1＝ΦL1+ΦA(chǔ)1、Φ2＝ΦL2+ΦA(chǔ)2和Φ3＝ΦL3+ΦA(chǔ)3，并且接收側(cè)從最上面的天線數(shù)起的第二個、第三個和第四個天線中滿足φ1＝φL1+φA1、φ2＝φL2+φA2和φ3＝φL3+φA3。即，即使在使用四個天線的配置中，通過僅在接收側(cè)的酉矩陣計算也可以形成虛擬正交信道。圖8的粗箭頭指示信道質(zhì)量與

、

、

和

成比例的虛擬正交信道。
并且，通過使用導頻信號恰當?shù)貦z測相位旋轉(zhuǎn)可以得到與SVD方法等同的特性。信道容量變成傳送給所有天線的總功率的四倍。
以下，將針對以下各個情況描述使用任意數(shù)目的天線的情況僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行矩陣計算，僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算，以及在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都執(zhí)行矩陣計算。
使用任意N個天線的配置(一般解決方案)
考慮使用任意N個天線的配置。
奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，由式102表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式102

信道矩陣H
基于式103，由式104將在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都沒有相位旋轉(zhuǎn)的理想視距信道矩陣表示為信道矩陣H。
式103
where；n＝0，1，2，3，…，N-1 式104

由式105定義發(fā)送側(cè)相位旋轉(zhuǎn)矩陣T。
式105

類似地，由式106定義接收側(cè)相位旋轉(zhuǎn)矩陣W。
式106

這里，滿足式107和式108。
式107
式108
式101中的ΦA(chǔ)和φA分別表示由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發(fā)送/接收側(cè)天線的變動引起的載波相位旋轉(zhuǎn)。ΦL或φL表示由載波間的不同步引起的相位變化。各個下標表示從最上面的天線數(shù)起的天線的順序。
因此，由式109表示在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都存在的相位旋轉(zhuǎn)的實際視距信道矩陣。
式109

(僅在接收側(cè)執(zhí)行的酉矩陣計算的情況) 在這種情況中，滿足式110并因而滿足式111。
式110

式111
因此，滿足式112。
式112

即，即使在使用任意N個天線的配置中，即使是在本地振蕩器是針對各個天線獨立設(shè)置的并且發(fā)生高度敏感的天線方向上的位移的情況中，通過僅在接收側(cè)的矩陣計算也可以形成虛擬正交信道。
順便提及，滿足式113。
式113
這里，滿足式114。
式114

其中，N是偶數(shù)，任意列向量或任意行向量是通過循環(huán)移位Chu序列得到的向量，并且其自相關(guān)值(E[a·a＊])彼此正交。當N是奇數(shù)時，循環(huán)移位不出現(xiàn)。然而，從以下描述可以理解，正交關(guān)系已經(jīng)建立。
(僅在發(fā)送側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算的情況) 在這種情況中，滿足式115并因此滿足式116。
式115

式116
因此，滿足式117。
式117

即，即使在使用任意N個天線的配置中，即使是在本地振蕩器是針對各個天線獨立設(shè)置的并且發(fā)生高度敏感的天線方向上的位移的情況中，通過僅在發(fā)送側(cè)的矩陣計算處理V也可以形成虛擬正交信道。
(在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都執(zhí)行酉矩陣計算的情況) 奇異值正交矩陣Λ1/2
在這種情況中，由式118表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式118

因此，滿足式119。
式119
當使用任意酉矩陣作為V時，得到式120。
式120
順便提及，滿足式121。
式121
因此，即使使用任意酉矩陣作為V，U任然變成酉矩陣。
因此，得到式122。
式122

即，即使在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都使用酉矩陣的配置中使用任意N個天線，即使是在本地振蕩器是針對各個天線獨立設(shè)置的并且發(fā)生高度敏感的天線方向上的位移的情況中，通過僅在接收側(cè)的矩陣計算也可以形成虛擬正交信道。
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，并且由式123表示接收側(cè)酉矩陣計算以用于補償由本地振蕩器或天線位移引起的變動。
式123
(示例) 作為簡單的示例，以上公式被應用于使用兩個天線的配置。作為固定的任意發(fā)送矩陣，選擇由式124表示的矩陣。
式124
這里，滿足式125并因此滿足式126。
式125
式126
以下，將描述式114中使用的正交關(guān)系。
這里，計算式127中的任意m行向量和任意n列向量的乘積。
式127

當m＜n時，滿足式128。
式128
這里，假定滿足式129，則滿足式130。
式129
式130
∴S＝0 因此，正交關(guān)系建立。
當m＞n時，滿足式131。
式131
類似地，滿足式132。
式132
因此，正交關(guān)系建立。
根據(jù)以上，滿足式133。
式133

已經(jīng)描述了使用多個天線的這樣的配置發(fā)生高度敏感天線方向上的位移，并且僅通過接收側(cè)酉矩陣對由載波間的不同步引起的相位噪聲進行補償，并且通信容量變成天線數(shù)的倍數(shù)。
以下，將描述未設(shè)置理想的天線間隔長度，即虛擬正交信道具有不同寬度的情況中的特性。以第五配置示例為例。
基于視距固定信道的SVD方法中和所提出的第五配置示例中的特性分析
(虛擬正交信道具有不同寬度、僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算、并且在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)都針對各個天線獨立設(shè)置本地振蕩器的情況) 與SVD方法比較，針對第五配置示例執(zhí)行特性分析，在第五配置示例中，為了靈活性，基于與最佳天線位置不同的天線位置設(shè)置天線間隔長度。
首先，參考第五配置示例，假定接收信號向量是r，則由式134表示接收側(cè)的矩陣計算之后的信號向量。
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 在以上公式中，S指示發(fā)送信號向量，并且n指示噪聲向量。
并且，根據(jù)第五配置示例，滿足式135。
式135
因此，如式136設(shè)置發(fā)送向量S和噪聲向量n。
式136
并且，應用歸一化以得到式137，以使用相對值進行比較。
式137
E[|s1|2]＝E[|s2|2]＝1，E[|n1|2]＝E[|n2|2]＝1 因此，由式138表示λ1信道的SNR1(信噪比)。
式138
類似地，由式139表示λ2信道的SNR2。
式139
因此，盡管正交信道具有不同的寬度λ1＝2+2cosα和λ2＝2-2cosα，但是SNR1和SNR2都變成sin2α。
(SVD方法) 為了與第五配置示例比較，執(zhí)行對SVD方法的特性分析。
首先，根據(jù)圖1的配置示圖，由式140表示根據(jù)SVD方法的酉矩陣計算之后的接收信號向量。
式140
UH·r＝UH·(H·V·S+n)＝UH·(U·Λ1/2·VH·V·S+n)＝Λ1/2·S+UH·n 然后，根據(jù)式43，滿足式141。
式141
因此，由式142表示歸一化之后的λ1信道的SNR1。
式142
類似地，由式143表示λ2信道的SNR2。
式143
因此，正交信道的寬度與λ1＝2+2cosα和λ2＝2-2cosα成比例，并且相應地，SNR1和SNR2分別變成1+1cosα和1-1cosα。
(依據(jù)天線間隔長度，對基于各種方法的正交信道的SNR進行比較) 當依據(jù)天線間隔長度dT和dR將配置示例5和SVD方法的特性分析結(jié)果彼此進行比較時，得到圖9的曲線圖。
所提出的方法在正交信道λ1和λ2之間顯示相同的SNR值，因此可以理解，關(guān)于天線間隔長度的變動很小。
為了實現(xiàn)實用且靈活的配置，在以下假設(shè)下進行了分析在與存在特征值為多重根以產(chǎn)生奇異點的這種天線間位置的配置不同的配置中，僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算處理以消除使用被發(fā)送給發(fā)送側(cè)的反饋信息的必要性。
在所提出的方法和SVD方法中，接收側(cè)矩陣計算后的信號功率都與特征值成比例。在SVD方法的情況中，接收側(cè)的矩陣計算基于酉矩陣，所以即使特征值改變了，噪聲功率也不變而是保持恒定值。因此，SVD方法中的各個路徑的SNR變成與特征值成比例并且與天線間隔長度相應地改變的不同值。另一方面，在所提出的方法中，接收側(cè)的矩陣計算不是基于酉矩陣，因此噪聲功率與特征值相應地改變。因此，圖9的分析結(jié)果揭示盡管信號功率呈現(xiàn)出與特征值成比例的高功率和低功率，但是各個路徑的SNR總是呈現(xiàn)出相同的值并且以相同的比例與天線間隔長度相應地改變。
因此，在提出的方法中，即使天線間隔長度改變，關(guān)于虛擬正交信道的SNR也不改變，并且在改變發(fā)生的情況下，改變量很小，因此可以認為所提出的方法比SVD方法更實用并且更容易使用。
在本地振蕩器是針對各個天線獨立設(shè)置的假定下的理論分析內(nèi)容也可以歸結(jié)到與關(guān)于高度敏感天線方向上的移動相同的建模，因此，完全覆蓋了諸如風之類的氣象條件的微小變化的影響。
接著，將描述考慮了實際安裝位置的布置。很可能難以確保天線安裝位置更接近用戶側(cè)。另一方面，更可能的是更容易確保天線安裝位置在與用戶側(cè)相對的骨干網(wǎng)絡(luò)側(cè)。以下，將描述圖10中所示的配置，其中，天線間隔長度在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間彼此不同。
通過對圖10的垂直對稱配置的下半部分進行建模得到的圖11被用來執(zhí)行以下分析。
基于發(fā)射機-接收機距離R的傳播損耗和共同相移是無關(guān)緊要的，因此忽略這些項。以下，R被設(shè)為參考。然后，由式144表示具有Δθ1角度的對角信道關(guān)于R的信道差。
式144
類似地，由式145表示具有Δθ2角度的對角信道關(guān)于R的信道差。
式145
由式146表示基于在接收點處的兩個波之間的信道差得到的相位旋轉(zhuǎn)α。
式146
順便提及，假定RF頻率＝30GHz，R＝2000m，dT＝5m和dR＝2m，則滿足式147。
式147
考慮由用于發(fā)送所考慮的信號s2的發(fā)送天線位置的變動引起的相移Φ，由式148表示由角度為Δθ1的對角信道歸一化了的信道矩陣H。
式148
因此，呈現(xiàn)出與目前已得到的結(jié)果相同的情況。
此外，根據(jù)式149，得到式150。
式149
式150
∴ 圖12是示出該結(jié)果的曲線圖。
當從以上結(jié)果構(gòu)建式151時，得到與目前已得到的結(jié)果相同的結(jié)果。
式151
即，可以理解，可以在不經(jīng)修改的情況下使用提出的方法。
將描述在發(fā)送和接收天線間在天線布置方向上發(fā)生菱形對準不良(misalignment)的情況。
在圖13中，和在以上情況中一樣，R被設(shè)為參考。然后，在d11的情況中，由式152表示對角信道關(guān)于R的信道差。
式152
∵ 類似地，在d12的情況中，由式153表示對角信道關(guān)于R的信道差。
式153
∵ 類似地，在d21的情況中，由式154表示對角信道關(guān)于R的信道差。
式154
∵ 類似地，在d22的情況中，由式155表示對角信道關(guān)于R的信道差。
式155
∵ 假定由式156表示基于信道差得到的相位旋轉(zhuǎn)。
式156
在這種情況中，由式157表示由信道d11歸一化的信道矩陣H。
式157
因此，滿足式158。
式158
根據(jù)式158，推導得到式159。
式159
∴ 因此，可以理解，即使發(fā)生菱形對準不良，對與各個路徑的寬度相對應的特征值也沒有影響。
(奇異值分解H＝U·Λ1/2·VH) 由式160表示信道矩陣H的奇異值分解。
式160
此外，由式161表示U和V。
式161
因此，可以理解，通過酉矩陣U和V實現(xiàn)H的奇異值分解。
即，即使發(fā)生菱形對準不良，也可以保持對準不良發(fā)生之前與各個路徑的寬度相對應的特征值，并且信道矩陣H的奇異值分解通過酉矩陣U和V實現(xiàn)。不必說，即使由于發(fā)送天線的位置變動引起了相移Φ，也可以得到與以上一樣的配置。
接著，將描述在發(fā)生這樣的菱形對準不良的情況中，僅在接收端執(zhí)行矩陣計算的所提出的配置如何操作。
僅在接收側(cè)執(zhí)行矩陣計算并且發(fā)送/接收側(cè)之間的天線配置形成菱形的情況
將描述根據(jù)本發(fā)明在僅在接收端執(zhí)行矩陣計算的配置中、在發(fā)送和接收天線之間的天線布置方向上發(fā)生菱形對準不良的情況。這里，在不做修改的情況下使用以上檢驗中得到的菱形信道矩陣H。
奇異值正交矩陣Λ1/2
根據(jù)圖14，考慮滿足ejα＝j(luò)的天線間位置，由式162表示奇異值正交矩陣Λ1/2。
式162
信道矩陣H
此外，由式163表示信道矩陣H。
式163
∴ ∴where； 這里，滿足式164。
式164
因此，即使發(fā)生菱形對準不良，僅在接收側(cè)執(zhí)行酉矩陣計算的配置也有效。注意，即使由本地振蕩器引起或由天線位移引起相移Φ或φ，仍然可以得到與以上相同的配置。
發(fā)送/接收側(cè)之間的天線布置形狀被更一般化的情況
將描述發(fā)送/接收側(cè)之間的天線布置形狀被更一般化的情況。這是一種應用示例，包括在視距通信系統(tǒng)中構(gòu)建的無線LAN等，具有安裝位置的高度靈活性。
根據(jù)圖15，由式165表示d11、d12、d21和d22。
式165
d11＝R 此外，根據(jù)圖15，由式166表示僅關(guān)注接收天線之間的相位差的信道矩陣H。
式166
根據(jù)式166的信道矩陣H，滿足式167。
式167
因此，為了使特征值成為多重根條件，僅需要第一項，即式168和第二項，即式169具有彼此相反的相位。
式168
式169
即，僅需要滿足式170。
式170
或者，假定第一和第二項之間的差為π，則僅需要滿足式171。
式171
因此，得到式172。
式172
∴ ∴ 當將d11至d22賦值給所得到的關(guān)系時，滿足式173并從而得到式174。
式173
式174
因此，作為特征值變成多重根條件的情況，得到式175。
式175
∴ 只要滿足以上條件，在路徑具有相同寬度的情況下，各種天線配置都是可以的。應當注意，這里使用的R(第二個R)的定義和上面提到的R(第一個R)彼此略有不同。即，在圖15中發(fā)送和接收天線不是彼此平行地被布置的，所以發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間的天線間隔長度被設(shè)置為與d11相對應的、在位于底側(cè)的發(fā)送和接收天線元件之間的第二個R(參見式165)。另一方面，在其它配置中，發(fā)送和接收天線被彼此并行布置，所以發(fā)送側(cè)和接收側(cè)的天線間隔長度被設(shè)置為第一個R。
在以上描述中，導頻信號被用作對以下內(nèi)容進行檢測的檢測手段由外部因素引起的天線位置變動或信道變動或由于使用針對各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器而引起的相位變化。然而，通過不使用導頻信號的配置也可以檢測以上變動。例如，可以采用使用用于傳送信息的數(shù)據(jù)的方法。此外，盡管未示出，但可以采用使用均衡后的確定結(jié)果估計相位變化的方法或通過對糾錯之后的信號重新編碼來估計相位變化的方法。以下，將以使用兩個天線的情況為例，描述不使用導頻信號檢測以上變動的方法。
這里，使用以上所述的信道矩陣，即由式176表示的信道矩陣來進行描述。
式176
首先，假定由式177表示發(fā)送和接收信號向量。
式177
在這種情況中，可以得到式178。
式178
假定已經(jīng)從均衡后的確定結(jié)果或糾錯后的信號再生中正確地得到上式中的s1和s2，則根據(jù)式179得到式180。
式179
y1＝s1-j·ejΦ·s2 式180
由此可以檢測Φ。
然后，使用檢測出的Φ。此前，根據(jù)式178，滿足式181。
式181
y2＝-j·ejφ·s1+ej(Φ+φ)·s2 因此，得到式182并從而可以檢測到φ。
式182
如上所述，不是通過使用導頻信號，而是通過使用傳送信息的數(shù)據(jù)，可以檢測由外部因素引起的天線或信道的變動或由于使用針對各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器引起的相位變化。在以上示例中，已經(jīng)描述了啟動處理之后的操作。即，一旦啟動處理完成，數(shù)據(jù)就不斷地流動，使得不斷地執(zhí)行對相位變化的檢測。
基于以上結(jié)果，以下將描述本發(fā)明的方法被應用于信道而非微波通信設(shè)備的示例。
圖16是光信道被用作確定性信道的示例。在圖16中，激光二極管(LD)1601和光電探測器(PD)1602分別被用在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)作為光學天線。利用這個配置，也可以和使用電波的視距MIMO的情況一樣實現(xiàn)視距MIMO。
圖17是聲-光信道被用作確定性信道的示例。在圖17中，分別在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)使用超聲波振蕩器1701和超聲波麥克風1702。利用這樣的配置，也可以和使用電波的視距MIMO的情況一樣實現(xiàn)視距MIMO。
圖18是在諸如被用作確定性信道的簡易無線電設(shè)備(包含無線LAN)之類的視距信道中使用的MIMO天線的示例。不同于具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的定點微波通信系統(tǒng)，簡易無線電設(shè)備具有結(jié)構(gòu)復雜的視距信道。不論是何種幾何形式的視距信道，只要滿足式175的條件，就可以增加視距MIMO中的通信容量。
圖18的MIMO天線具有這樣的配置通過連接桿1803可以自由改變天線元件1801和1802之間的天線間隔長度(d)。并且，通過鉸鏈可以自由控制天線元件1801和1802之間形成的角度(θ)。
所導出的式175表示可以通過控制天線間隔長度dT、dR和角度θT、θR來實現(xiàn)最大通信容量。由此，通過控制MIMO天線中的天線間隔長度(d)和角度(θ)，不論是何種幾何形式的視距信道，都可以實現(xiàn)最大通信容量。
以下將描述本發(fā)明另一示例性實施例。
根據(jù)本示例性實施例的MIMO通信系統(tǒng)包括多個信道。此外，系統(tǒng)在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)或發(fā)送和接收兩側(cè)包括信道矩陣計算處理部件。信道矩陣計算處理部件根據(jù)發(fā)送天線(例如，電波傳播中使用的發(fā)送天線、發(fā)光裝置、揚聲器等)的位置變動或接收天線(例如，電波傳播中所使用的接收天線、受光裝置、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。利用這樣的配置，可以吸取發(fā)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?qū)崿F(xiàn)最大通信容量的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，為了形成虛擬正交信道，可以采用這樣的配置，在該配置中，設(shè)置信道的幾何參數(shù)使得信道矩陣的特征值變成多重根條件，并且在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)中的一側(cè)執(zhí)行基于從特征值得到的特征向量或從特征向量的線性和得到的特征向量構(gòu)建的酉矩陣的計算。這使得能夠進行靈活的系統(tǒng)設(shè)計，并且能夠?qū)崿F(xiàn)不需要使用用于交換反饋信息的反向信道的配置以及僅執(zhí)行發(fā)送處理的配置。
此外，MIMO通信系統(tǒng)可以是使用多個天線并且通過使用針對發(fā)送和接收側(cè)的一側(cè)或兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器構(gòu)建的定點微波通信系統(tǒng)。利用這樣的配置，可以解決必須實現(xiàn)天線間的載波同步的問題，天線間的載波同步對定點微波通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)施加了制約。
此外，MIMO通信系統(tǒng)可以包括用于對發(fā)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手段，并且使用來自所述手段的檢測結(jié)果來更新虛擬正交信道形成矩陣。利用這樣的配置，可以提供具有令人滿意的安裝條件和強固的結(jié)構(gòu)的沒有問題的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，可以僅在接收側(cè)執(zhí)行用于虛擬正交信道形成的矩陣計算處理。利用這樣的配置，可以提供不需要使用反向信道來周期地、頻繁地交換用于發(fā)送側(cè)矩陣計算處理的反饋信息的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，MIMO通信系統(tǒng)可以包括用于將導頻信號從發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)的手段。在這種情況中，通過導頻信號檢測發(fā)送天線位置或接收天線位置的變動或信道的變動，并且基于檢測結(jié)果更新虛擬正交信道形成矩陣。利用這樣的配置，可以提供簡單配置的具有令人滿意的安裝條件和強固的結(jié)構(gòu)的沒有問題的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，MIMO通信系統(tǒng)可以包括用于將各個天線的導頻信號從發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)的手段，并且基于導頻信號，僅在接收側(cè)執(zhí)行用于虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。利用該簡單處理，可以提供不需要使用反向信道來周期地、頻繁地交換用于發(fā)送側(cè)矩陣計算處理的反饋信息的MIMO通信系統(tǒng)。
此外，可以在由本地振蕩器執(zhí)行的處理之前產(chǎn)生要從發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)的導頻信號。利用這樣的配置，可以在接收端檢測發(fā)送側(cè)產(chǎn)生的本地振蕩器之間的相位噪聲，并且可以通過更新矩陣補償所產(chǎn)生的相位噪聲。
此外，在由接收側(cè)的本地振蕩器執(zhí)行的處理之后可以執(zhí)行對已經(jīng)從發(fā)送側(cè)被發(fā)送給接收側(cè)的導頻信號的檢測。利用這樣的配置，可以在接收端檢測接收側(cè)所產(chǎn)生的本地振蕩器之間的相位噪聲，并且通過更新矩陣可以補償所產(chǎn)生的相位噪聲。
此外，從發(fā)送側(cè)被發(fā)送給接收側(cè)的導頻信號可以在發(fā)送天線之間是正交的。利用這樣的配置，通過簡單的相關(guān)器可以檢測本地振蕩器之間的相位噪聲和由氣象條件引起的高度敏感天線方向上的位移，并且通過更新矩陣可以補償所檢測到的相位噪聲或位移。
此外，視距信道可以被用作光學信道或者聲學信道以及電波信道。在這種情況中，也可以提供MIMO通信系統(tǒng)。
此外，可以使得多個發(fā)送天線或多個接收天線之間的天線間隔長度與多個接收天線或多個發(fā)送天線的方向之一或兩者可變。利用這樣的配置，不論是何種幾何形式的視距信道，都可以提供這樣的MIMO通信系統(tǒng)通過對發(fā)送天線或接收天線之間的天線間隔長度與發(fā)送天線或接收天線的軸向之一或兩者進行控制總是能夠?qū)崿F(xiàn)最大通信容量。
在本發(fā)明中，不需要同時實現(xiàn)以上效果，但是至少可以實現(xiàn)所述效果之一。
盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的示例性實施例和示例特別示出和描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些示例性實施例和示例。本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上進行各種修改。
本申請基于并且要求2006年11月17日遞交的日本專利申請第2006-312277號的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其公開全部結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種視距MIMO通信系統(tǒng)，MIMO是指多輸入多輸出，所述系統(tǒng)包括多個信道，所述系統(tǒng)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(fā)送側(cè)上或在接收側(cè)上或在發(fā)送和接收兩側(cè)上，其中
所述信道矩陣計算處理部件根據(jù)發(fā)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中，
為了虛擬正交信道的形成，設(shè)置所述信道的幾何參數(shù)使得所述信道矩陣的特征值變成多重根條件，并且
在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)之一執(zhí)行對基于根據(jù)所述特征值得到的特征向量或根據(jù)特征向量的線性和得到的特征向量所構(gòu)成的酉矩陣的計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中，
所述MIMO通信系統(tǒng)是使用多個天線的定點微波通信系統(tǒng)，并且是通過使用針對所述發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之一或兩側(cè)的各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器來構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中，
僅在所述接收側(cè)執(zhí)行用于所述虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括
用于對發(fā)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(jié)果，更新虛擬正交信道形成矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MIMO通信系統(tǒng)，還包括
用于將導頻信號從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送給所述接收側(cè)的裝置，其中
通過所述導頻信號對發(fā)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(jié)果更新虛擬正交信道形成矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MIMO通信系統(tǒng)，還包括
用于將各個天線的導頻信號從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)的裝置，其中
基于所述導頻信號，僅在所述接收側(cè)執(zhí)行用于所述虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中
在由所述本地振蕩器執(zhí)行的處理之前產(chǎn)生要從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送給所述接收側(cè)的導頻信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中
在由接收側(cè)的所述本地振蕩器執(zhí)行的處理之后執(zhí)行對已經(jīng)從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送到接收側(cè)的導頻信號的檢測。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中
從所述發(fā)送側(cè)被發(fā)送給所述接收側(cè)的導頻信號在發(fā)送天線間是正交的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述多個信道是光學信道。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述多個信道是視距無線電信道。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中
所述多個信道是視距聲學信道。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MIMO通信系統(tǒng)，其中
使得多個發(fā)送天線或多個接收天線之間的長度和多個發(fā)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信道的視距通信系統(tǒng)中，所述方法包括
在發(fā)送側(cè)或在接收側(cè)或在發(fā)送和接收兩側(cè)執(zhí)行信道矩陣計算處理的步驟，其中，
所述執(zhí)行的步驟根據(jù)發(fā)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。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MIMO通信方法，其中，
為了虛擬正交信道的形成，設(shè)置所述信道的幾何參數(shù)使得所述信道矩陣的特征值變成多重根條件，并且在發(fā)送側(cè)或接收側(cè)中的一側(cè)執(zhí)行對基于根據(jù)所述特征值得到的特征向量或根據(jù)特征向量的線性和得到的特征向量所構(gòu)成的酉矩陣的計算。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MIMO通信方法，其中，
所述MIMO通信系統(tǒng)是使用多個天線的定點微波通信系統(tǒng)，并且是通過使用針對所述發(fā)送側(cè)和接收側(cè)中的一側(cè)或兩側(cè)上的各個天線獨立設(shè)置的本地振蕩器來構(gòu)成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的MIMO通信方法，其中，
僅在所述接收側(cè)執(zhí)行用于所述虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MIMO通信方法，還包括
對發(fā)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；以及
基于該檢測的結(jié)果更新虛擬正交信道形成矩陣。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的MIMO通信方法，還包括
將導頻信號從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)；
通過所述導頻信號對發(fā)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；以及
基于該檢測的結(jié)果更新虛擬正交信道形成矩陣。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的MIMO通信方法，還包括
將各個天線的導頻信號從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送給接收側(cè)；以及
基于所述導頻信號僅在所述接收側(cè)執(zhí)行用于所述虛擬正交信道的形成的矩陣計算處理。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的MIMO通信方法，其中
在由所述本地振蕩器執(zhí)行的處理之前產(chǎn)生要從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送給所述接收側(cè)的導頻信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的MIMO通信方法，其中
在由接收側(cè)的本地振蕩器執(zhí)行的處理之后執(zhí)行對已經(jīng)從所述發(fā)送側(cè)發(fā)送到接收側(cè)的導頻信號的檢測。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的MIMO通信方法，其中
從所述發(fā)送側(cè)被發(fā)送給所述接收側(cè)的導頻信號在發(fā)送天線間是正交的。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MIMO通信方法，其中
所述多個信道是光學信道。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MIMO通信方法，其中
所述多個信道是視距無線電信道。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的MIMO通信方法，其中
所述多個信道是視距聲學信道。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的MIMO通信方法，其中
使得多個發(fā)送天線或多個接收天線之間的長度和多個發(fā)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。
29.一種包括多個信道的視距MIMO通信系統(tǒng)的MIMO發(fā)送設(shè)備，所述發(fā)送設(shè)備包括
信道矩陣計算處理部件，所述信道矩陣計算處理部件根據(jù)發(fā)送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。
30.一種包括多個信道的視距MIMO通信系統(tǒng)的MIMO接收設(shè)備，所述接收設(shè)備包括
信道矩陣計算處理部件，所述信道矩陣計算處理部件根據(jù)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。
31.一種用于MIMO發(fā)送設(shè)備的控制程序，所述MIMO發(fā)送設(shè)備用于包括多個信道的視距MIMO通信系統(tǒng)，所述控制程序允許所述發(fā)送設(shè)備根據(jù)發(fā)送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。
32.一種用于MIMO接收設(shè)備的控制程序，所述MIMO接收設(shè)備用于包括多個信道的視距MIMO通信系統(tǒng)，所述控制程序允許所述接收設(shè)備根據(jù)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。
全文摘要
一種具有確定性信道的MIMO通信系統(tǒng)，其中，MIMO被應用于具有固定幾何位置關(guān)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(tǒng)包括在發(fā)送側(cè)或在接收側(cè)或在發(fā)送和接收兩側(cè)的信道矩陣計算處理部件。信道矩陣計算處理部件根據(jù)發(fā)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。
文檔編號H04B7/04GK101542936SQ200780042738
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者丸次夫 申請人:日本電氣株式會社