[發明專利]用于自適應多輸入多輸出（MIMO）無線通信系統的方法和設備

有效

• 申請號: 200580041079.1
• 申請日: 2005-11-28
• 公開（公告）號: CN101438508A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 貝德里·A.·塞迪納爾;哈米德·加法克哈尼
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H04B7/06;H04B7/08;H04L1/06;H04L1/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 董 莘

相關申請?

本申請涉及2004年11月30日申請的美國臨時專利申請第60/632,111號，其通過引用合并于此，并按照35USC?119要求其優先權。?

政府權利?

本發明部分得到根據讓渡證書MDA?972-03-C-0017的國防部尖端研究計劃局(DARPA)、根據讓渡證書F04611-03-C-004的美國空軍、和根據讓渡證書ECS-0424454的國家科學基金會(NSF)的支持。政府對本發明擁有一定的權利。?

技術領域

本發明涉及配有多功能可重新配置天線和自適應編碼方案的自適應多輸入多輸出(MIMO)通信系統的領域。?

背景技術

近年來人們已經對使用被證明可以顯著提高無線信道容量和改善分集的、諸如智能天線和自適應編碼和調制技術的相關技術的MIMO系統進行了大量研究。最佳地使用有限和昂貴的無線帶寬是隱藏在這些努力后面的主要動機。盡管在這些研究中，已經對在編碼和信號處理架構的背景下這些系統的性能分析給予高度關注，但天線方面的研究局限于天線數量的影響，而很少考慮到天線的輻射和極化特性和陣列幾何結構。?

許多內容都已寫在有關MIMO系統、和像空間-時間編碼(STC)?和空間多路復用(SM)那樣的相關傳輸算法的當前文獻中。空間多路復用是從不同天線和在獨立通信信道中發送不同位的多路復用方案。這些研究工作的共同目的是通過利用多天線系統提供的高譜效率，最佳地使用有限和昂貴的無線帶寬。盡管在這些研究中，已經對在編碼和信號處理架構的背景下這些系統的性能分析給予高度關注，但天線方面的研究主要局限于天線單元數量的影響，而很少對天線單元的輻射和極化特性以及陣列幾何結構加以考慮。?

可達到的MIMO能力高度依賴于信道矩陣特性，信道矩陣特性又由所涉及的所有參數的聯合和/或分離功用決定。這些參數是信道的物理結構(散射密度和散射體的部署)、MIMO算法(編碼和信號處理方案)、和具有其輻射/極化特性的天線陣列配置。無線通信的移動性和時變性質提高了這些參數之間的相互作用，并且它們的聯合功用成為實現MIMO系統的理論增益的關鍵。?

利用可變信道條件的自適應MIMO系統尤其對這種研究感興趣。在自適應系統中，系統參數被聯合優化成通過可以跟蹤無線信道的時變特性的鏈路自適應技術適應變化的信道條件。?

在現有技術中認可的可調系統參數被認為是調制級別、編碼速率、和像空間多路復用、空間-時間編碼、和波束形成那樣的傳輸-發信號(signaling)方案。這種系統的天線特性由初始設計固定，從而不能改變。換句話說，當今的自適應MIMO系統局限于在可變信道條件下應用固定天線設計。?

需要的是總是利用最佳方案使多個天線信道中可用的資源最大化的某種方法和裝置。?

發明內容

本發明實現了，當在多學科研究中綜合天線/電磁方面和相關信號處理和編碼方面時，存在進一步利用MIMO系統理論增益的余地。自適應算法必須能夠連續地選擇與瞬時或平均空間-時間信道矩陣的特性有關的系統參數的最佳組合。?

在本公開中，自適應處理通過將天線陣列配置和它的輻射/極化和頻率特性當作聯合優化自適應系統參數中的附加分量引入附加自由度。?

我們識別傳輸-發信號方案、物理信道條件、和天線輻射/極化特性之間的相互關系，以便總是為給定傳輸方案和/或信道條件選擇最佳天線設計。這使系統可以接近由MIMO設計提供的理論譜效率。聯合優化天線陣列特性和相關的傳輸算法的目的只能在結構幾何結構(structural?geometry)(在其下文稱之為多功能可重新配置天線)中動態地重新配置陣列的各個單元時實現。可重新配置天線通過變更或改變它的物理結構變更它的輻射/極化和頻率特性。本研究中的可重新配置天線概念基本上不同于文獻中智能天線的概念。?

本發明示例性實施例的目的是通過提高當前自適應MIMO系統的自適應特征，以最有效方式響應具備快變化多徑條件的環境中的變化，從而顯著提高系統的性能特征。?

本發明示例性實施例的基本原理是將天線特性(輻射圖、工作頻率、極化)和天線陣列配置當作聯合優化自適應系統參數中的附加分量。由于我們的系統應用多功能可重新配置天線，可以利用像波束形成、空間-時間編碼、或空間多路復用那樣的自適應傳輸發信號(signaling)方案動態地改變和聯合優化天線特性。?

通過應用與經典天線單元相反的可重新配置天線單元，可以結合與信道條件有關的自適應傳輸方案選擇最佳天線特性和配置。這種特征提高了系統性能特征。?