无线电通信系统的控制方法、无线电通信系统和无线电通信装置的制造方法

无线电通信系统的控制方法、无线电通信系统和无线电通信装置的制造方法
【专利说明】无线电通信系统的控制方法、无线电通信系统和无线电通信装置
[0001]本申请是基于申请号为201080050268.6，申请日为2010年11月02日，申请人为日本电气株式会社，题为无线电通信系统的控制方法、无线电通信系统和无线电通信装置的发明提出的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及通过适应性地控制无线电波束来执行无线电通信的系统及其控制方法。具体地，本发明涉及用于当由于遮蔽物等等而通信断开或通信质量劣化时建立链路的方法(用于重新开始通信的方法)。
【背景技术】
[0003]近年来，对使用宽带毫米波(30GHz到300GHz)的无线电设备的使用已变得越来越广泛了。预期毫米波无线电技术尤其会用于比如高分辨率图像的无线电传送这样的千兆比特级的高速率无线电数据通信(例如参见非专利文献1、2和3)。
[0004]然而，具有高频率的毫米波具有较高的直线传播性，因此它们在无线电传送要在室内实现的情况下会导致问题。除了高直线传播性以外，毫米波会被人体或类似的物体显著衰减。因此，如果一个人在房间或类似的环境中站在发送机和接收机之间，则无法获得无障碍的视野，从而使得传送非常困难(遮蔽问题)。此问题是由于以下事实而造成的:因为由频率增大造成的无线电波的直线传播性的提高，传播环境变化了。因此，此问题不限于毫米波段(30GHz以上)。虽然无法明确指出无线电波的传播环境变化的转变频率，但相信其大约是1GHz。注意，根据国际电信联盟的推荐("Propagat1n data and predict1nmethods for the planning of indoor rad1 communicat1n systems and rad1 localarea networks in the frequency range 900MHz to 100GHz? !r ITU_R，P.1238_3，April，2003)，指示出无线电波相对于传播距离的衰减量的功率损耗系数在办公室中对于60GHz是22，而对于0.9到5.2GHz是28到32。考虑到在自由空间损耗的情况下其是20，所以认为散射、衍射之类的影响在像60GHz这样的更高频率中是较小的。
[0005]为了解决上述问题，专利文献2例如公开了一种系统，其中通过在接收机中安装多个接收单元来提供多个传送路径，以使得当发送机与接收单元之间的传送路径之一被遮蔽时，通过另外的(一个或多个)传送路径来执行传送。
[0006]另外，作为解决该问题的另一种方法，专利文献3公开了通过在墙壁和天花板上安装反射体来确保多个传送路径的计策。
[0007]专利文献2中公开的方法在遮蔽发生在发送机附近时或者在所有安装的接收单元全都被遮蔽时无法执行传送。同时，专利文献3中公开的方法要求用户特别考虑配置。例如，需要考虑发送机和接收机的位置安装反射体。
[0008]然而，近来关于毫米波的传播属性的研宄发现，可以利用反射波，而无需有意识地安装反射体。图11示出了使用广角天线的系统的配置，并且图12示出了当系统用于室内时使用像图11中所示那样的广角天线的系统的延迟概观(delay profile)的示例。在使用图11中所示的广角天线的系统中，比任何其他波更快到达的主波的接收功率大于任何其他波的接收功率，如图12中所示。此后，虽然诸如第二波和第三波之类的延迟波到达，但它们的接收功率较小。这些第二波和第三波是从天花板和墙壁反射的波。此情形与比如无线LAN(局域网)中使用的2.4GHz频带这样的具有较低的直线传播性的无线电波的传播环境显著不同。在2.4GHz频带中，因为衍射和多重反射的影响，非常难以在波的到达方向(DoA)上明确地分离波。与之不同，在具有较高的直线传播性的毫米波中，虽然无线电波在其DoA上是比较明确地区分的，但延迟波的数目是有限的并且其接收信号电平较小。
[0009]因此，当直接波被阻挡时，必须如图1OA和1B所示通过使具有高指向性增益的窄波束指向反射波的DoA来确保足够的接收信号电平，以便利用反射波继续传送。然而，为了使用户无需特别考虑诸如发送机和接收机的相对位置之类的配置，能够动态控制窄波束的波束形成技术是必不可少的。
[0010]为了实现波束形成，必须使用具有控制其指向性的功能的天线。用于这种用途的典型天线包括相控阵列天线(phased array antenna)。对于具有短波长(例如在60GHz频率的情况下是5_)的毫米波，相控阵列天线可在较小的区域中实现，并且用于这些天线阵列中的移相器阵列和振荡器阵列已被开发出来了(例如参见非专利文献3和4)。除了相控阵列天线以外，扇区可选择天线和机械式方向可调整天线也可用于实现天线指向性控制。
[0011]另外，作为与使用天线阵列的波束形成不同目的技术，到达方向(DoA)估计技术是已知的。DoA估计技术用于例如雷达、声纳和传播环境测量中，并且用于以较高的精确度估计在天线阵列处会接收的无线电波的DoA和功率。当DoA估计技术被用于具有安装的无线电波源的传播环境测量中时，全向(无指向性)天线经常被用作无线电波源。例如，专利文献6示出了这种技术的示例。
[0012]引文列表
[0013]专利文献
[0014]专利文献1:国际专利申请公布N0.WO 2008/090836
[0015]专利文献2:日本专利申请公布N0.2006-245986
[0016]专利文献3:日本专利申请公布N0.2000-165959
[0017]专利文献4:美国专利申请公布N0.2007/0205943
[0018]非专利文献
[0019]非专利文献1: K.Maruhashi et al.，" 6 O-GHz-band LTCC Module Technologyfor Wireless Gigabit Transceiver Applicat1ns" ，IEEE Internat1nal Workshop onRad1-Frequency Integrat1n Technology, Digest, pp.131—134，Dec，2005。
[0020]非专利文献2:K.0hata et al.，" 1.25Gbps Wireless Gigabit EthernetLink at 60GHz_Band " ， IEEE MTT-S Internat1nal Microwave Symposium, Digest，pp.373-376，June 2003。
[0021]非专利文献3:J.F.Buckwalter et al.， " An Integrated SubharmonicCoupled-Oscillator Scheme for a 60-GHz Phased-Array Transmitter " ， IEEETransact1ns on Microwave Theory and Techniques，Vol.12，pp.4271-4280，Dec.2006。
[0022]非专利文献4:S.Alausi et al.，" A 60GHz Phased Array in CMOS "，IEEE 2006Custom Integrated Circuits Conference， Digest， pp.393-396， San Jose，Sept.2006。
[0023]非专利文献5:1.Lakkis et al.，" IEEE P802.15Working Group for WirelessPersonal Area Networks (WPANS):TG3c Call for Proposals "，15-08-0355-00_003c，May，2008。
[0024]非专利文献6:K.Sato et al.，" Channel model for millimeter wave WPAN!r，The 18th Annual IEEE Internat1nal Symposium on Personal， Indoor and MobileRad1 communicat1ns(PIMRCr 07)，2007o

【发明内容】

[0025]技术问题
[0026]在室内毫米波系统中，当一个传播路径(链路)被阻挡并且要通过使用其他传播路径来继续无线电传送时，发生以下问题。
[0027]当切换实际使用的传播路径(链路)时，希望使传送断开的时段达到最短。这种传送断开时段的最短化例如在要求实时能力的非压缩图像的传送中变成尤其重要的要求。同时，当使用反射波时，必须通过使天线波束宽度变窄来增大天线的指向性增益，从而增大接收强度。
[0028]然而，随着波束宽度变得更窄，需要执行的搜索的方向(步骤)的数目增大了。因此，搜索波束方向并从而设定最优波束方向所必需的时间变得更长，因此传送断开时间也变得更长。从而，希望开发一种即使在这种情形中也能够缩短传送断开时间的波束方向设定方法。应当注意，使用能够临时存储数据的设备是不现实的，因为当传送断开时间变得更长时需要巨大的缓冲存储器。
[0029]两个通信设备之间的传播路径的特性由信道响应矩阵来表达。已知，如果确定了此信道响应矩阵，则可以利用SVD(奇异值分解)来获得发送机和接收机的天线设定的最优组合(以下称为“天线设定对”)。然而，另一方面，由于SVD较为复杂并且需要较长的处理时间，所以例如在要求高速率处理能力的非压缩图像传送装置中很难实现SVD。
[0030]从而，专利文献4例如公开了一种通过添加酉矩阵(例如哈达马特矩阵)作为天线阵列的相位并且重复发送机的天线阵列的训练和接收机的天线阵列的训练来获得使信号强度最大化的最优AWV(阵列权重向量)的方法。虽然此方法与SVD相比可以减短处理时间，但它仍需要一定的时间来获得最优AWV组合，因为需要反复执行发送和接收之间的切换。
[0031]同时，非专利文献5公开了一种通过逐渐地增大波束分辨率来优化发送/接收波束方向(天线设定)的技术。然而，此技术也要求在反复执行发送和接收之间的切换的同时对于发送/接收波束方向(天线设定)的数个组合测量通信质量，从而需要大量的时间来获得最优波束组合。
[0032]另外，此文献还提出了一个被称为“准全向(准无指向性)图案”的概念作为具有最低分辨率的波束。此准全向图案指的是在收发机周围的空间中的非常宽的角度上具有恒定天线增益的图案，虽然其不是完全全向(无指向性)的图案。由于经常很难在天线阵列中获得完全全向的图案，所以这个准全向图案在这种情况下经常被用作替代。
[0033]一般地，当在初始阶段要建立链路时，如果最优天线设定的获取需要较长的时间，则是可以接受的。然而，在由于先前建立的链路上传