CN104079522B - 一种tdd模式mimo无线通信系统的多载波通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法及装置，无线通信系统有多路基带信号，每路信号包括两个空间流信号，该方法为发射机将多路两个空间流的基带信号经过两次变频为多路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号后再合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号通过单个天线进行发送，接收机将单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号分离为多路两个空间流的单载波微波频段信号再经过两次下变频为多路基带信号。本发明还提供了一种采用上述方法实现的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，与现有技术相比，本发明能有效利用毫米波丰富的频谱资源，成倍的提高无线通信系统的数据传输吞吐量。

Description

一种TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法及装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种时分双工(Time DivisionDuplexing，TDD)模式多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)无线通信系统的多载波通信方法及装置。

背景技术

第三代移动通信如WCDMA技术，它是非MIMO技术，频分双工(Frequency DivisionDuplexing，FDD)的工作模式，其单载波信道带宽5MHz，实现3.84Mbps符号传输速率。为提高系统容量，基站有采用多载波传输的方式，但该技术是在FDD模式下实现，其发射信号的工作频段2110～2170MHz，接收信号的工作频段：1920～1980MHz，它的发射信号和接收信号频率间隔非常大，直接采用在射频部分进行合路或数字中频技术即可以实现多载波技术。

长期演进(Long Term Evolution，LTE)以及无线局域网(Wireless Local AreaNetworks，WLAN)的物理层采用正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)技术，它指的是基带处理部分将单个信道划分为一组相互正交的子载波，在射频部分是使用单个载波发送一个信道的信号。本发明所述的多载波指的是TDD模式MIMO无线通信系统的射频部分使用多个载波发送多个信道的信号，每个载波发送一个信道的信号。

低频段5.8GHz的超高速无线局域网技术IEEE802.11ac在目前市场上的产品的最大的信道带宽是80MHz，双空间流传输速率可达866.7Mbps，但目前市场上第四代移动通信技术LTE基站的回传及多路视频流传输需要1Gbps以上的传输速率。目前中国在5.8GHz频段是5.725～5.85GHz，只有125MHz的带宽，小于2倍的80MHz带宽，没有办法在该频段实现多载波传输。

低频段(低于6GHz)无线通信频谱资源日益稀缺，超高速数据传输速率的需求以及毫米波频段的频率资源非常丰富，使得毫米波频段超高速无线通信技术越来越受到关注，例如2013年12月，工信部批准将42.3～47GHz和47.2～48.4GHz共计5.9GHz的频谱资源用于超高速无线接入且无需无线电执照。

利用IEEE802.11ac的单载波基带芯片在TDD模式下实现多载波传输，各个载波间是不同步的，会导致一个载波的发射信号直接泄露到另外一个载波的接收链路，使得其接收链路饱和，不能够工作。本发明将使用变频多载波技术克服该问题，实现TDD模式下多载波传输，成倍增加无线通信系统的数据传输吞吐量，基带处理单元采用IEEE802.11ac技术规范时，2载波双空间流的传输速率高达1.733Gbps。

发明内容

发明目的：低频段(低于6GHz)无线通信频谱资源日益稀缺，广泛使用干扰非常大，严重影响系统性能，甚至不能有效工作，本发明采用变频多载波技术，克服TDD模式下多载波间的不同步导致的一个载波的发射信号直接泄露到另外一个载波的接收链路，使得其接收链路饱和，不能够工作的问题，有效利用毫米波频段非常丰富的频率资源，成倍增加无线通信系统的数据传输吞吐量，满足目前市场上第四代移动通信技术LTE基站的回传及多路视频流传输高达1Gbps以上的传输速率的要求。

技术方案：针对上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法，所述无线通信系统具有N路基带信号，每路基带信号包括两个空间流信号，其中，N为大于1的自然数，所述方法为：

发射机将N路两个空间流的基带信号上变频为N路两个空间流的相同频率的频段为F₁的单载波射频信号后再上变频为N路两个空间流的不同频率的频段为F₂的单载波微波频段信号后再合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号通过单个天线进行发送；

接收机将从天线接收到的单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号分离为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号后再下变频为N路两个空间流的相同频率的单载波射频信号后再下变频为N路两个空间流的基带信号。

其中，发射机进行信号变频和合路具体步骤为：

1.1)发射机将每一路基带信号的一个空间流信号经过I/Q调制器调制产生单载波射频信号，单载波射频信号滤波后再上变频到更高频段产生单载波微波频段信号，单载波微波频段信号输入收发切换开关的发射端，收发切换开关的公共端口输出单载波微波频段信号；N路基带信号的一个空间流信号产生的N路不同频率的单载波微波频段信号通过多工器合路为一个空间流的单路多载波微波频段信号；

1.2)每一路基带信号的另一个空间流信号采用与步骤1.1)相同的方法产生单载波微波频段信号，N路基带信号的另一个空间流信号产生的N路不同频率的单载波微波频段信号通过另一个多工器合路为另一个空间流的单路多载波微波频段信号；两个空间流的多载波微波频段信号通过正交模耦合器(Orthogonal Mode Transducer，OMT)合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号后通过一个天线发送。

接收机进行信号分离和变频的具体步骤为：

2.1)接收机将从天线接收到的单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号通过正交模耦合器分离出两个空间流的单路多载波微波频段信号，两个空间流的单路多载波微波频段信号再通过两个多工器分离成N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号；

2.2)步骤2.1)中的N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号的每一路每一个空间流的单载波微波频段信号分别输入各自的收发切换开关的公共端口，收发切换开关的接收端输出的单载波微波频段信号再下变频为单载波射频信号，单载波射频信号滤波后再经过I/Q解调器解调产生基带信号。

一种采用如上方法的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，包括发射机基带处理模块、接收机基带处理模块、射频发射机处理模块、射频接收机处理模块、微波频段上变频处理模块、微波频段下变频处理模块、收发切换开关模块、多工器模块、一个正交模耦合器和一个天线；

所述发射机基带处理模块产生N路两个空间流的基带信号，并输出至射频发射机处理模块；

所述射频发射机处理模块的输入端与发射机基带处理模块的输出端连接，用于将N路两个空间流的基带信号转换成N路两个空间流的频段为F₁的单载波射频信号，并输出至微波频段上变频处理模块；

所述微波频段上变频处理模块的输入端与射频发射机处理模块输出端连接，用于将N路两个空间流的单载波射频信号转换成N路两个空间流的不同频率的频段为F₂的单载波微波频段信号，并输出至收发切换开关模块；

所述收发切换开关模块包括发射端、接收端和公共端，所述发射端与微波频段上变频处理模块的输出端连接，所述接收端与微波频段下变频处理模块的输入端连接，所述公共端与多工器模块连接；收发切换开关模块用于发射时连通微波频段上变频处理模块与多工器模块，接收时连通多工器模块和微波频段下变频处理模块；

所述微波频段下变频处理模块用于将N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号转换成N路两个空间流的单载波射频信号，并输出至射频接收机处理模块；

所述射频接收机处理模块的输入端与微波频段下变频处理模块的输出端连接，用于将N路两个空间流的单载波射频信号转换成N路两个空间流的基带信号，并输出至接收机基带处理模块；

所述多工器模块与收发切换开关模块的公共端连接，多工器模块用于发射时将N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号合路为两个空间流的单路多载波微波频段信号，并输出两个空间流的单路多载波微波频段信号至正交模耦合器，接收时将两个空间流的单路多载波微波频段信号分路为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号，并输出N路两个空间流的单载波微波频段信号至收发切换开关模块；

所述正交模耦合器与多工器模块连接，所述天线与正交模耦合器连接，正交模耦合器用于发射时将两个空间流的单路多载波微波频段信号合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号后通过一个天线发送，接收时将从天线接收到的单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号进行分离输出两个空间流的单路多载波微波频段信号至多工器模块。

上述发射机基带处理模块、接收机基带处理模块、射频发射机处理模块、射频接收机处理模块、微波频段上变频处理模块和微波频段下变频处理模块分别包括N个单元，每个单元包括两个信号处理路径，每个单元的每个处理路径分别用于每路信号的一个空间流信号的处理。

发射机基带处理单元、接收机基带处理单元、射频发射机处理单元、射频接收机处理单元和收发切换开关现有技术中比较常见。发射机基带处理单元输出两个空间流的基带信号分别输入射频发射机处理单元的两个处理路径的输入端，射频发射机处理单元的两个处理路径的输出端输出的两个空间流的单载波射频信号分别输入波频段上变频处理单元的两个信号处理路径的输入端，波频段上变频处理单元的两个信号处理路径的输出端输出两个空间流的单载波微波频段信号。射频接收机处理单元的两个处理路径分别接收微波频段下变频处理单元的两个处理路径输出的两个空间流的单载波射频信号，射频接收机处理单元的两个处理路径输出两个空间流的基带信号至接收机基带处理单元。

其中，微波频段上变频处理单元的一个信号处理路径包括：

射频信号滤波器，用于接收射频发射机处理单元中输出的射频信号，进行滤波后输出；射频信号上变频器，用于接收射频信号滤波器输出的射频信号，使用微波频段本振信号将射频信号上变频为微波频段信号后输出；微波频段信号滤波器，用于接收射频信号上变频器输出的微波频段信号，进行滤波后输出；微波频段信号功率放大器，用于接收微波频段信号滤波器输出的微波频段信号，进行功率放大后输出。

微波频段下变频处理单元的一个信号处理路径包括：

微波频段信号低噪声放大器，用于接收收发切换开关输出的微波频段信号，进行低噪声放大后输出；微波频段信号滤波器，用于接收微波频段信号低噪声放大器输出的放大后的微波频段信号，进行滤波后输出；微波频段信号下变频器，用于接收微波频段信号滤波器输出的微波频段信号，使用微波频段本振信号将微波频段信号下变频为射频信号后输出；射频信号信道滤波器，用于接收微波频段信号下变频器输出的射频信号，进行滤波后输出。

所述收发切换开关模块，包括N个收发切换开关子模块，每个收发切换开关子模块有两个收发切换开关，一个收发切换开关包括一个发射端、一个接收端和一个公共端；所述多工器模块包括两个多工器，每个多工器至少具有N个单载波信号端口和一个公共端口，所述单载波信号端口与相应单载波的收发开关的公共端口连接，所述公共端口与正交模耦合器连接；所述收发切换开关的发射端与微波频段上变频处理单元的一个处理路径的输出端连接；所述收发切换开关的接收端与微波频段下变频处理单元的一个处理路径的输入端连接。

每个多工器由多个滤波器组成，提供给发射机将多路单载波微波频段信号合成单路多载波微波频段信号，同时提供给接收机将单路多载波微波频段信号分离出多路单载波微波频段信号。多工器的多个滤波器的相互隔离度D根据如下公式确定：

P₁-D₁≤-174-9 公式1

D₁≥183+P₁ 公式2

P_tx-D₂≤P₂ 公式3

D₂≥P_tx-P₂ 公式4

P_tx-(A₁+A₂+D₂)≤-174+10log(B)+60 公式5

D＝max(D₁,D₂) 公式6

其中，接收机的热噪声基底：-174dBm/Hz，为使得发射机的杂散信号影响接收机灵敏度的降低值不高于0.5dB，发射机的杂散信号在接收机端必须低于接收机的噪声基底9dB，经过微波频段上变频处理单元的射频信号滤波器、微波频段信号滤波器滤波后，发射机收发切换开关模块公共端单载波微波频段信号在相邻的另外一个载波频段处的杂散信号电平：P₁dBm/Hz，接收机收发切换开关模块公共端单载波最大输入信号：P₂dBm，发射机收发切换开关模块公共端单载波微波频段信号输出电平：P_txdBm，微波频段下变频处理单元中的射频信号滤波器在相邻载波的抑制度为：A₁dB，微波频段下变频处理单元中的微波频段信号滤波器在相邻载波的抑制度为：A₂dB，D₁定义为对杂散信号的隔离度，D₂定义为对强信号干扰的抑制度，单载波微波频段信号带宽：BMHz。

多工器的每个滤波器的带宽可大于单载波信道带宽，其带宽选择根据毫米波频段F2和滤波器的插入损耗来决定，可选为载波的2％左右的宽度。

射频信号信道滤波器用来和多工器一起完成多载波信号的分离，射频信号信道滤波器的频段为F1，该频段为较低频段，可选为小于6GHz，每个载波的收发信机在该频段的频率是一样的，滤波器的带宽为单载波射频信号的信道宽度。

正交模耦合器，也称正交模变换器或双模变换器，用来分离或合成两个正交的极化波的器件，解决视距(LOS)环境下相同频率上可使用极化方向不同且相互隔离的信道来传输2个空间流的问题。OMT有三个物理端口，公共端口与天线相连接，另外两个电气端口分别分配给2个空间流的收发信机。

无线通信系统包括无线接入点，客户端。其中无线接入点也可称为中心站，客户端也可称为远端站。无线接入点可以使用上述发射机和接收机的方法来实现，客户端也可以使用上述发射机和接收机的方法来实现。

有益效果：与现有技术相比，本发明有效利用毫米波频段非常丰富的频率资源，成倍增加无线通信系统的数据传输吞吐量，基带处理单元采用IEEE802.11ac技术规范时，2载波双空间流的MIMO无线通信系统的峰值速率可以提高到1.733Gbps。

附图说明

图1为MIMO无线通信网络的示意图；

图2为本发明装置实施例的结构示意图；

图3为本发明的原理示意图；

图4为图3中的基带处理器+5.8GHz射频收发信机的电路框图；

图5为本发明装置实施例的中的OMT的结构示意图。

具体实施方式

本发明的技术可以用于多种宽带无线通信系统，这种通信系统的例子包括TDD模式毫米波无线MIMO通信系统等。

本发明的方法可实现在多种有线或无线通信装置中，根据本发明中的方法实现的无线节点可以包括接入点或用户终端。

接入点(Access Point,AP)可以包括、被实现为、或称为基站收发机、中心站、基站、收发机功能、无线路由器、无线收发机、基本服务集(Basic Service Set,BSS)、扩展服务集(Extended Service Set,ESS)或某些其它术语。

用户终端(User Terminal,UT)可以包括、被实现为、或称为接入终端、远端站、用户站、用户单元、移动站、用户终端、用户装置、用户设备、或某些其它术语。在某些实现方式中，接入终端可以包括具备无线连接能力的电话、手机、电脑等

如图1所示，具有接入点和用户终端的多址MIMO系统。在任何给定的时刻，接入点可以在下行链路和上行链路上与一个或多个用户终端进行通信。下行链路是从接入点到用户终端的通信链路，上行链路是从用户终端到接入点的通信链路。用户终端还可以与另一用户终端点对点地通信。系统接入控制器连接到接入点，并向接入点提供协调和控制。

无线MIMO通信系统是TDD模式系统，对于TDD系统，下行链路和上行链路共享相同的频带。

接入点是针对下行链路的发射机和针对上行链路的接收机。用户终端是针对下行链路的接收机和针对上行链路的发射机。如本文中使用的“发射机”是能够通过无线信道发送数据的独立操作的装置或设备，“接收机”是能够通过无线信道接收数据的独立操作的装置或设备。

如图3和图4所示，本发明公开了一种TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法及装置原理示意图。本发明方法包括以下步骤：

(1)发射机基带处理单元可以根据IEEE802.11ac技术规范生成基带信号，基带信号经过I/Q调制器上变频到F₁频段产生射频信号，F₁可选6GHz以下低频段，优选为5.8GHz，信号带宽是80MHz，该射频信号经滤波器滤波后再上变频到更高的F₂频段产生微波频段信号，F₂可选10GHz以上频段，优选为45GHz频段，该信号输入收发切换开关发射端，收发切换开关的公共端口输出单载波的微波频段信号，按照上述方法产生N路单载波的微波频段信号，其载波频率分别为f₁，…，f_N。2载波方案时，产生2路单载波的微波频段信号，f₁可选为：42.565GHz，f₂可选为：47.3GHz，然后使用多工器进行合成，合成后产生单路多载波信号；

(2)基带信号包括2个空间流，2个空间流的N路不同频率的单载波微波频段信号通过2个多工器进行合成，输出的2个空间流的多载波微波频段信号分别输入OMT不同的输入端，经过OMT合成后连接单个天线就可以发送正交极化的2个空间流的多载波微波频段的信号。

(3)接收机从单个天线接收正交极化的2个空间流的多载波微波频段的信号，实施2载波方案时，从天线处接收正交极化的2个空间流的2载波微波频段信号，其中f₁可选为：42.565GHz，f₂可选为：47.3GHz，该信号输入OMT，OMT分离出2个空间流的多载波的微波频段的信号，上述2个空间流的多载波信号分别输入各自的多工器，多工器输出2路单载波的微波频段F₂的信号，F₂可以是45GHz频段；

(4)每路单载波微波频段信号连接收发切换开关的公共端口，收发切换开关的接收端口的信号下变频后产生F₁频段的射频信号，F₁可选为5.8GHz，该信号经过射频信号信道滤波器进行滤波，产生干净的单载波射频信号，信道滤波器的带宽可选为80MHz，然后将该信号输入I/Q解调器进行解调产生基带信号，基带信号输入接收机基带处理单元进行处理。

如图2所示，一种TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，包括发射机基带处理模块1、接收机基带处理模块10、射频发射机处理模块2、射频接收机处理模块20、微波频段上变频处理模块3、微波频段下变频处理模块30、收发切换开关模块4、多工器模块5、一个正交模耦合器6和一个天线7。

发射机基带处理模块1产生N路两个空间流的基带信号输出至射频发射机处理模块2，射频发射机处理模块2将N路基带信号进行处理后输出N路两个空间流的单载波射频信号，每路单载波射频信号的频率相同，频段F₁为小于6GHz频段；微波频段上变频处理模块3与射频发射机处理模块2连接，将N路两个空间流的单载波射频信号变频处理为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号，单载波微波频段信号的频段F₂为大于10GHz微波频段，N路单载波微波频段信号的载波频率分别为f₁，…，f_N；收发切换开关模块4用于收发链路切换；微波频段下变频处理模块30将N路两个空间流的单载波微波频段信号变频处理为N路两个空间流的单载波射频信号；射频接收机处理模块20与微波频段下变频处理模块30连接，对N路两个空间流的单载波射频信号进行处理，输出N路两个空间流的基带信号；多工器模块5在发射时将N路两个空间流的单载波微波频段信号合路为单路两个空间流的多载波微波频段信号，接收时将单路两个空间流的多载波微波频段信号分路为N路两个空间流的单载波微波频段信号；正交模耦合器6，分别与多工器模块5和天线7连接，发射时将单路两个空间流的多载波微波频段信号合成为单路正交极化的双空间流的多载波微波频段信号，通过一个天线7发送，接收时将从天线7接收到的单路正交极化的双空间流的多载波微波频段信号进行分离。

发射机基带处理模块1、接收机基带处理模块10、射频发射机处理模块2、射频接收机处理模块20、微波频段上变频处理模块3和微波频段下变频处理模块30分别具有N个单元，用于处理N路信号，每个单元都具有两个处理路径，用于处理每路信号的两个空间流信号。图3和图4给出了本实施例具体的结构示意图。

下面以一路信号的一个处理路径具体描述射频处理部分和微波频段变频处理部分的连接关系和信号的传递关系：

射频发射机处理单元的一个处理路径：基带信号通过数字模拟转换器21转换为I/Q信号输出，I/Q信号分别经过两个模拟中频滤波器22、两个模拟中频放大器23进行滤波和放大后输入至I/Q调制器24调制为射频信号后再输入可变增益放大器25进行放大后输出单载波射频信号。

微波频段上变频处理单元的一个处理路径：可变增益放大器25输出单载波射频信号通过射频信号滤波器31滤波后输入射频信号上变频器32，与微波频段本振信号进行混频后上变频为微波频段信号输出，再经过微波频段信号滤波器33、功率放大器34进行滤波和功率放大后输出单载波微波频段信号。

微波频段下变频处理单元的一个处理路径：单载波微波频段信号经过低噪声放大器301进行低噪声放大后输入微波频段信号滤波器302滤波后再输入微波频段信号下变频器303，与微波频段本振信号进行混频后下变频为射频信号输出，再经过射频信号信道滤波器304进行滤波后输出单载波射频信号。

射频接收机处理单元的一个处理路径：上述信道滤波器304输出的单载波射频信号通过放大器201放大后输入I/Q解调器202进行解调，输出I/Q信号，I/Q信号分别经两个可变增益放大器203、两个模拟中频滤波器204进行放大和滤波后输入模拟数字转换器205转换为基带信号后输出。

收发切换开关模块4分别与微波频段上变频处理模块3、微波频段下变频处理模块30和多工器模块5连接，微波频段上变频处理模块3输出的N路双空间流单载波微波频段信号的每一路信号的每个空间流信号连接一个收发切换开关40的发射端；微波频段下变频处理模块30输入的每一路单载波微波频段信号的每一个空间流信号从收发切换开关40的接收端接入；多工器模块5由两个多工器组成，每个多工器用于发射时将N路不同频率的单载波微波频段信号合路为单路N载波微波频段信号，接收时将单路N载波微波频段信号分离为N路单载波微波频段信号，收发切换开关40的公共端口与一个多工器连接。

多工器51由多个滤波器组成，每个滤波器的带宽可大于单载波信道带宽，其带宽选择根据微波频段F₂和滤波器的插入损耗来决定，可选为载波的2％左右的宽度。

正交模耦合器6，也称正交模变换器或双模变换器，用来分离或合成两个正交的极化波的器件，解决视距(LOS)环境下相同频率上可使用极化方向不同且相互隔离的信道来传输两个空间流的问题。正交模耦合器6有三个物理端口，公共端口与天线7相连接，另外两个端口分别与两个多工器连接。

下文描述实施2载波方案时多工器51、信道滤波器304、正交模耦合器6的参数选择。f₁选为：42.565GHz，f₂选为：47.3GHz；F₁选为5.8GHz；单载波信号带宽：80MHz，基带处理模块可选择采用IEEE802.11ac技术规范的基带处理芯片。

多工器51，由2个滤波器组成，2个滤波器的相互隔离度根据上述公式1至公式6确定，接收机的噪声基底：-174dBm/Hz，经过射频信号滤波器31、微波频段信号滤波器33滤波后，发射机收发切换开关模块公共端单载波信号在相邻的另外一个载波频段处的杂散信号电平：P₁＝-144dBm/Hz，接收机收发切换开关模块公共端单载波最大输入信号：P₂＝-20dBm，发射机收发切换开关模块公共端单载波信号输出电平：P_tx＝20dBm，射频信号信道滤波器304在相邻载波的抑制度为：A₁＝50dB，微波频段信号滤波器302在相邻载波的抑制度为：A₂＝30dB，单载波微波频段信号带宽：B＝80MHz，根据公式2，D₁≥39dB；根据公式4，D₂≥40dB；根据公式6确定多工器51的2个滤波器的相互隔离度D确定为40dB以上。2载波方案中每个滤波器的带宽选为1080MHz，中心频率分别为42.565GHz和47.3GHz。

信道滤波器304，用来和双工器一起完成多载波信号的分离，信道滤波器304的频段选为5.8GHz，每个载波的射频收发信机在该频段的频率是一样的，滤波器的带宽为单载波信号的信道宽度，本实施方案选为80MHz，其在相邻载波处的抑制度本实施方案设计为50dB。

正交模耦合器6可选择圆公共波导膜片分支设计，如图5所示，使用均匀截止的公共圆波导，膜片的插入平分横截面。膜片区域在矩形分支波导之后(或局部)与分支波导重叠，波导分支位于公共波导相对于膜片的垂直侧壁的中央，分支波导的宽壁一般与公共波导的纵轴共线。加到公共端口的TE₁₀模信号在膜片的入口处分成两等份通过膜片区，再在随后的波导中重新组合。正交的TE₀₁模在膜片区域消失并反射，最后耦合到分支波导中。两种极化波的反射损耗大于20dB，隔离度大于40dB。

图3中基带信号处理器+5.8GHz射频收发信机可选高通公司(Qualcomm)的QCA9892或博通公司(Broadcom)的BCM4352，网络处理器可选美国高通公司(Qualcomm)的QCA9558。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作的任何修改、等同替换、改进等也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法，所述无线通信系统具有N路基带信号，每路基带信号包括两个空间流信号，其中，N为大于1的自然数，其特征在于所述方法为：

发射机将N路两个空间流的基带信号上变频为N路两个空间流的相同频率的单载波射频信号后再上变频为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号后再合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号通过单个天线进行发送；

接收机将从天线接收到的单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号分离为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号后再下变频为N路两个空间流的相同频率的单载波射频信号后再下变频为N路两个空间流的基带信号。

2.如权利要求1所述的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法，其特征在于：

所述发射机将N路两个空间流的基带信号上变频为N路两个空间流的相同频率的单载波射频信号后再上变频为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号后再合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号通过单个天线进行发送的步骤为：

1.1)发射机将每一路基带信号的一个空间流信号经过I/Q调制器调制产生单载波射频信号，单载波射频信号滤波后再上变频到更高频段产生单载波微波频段信号，单载波微波频段信号输入收发切换开关的发射端，收发切换开关的公共端口输出单载波微波频段信号；N路基带信号的一个空间流信号产生的N路不同频率的单载波微波频段信号通过多工器合路为一个空间流的单路多载波微波频段信号；

1.2)每一路基带信号的另一个空间流信号采用与步骤1.1)相同的方法产生单载波微波频段信号，N路基带信号的另一个空间流信号产生的N路不同频率的单载波微波频段信号通过另一个多工器合路为另一个空间流的单路多载波微波频段信号；两个空间流的多载波微波频段信号通过正交模耦合器合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号后通过一个天线发送。

3.如权利要求1所述的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法，其特征在于：

所述接收机将从天线接收到的单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号分离为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号后再下变频为N路两个空间流的相同频率的单载波射频信号后再下变频为N路两个空间流的基带信号的步骤为：

2.1)接收机将从天线接收到的单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号通过正交模耦合器分离出两个空间流的单路多载波微波频段信号，两个空间流的单路多载波微波频段信号再通过两个多工器分离成N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号；

2.2)步骤2.1)中的N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号的每一路每一个空间流的单载波微波频段信号分别输入各自的收发切换开关的公共端口，收发切换开关的接收端输出的单载波微波频段信号再下变频为单载波射频信号，单载波射频信号滤波后再经过I/Q解调器解调产生基带信号。

4.如权利要求1所述的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法，其特征在于：所述单载波射频信号的频段为小于6GHz的频段，所述单载波微波频段信号的频段为10GHz以上的频段。

5.一种采用如权利要求1-4任意一项所述TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信方法的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，其特征在于，包括发射机基带处理模块、接收机基带处理模块、射频发射机处理模块、射频接收机处理模块、微波频段上变频处理模块、微波频段下变频处理模块、收发切换开关模块、多工器模块、一个正交模耦合器和一个天线；

所述发射机基带处理模块、接收机基带处理模块、射频发射机处理模块、射频接收机处理模块、微波频段上变频处理模块、微波频段下变频处理模块分别包括N个单元，每个单元包括两个信号处理路径，每个信号处理路径用于一路空间流信号的处理；

所述发射机基带处理模块产生N路两个空间流的基带信号，并输出至射频发射机处理模块；

所述射频发射机处理模块的输入端与发射机基带处理模块的输出端连接，用于将N路两个空间流的基带信号转换成N路两个空间流的单载波射频信号，并输出至微波频段上变频处理模块；

所述微波频段上变频处理模块的输入端与射频发射机处理模块输出端连接，用于将N路两个空间流的单载波射频信号转换成N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号，并输出至收发切换开关模块；

所述收发切换开关模块包括发射端、接收端和公共端，所述发射端与微波频段上变频处理模块的输出端连接，所述接收端与微波频段下变频处理模块的输入端连接，所述公共端与多工器模块连接；收发切换开关模块用于发射时连通微波频段上变频处理模块与多工器模块，接收时连通多工器模块和微波频段下变频处理模块；

所述微波频段下变频处理模块用于将N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号转换成N路两个空间流的单载波射频信号，并输出至射频接收机处理模块；

所述射频接收机处理模块的输入端与微波频段下变频处理模块的输出端连接，用于将N路两个空间流的单载波射频信号转换成N路两个空间流的基带信号，并输出至接收机基带处理模块；

所述多工器模块与收发切换开关模块的公共端连接，多工器模块用于发射时将N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号合路为两个空间流的单路多载波微波频段信号，并输出两个空间流的单路多载波微波频段信号至正交模耦合器，接收时将两个空间流的单路多载波微波频段信号分路为N路两个空间流的不同频率的单载波微波频段信号，并输出N路两个空间流的单载波微波频段信号至收发切换开关模块；

所述正交模耦合器与多工器模块连接，所述天线与正交模耦合器连接，正交模耦合器用于发射时将两个空间流的多载波微波频段信号合成为单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号后通过一个天线发送，接收时将从天线接收到的单路正交极化的双空间流多载波微波频段信号进行分离输出两个空间流的多载波微波频段信号至多工器模块。

6.如权利要求5所述的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，其特征在于：

所述微波频段上变频处理模块中的微波频段上变频处理单元的一个信号处理路径包括：

射频信号滤波器，用于接收射频发射机处理单元的一个信号处理路径输出的射频信号，进行滤波后输出；射频信号上变频器，用于接收射频信号滤波器输出的射频信号，使用微波频段本振信号将射频信号上变频为微波频段信号后输出；微波频段信号滤波器，用于接收射频信号上变频器输出的微波频段信号，进行滤波后输出；以及微波频段信号功率放大器，用于接收微波频段信号滤波器输出的微波频段信号，进行功率放大后输出；

所述微波频段下变频处理模块中的微波频段下变频处理单元的一个信号处理路径包括：

微波频段信号低噪声放大器，用于接收收发切换开关输出的微波频段信号，进行低噪声放大后输出；微波频段信号滤波器，用于接收微波频段信号低噪声放大器输出的放大后的微波频段信号，进行滤波后输出；微波频段信号下变频器，用于接收微波频段信号滤波器输出的微波频段信号，使用微波频段本振信号将微波频段信号下变频为射频信号后输出；以及射频信号信道滤波器，用于接收微波频段信号下变频器输出的射频信号，进行滤波后输出。

7.如权利要求5所述的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，其特征在于：所述多工器模块包括两个多工器，每个多工器由多个滤波器组成，多个滤波器的相互隔离度为40dB以上。

8.如权利要求6所述的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，其特征在于：所述多工器模块包括两个多工器，每个多工器由多个滤波器组成，多个滤波器的相互隔离度D根据如下公式确定：

D₁≥183+P₁ 公式2

D₂≥P_tx-P₂ 公式4

P_tx-(A₁+A₂+D₂)≤-174+10log(B)+60 公式5

D＝max(D₁,D₂) 公式6

其中，P₁为发射机收发切换开关模块公共端单载波微波频段信号在相邻的另外一个载波频段处的杂散信号电平，P₂为接收机收发切换开关模块公共端单载波最大输入信号，P_tx为发射机收发切换开关模块公共端单载波微波频段信号输出电平，A₁为微波频段下变频处理单元中的射频信号信道滤波器在相邻载波的抑制度，A₂为微波频段下变频处理单元中的微波频段信号滤波器在相邻载波的抑制度，D₁为对杂散信号的隔离度，D₂为对强信号干扰的抑制度，BMHz为单载波微波频段信号带宽。

9.如权利要求5所述的TDD模式MIMO无线通信系统的多载波通信装置，其特征在于：所述单载波射频信号的频段为小于6GHz的频段，所述单载波微波频段信号的频段为10GHz以上的频段。