CN105993133B - 多极化发射接收天线、发射接收装置、系统和方法 - Google Patents

多极化发射接收天线、发射接收装置、系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种多极化发射接收天线、发射接收装置、系统和方法。本发明多极化发射天线，包括：M个发射正交天线组，其中，每个发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；M为大于等于2的整数；M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式和/或天线极化方向。本发明实施例在提升复用和分集增益的同时降低天线间距离的要求，提高了传输的可靠性。

Description

多极化发射接收天线、发射接收装置、系统和方法
技术领域
本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及一种多极化发射接收天线、发射接收装置、系统和方法。
背景技术
现代无线通信需解决的关键问题：如何进一步提高系统的频谱利用率和传输可靠度。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，简称MIMO)是当前无线通信的主流技术，被很多标准采用，例如802.11，802.16，802.15等。MIMO技术在接收端和发射端上均采用多副天线，构成多天线系统，能够有效地增加通信容量、提高通信质量，可以满足对大容量高质量通信的要求，有效提高频谱利用率，缓解对频谱资源日益紧张的需求。
目前，MIMO技术的主要应用有空分复用和空间分集。空分复用可在不增加带宽的条件下，相比单输入单输出(Single-Input Single-Output，简称SISO)系统成倍地提升信息传输速率，从而极大地提高系统的频谱利用率；而空间分集可利用发射或接收端的多根天线所提供的多重传输途径发送相同的数据，以增强数据的传输可靠度。
MIMO通信系统将空间自由度提高到了与时间自由度同等的地位，认为空间与时间一样是决定无线通信系统容量的关键因素，而极化特性则是空间自由度的重要特性之一。因此，为了进一步提高系统的空间利用效率，现代无线通信系统已广泛采用了双极化天线技术。传统的通信系统中，基站端往往利用间距很大的多天线阵列实现空间分集，而当天线之间间距减小时，天线之间的耦合问题则变得越来越严重，制约了系统性能的提高。不同于空间MIMO天线，多极化天线利用位于同一位置的多个天线单元，充分利用电磁波的多个场分量的信息，极大幅度地提高有限空间内的空间自由度，获得与空间MIMO天线类似的增益。
现有技术的多极化天线系统，包括多个发射天线和多个接收天线，虽然也可以根据信道情况对天线的极化方向进行自适应调整，但是发射天线和接收天线为单极化天线，各个发射天线或接收天线之间需要一定的距离间隔，天线空间的利用效率较低，而且只工作在复用模式下，对于衰落严重的环境下信号传输的可靠性较差。
发明内容
本发明实施例提供一种多极化发射接收天线、发射接收装置、系统和方法，以克服现有技术中天线空间利用率低，且信号传输的可靠性较差的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种多极化发射天线，包括：
M个发射正交天线组，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；
所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式和/或天线极化方向。
结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为分集模式。
结合第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，所述将所述发射模式调整为复用模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射不同的数据流。
结合第一方面的第一种实现方式，在第一方面的第三种实现方式中，所述将所述发射模式调整为分集模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射相同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流；或，
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流。
结合第一方面、或第一方面的第一～第三任一种实现方式，在第一方面的第四种实现方式中，所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述M个发射正交天线组的极化方向进行调整，直到接收端反馈的所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述M个发射正交天线组与水平面的夹角值。
第二方面，本发明实施例提供一种多极化接收天线，包括：
N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述M为发射端的发射正交天线组的个数；
所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式和/或天线极化方向；所述接收模式与发射端的发射模式相匹配。
结合第二方面，在第二方面的第一种实现方式中，所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为分集模式。
结合第二方面的第一种实现方式，在第二方面的第二种实现方式中，所述将所述接收模式调整为复用模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收不同的数据流。
结合第二方面的第一种实现方式，在第二方面的第三种实现方式中，所述将所述接收模式调整为分集模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收相同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流；或，
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流。
结合第二方面、或第二方面的第一～第三任一种实现方式，在第二方面的第四种实现方式中，所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述N个接收正交天线组的极化方向进行调整，直到所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述N个接收正交天线组与水平面的夹角值。
第三方面，本发明实施例提供一种多极化发射装置，包括：
发射信号处理单元、M个射频单元和如第一方面中任一项所述的多极化发射天线；其中，所述发射信号处理单元用于对发射信号进行发射端基带处理；所述M个射频单元分别与所述发射信号处理单元连接，用于完成所述发射信号从基带到射频的转换；所述多极化发射天线的M个发射正交天线组分别与所述M个射频单元对应连接，用于将所述发射信号发射出去。
第四方面，本发明实施例提供一种多极化接收装置，包括：
接收信号处理单元、N个射频单元和如第二方面中任一项所述的多极化接收天线；其中，所述接收信号处理单元用于对接收信号进行接收端基带处理；所述N个射频单元分别与所述接收信号处理单元连接，用于完成所述接收信号从射频到基带的转换；所述多极化接收天线的N个接收正交天线组分别与所述N个射频单元对应连接，用于接收发射端发射的发射信号。
第五方面，本发明实施例提供一种多极化传输系统，包括：
如第三方面所述的发射装置和如第四方面所述的接收装置。
第六方面，本发明实施例提供一种多极化发射天线的发射方法，所述多极化发射天线包括：M个发射正交天线组，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；
所述方法，包括：
根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整所述M个发射正交天线组的发射模式和/或天线极化方向；
将发射信号通过所述多极化发射天线发射出去。
结合第六方面，在第六方面的第一种实现方式中，所述根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整M个发射正交天线组的发射模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为分集模式。
结合第六方面的第一种实现方式，在第六方面的第二种实现方式中，所述将所述发射模式调整为复用模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射不同的数据流。
结合第六方面的第一种实现方式，在第六方面的第三种实现方式中，所述将所述发射模式调整为分集模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射相同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流；或，
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流。
结合第六方面、或第六方面的第一～第三任一种实现方式，在第六方面的第四种实现方式中，所述根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整所述M个发射正交天线组的天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述M个发射正交天线组的极化方向进行调整，直到接收端反馈的所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述M个发射正交天线组与水平面的夹角值。
第七方面，本发明实施例提供一种多极化接收天线的接收方法，所述多极化接收天线包括：N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述M为发射端的发射正交天线组的个数；
所述方法，包括：
接收发射端发射的发射信号；
根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的接收模式和/或天线极化方向，所述接收模式与发射端的发射模式相匹配。
结合第七方面，在第七方面的第一种实现方式中，所述根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的接收模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为分集模式。
结合第七方面的第一种实现方式，在第七方面的第二种实现方式中，所述将所述接收模式调整为复用模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收不同的数据流。
结合第七方面的第一种实现方式，在第七方面的第三种实现方式中，所述将所述接收模式调整为分集模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收相同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流；或，
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流。
结合第七方面、或第七方面的第一～第三任一种实现方式，在第七方面的第四种实现方式中，所述根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述N个接收正交天线组的极化方向进行调整，直到所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述N个接收正交天线组与水平面的夹角值。
本发明实施例多极化发射接收天线、发射接收装置、系统和方法，多极化发射天线，包括：M个发射正交天线组，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式和/或天线极化方向；多极化接收天线，包括：N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式和/或天线极化方向，，所述接收模式与发射端的发射模式相匹配，同时利用了多个极化天线，更充分地利用天线间的极化隔离，从而在提升传输系统的复用和分集增益的同时降低天线间距离的要求，各个正交天线组可根据接收端反馈的信道信息进行自适应旋转，从而优化该传输系统的信道矩阵，以提高系统传输的可靠性。而且可在复用模式和分集模式之间进行切换，从而在系统信道状况较差的情况下，可有效将系统切换至相应的传输模式，提高系统传输的可靠性，解决了现有技术中天线空间利用率低，且信号传输的可靠性较差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多极化发射天线的结构示意图；
图2为本发明多极化发射天线的发射正交天线组示意图；
图3为本发明多极化接收天线的结构示意图；
图3A为本发明多极化接收天线的接收正交天线组示意图；
图4为本发明多极化发射装置实施例一的结构示意图；
图5为本发明多极化接收装置实施例一的结构示意图；
图6为本发明多极化传输系统实施例的结构示意图一；
图6A为本发明多极化传输系统实施例的结构示意图二；
图7为本发明多极化发射天线的发射方法实施例的流程图；
图8为本发明多极化接收天线的接收方法实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明多极化发射天线的结构示意图，图2为本发明多极化发射天线的发射正交天线组示意图。本实施例的方案实现多极化天线传输系统的传输质量的最大化。如图1所示，本实施例的多极化发射天线10可以包括：
M个发射正交天线组101，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；
所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式和/或天线极化方向。
具体地，如图1、2所示，每个发射正交天线组由一对互相极化正交的双极化天线组成，M个发射正交天线组与水平面的夹角分别为{α1，α2，...，αM}。发射端的发射正交天线组与水平面的夹角值可随着反馈信道反馈的信道矩阵的条件数的变化进行自适应调整，从而达到极化方向的调整以提高系统的通信可靠性。同时也可以根据反馈信道反馈的信道矩阵的条件数的变化进行自适应调整发射模式，如调整为复用模式或分集模式。
发射模式和天线极化方向可以同时调整或分开调整。
上述条件数由接收端根据传输信道的信道矩阵计算而得。假设微波传输系统的信道矩阵如下：
其中，hij表示发射端天线j与接收端天线i之间的信道衰落系数，而δij表示发射端天线j与接收端天线i之间的交叉极化隔离度(Cross-Polarization Discrimination，简称XPD)，δij值越大则表示发射端天线j与接收端天线i之间的极化泄露越严重，N表示接收端的接收正交天线组的个数，N大于等于M。该传输系统的信道矩阵由hij和δij同时决定。该信道矩阵可通过发射端向接收端发送已知的训练序列，由接收端根据该已知的训练序列估计该信道矩阵H。
接收端可根据该信道矩阵H计算信道矩阵的条件数，具体计算公式如下：
Det(HHH-λI)＝0
其中，Det(.)运算为求矩阵的行列式值，I为全零方阵，根据该方程计算出的值λ为矩阵的特征值，λ有M个取值，矩阵的条件数定义如下：
条件数＝λ(max)/λ(min)
其中，λ(max)表示M个特征值中的最大值，λ(min)表示M个特征值中的最小值，条件数值越小(越接近于1)则信道状况越好，系统可获得较优的传输质量。
随着信道散射及天气(下雨、下雪、大雾)等因素不断变化，天线间的XPD值会不断变化，从而造成多极化天线系统性能的不稳定，此时应当自适应切换发射模式和/或天线极化方向以提高传输可靠性，同时接收端也自适应做出相应调整。
上述根据接收端反馈的条件数调整发射模式和/或天线极化方向，例如当条件数较优时，所述M个发射正交天线组维持原状即可；当条件数增大，所述M个发射正交天线组可按照该条件数进行自适应调整发射模式和/或天线极化方向，直到信道矩阵条件数达到较优的值，如可以将发射模式调整为分集模式和/或调整天线极化方向，即调整如图2所示的M个发射正交天线组与水平面的夹角值。
可选地，所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为分集模式。
具体地，当信道矩阵的条件数小于条件数阈值时，此时该传输系统的信道状况处于良好状态，传输系统可工作在复用模式，即发射端的各个发射正交天线组均可以发射独立的数据流。此时，该系统的接收端可相应地根据发射端进行复用处理。
当信道矩阵的条件数大于条件数阈值时，此时该传输系统的信道状况较差，因此系统可工作在分集模式，即发射端的不同发射正交天线组可发送相同的数据流以产生分集增益。此时，该系统的接收端可相应地根据发射端进行分集处理。
可选地，将所述发射模式调整为复用模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射不同的数据流。
具体地，在复用模式下，各个发射正交天线组发射独立的数据流，而每个发射正交天线组中的一对相互正交的双极化天线也可发射相互独立的数据流。
可选地，所述将所述发射模式调整为分集模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射相同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流；或，
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流。
具体地，在分集模式下，不同天线发射的数据流数可灵活选择，例如每个发射正交天线组中一对正交双极化天线可选择发射相同的数据流，而不同发射正交天线组可根据信道状况灵活选择传输相同的数据流或独立的数据流。这种情况下，接收端可灵活根据发送端的自适应作出接收端处理调整。
可选地，所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述M个发射正交天线组的极化方向进行调整，直到接收端反馈的所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述M个发射正交天线组与水平面的夹角值。
具体地，如图2所示，当所述条件数大于预设的条件数阈值，各个发射正交天线组可进行旋转，即改变各个发射正交天线组与水平面的夹角值，从而完成天线极化方向的调整，直到信道矩阵的条件数达到一个较优的值。
本实施例，多极化发射天线，包括：M个发射正交天线组，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式和/或天线极化方向，同时利用了多个极化天线，更充分地利用天线间的极化隔离，从而在有效提升传输系统的复用和分集增益的同时降低天线间距离的要求，各个正交天线组可根据接收端反馈的信道信息进行自适应旋转，从而优化该传输系统的信道矩阵，以提高系统传输的可靠性。而且可在复用模式和分集模式之间进行切换，从而在系统信道状况较差的情况下，可有效将系统切换至相应的传输模式，提高系统传输的可靠性，解决了现有技术中天线空间利用率低，且信号传输的可靠性较差的问题。
图3为本发明多极化接收天线的结构示意图，图3A为本发明多极化接收天线的接收正交天线组示意图。本实施例的方案实现微波传输系统的传输质量的最大化。如图3所示，本实施例的多极化接收天线可以包括：
N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述M为发射端的发射正交天线组的个数；
所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式和/或天线极化方向；所述接收模式与发射端的发射模式相匹配。
具体地，如图3、3A所示，每个接收正交天线组由一对互相极化正交的双极化天线组成，N个接收正交天线组与水平面的夹角分别为{β1，β2，...，βN}。接收端的接收正交天线组与水平面的夹角值可随着信道矩阵的条件数的变化进行自适应调整，从而达到极化方向的调整以提高系统的通信可靠性。同时也可以根据信道矩阵的条件数的变化进行自适应调整接收模式，如调整为复用模式或分集模式，接收模式与发射端的发射模式相匹配，即发射模式为复用模式则接收模式也为复用模式，发射模式为分集模式则接收模式也为分集模式。
发射模式和天线极化方向可以同时调整或分开调整。
上述条件数的计算方式如多极化发射天线实施例中所述，此处不再赘述。
上述N大于等于M，即接收端的接收正交天线组的个数大于等于发射端的发射正交天线组的个数。
可选地，所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为分集模式。
可选地，将所述接收模式调整为复用模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收不同的数据流。
可选地，将所述接收模式调整为分集模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收相同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流；或，
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流。
具体地，当信道矩阵的条件数小于条件数阈值时，此时该传输系统的信道状况处于良好状态，传输系统可工作在复用模式，即发射端的各个发射正交天线组均可以发射独立的数据流。此时，该系统的接收端可相应地根据发射端进行复用处理，即此时接收端的接收模式同样是复用模式。
当信道矩阵的条件数大于条件数阈值时，此时该传输系统的信道状况较差，因此系统可工作在分集模式，即发射端的不同发射正交天线组可发送相同的数据流以产生分集增益。此时，该系统的接收端可相应地根据发射端进行分集处理，即此时接收端的接收模式同样是分集模式。
在复用模式下，各个发射正交天线组发射独立的数据流，而每个发射正交天线组中的一对相互正交的双极化天线也可发射相互独立的数据流，对应地，各个接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的一对相互正交的双极化天线也接收不同的数据流。
在分集模式下，不同天线发射的数据流数可灵活选择，例如每个发射正交天线组中一对正交双极化天线可选择发射相同的数据流，而不同发射正交天线组可根据信道状况灵活选择传输相同的数据流或独立的数据流，对应地，每个所述接收正交天线组的一对相互正交的双极化天线接收相同的数据流，而不同的接收正交天线组接收相同的或独立的数据流。
可选地，所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述N个接收正交天线组的极化方向进行调整，直到所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述N个接收正交天线组与水平面的夹角值。
具体地，如图2所示，当所述条件数大于预设的条件数阈值，各个接收正交天线组可与发射正交天线组同时进行旋转，即改变各个发射正交天线组和接收正交天线组与水平面的夹角值，从而完成天线极化方向的调整，直到信道矩阵的条件数达到一个较优的值。
本实施例，多极化接收天线，包括：N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式和/或天线极化方向，同时利用了多个极化天线，更充分地利用天线间的极化隔离，从而在有效提升系统的复用和分集增益的同时降低天线间距离的要求，各个正交天线组可根据接收端反馈的信道信息进行自适应旋转，从而优化该传输系统的信道矩阵，以提高系统传输的可靠性。而且可在复用模式和分集模式之间进行切换，从而在系统信道状况较差的情况下，可有效将系统切换至相应的传输模式，提高系统传输的可靠性，解决了现有技术中天线空间利用率低，且信号传输的可靠性较差的问题。
图4为本发明多极化发射装置实施例一的结构示意图，如图4所示，本实施例的发射装置40可以包括：
发射信号处理单元401、M个射频单元402和多极化发射天线实施例任一所述的多极化发射天线10；其中，所述发射信号处理单元用于对发射信号进行发射端基带处理，如调制、信道编码等；所述M个射频单元分别与所述发射信号处理单元连接，用于完成所述发射信号从基带到射频的转换，每个射频单元例如包括频谱搬移(上变频)单元、放大器、射频滤波器等；所述多极化发射天线的M个发射正交天线组分别与所述M个射频单元对应连接，用于将所述发射信号发射出去。
本实施例的发射装置，其实现原理和技术效果与图1所示多极化发射天线实施例的技术方案类似，此处不再赘述。
图5为本发明多极化接收装置实施例一的结构示意图，如图5所示，本实施例的接收装置50可以包括：
接收信号处理单元501、N个射频单元502和如多极化接收天线实施例任一所述的多极化接收天线30；其中，所述接收信号处理单元用于对接收信号进行接收端基带处理，如解调、信道译码等；所述N个射频单元分别与所述接收信号处理单元连接，用于完成所述接收信号从射频到基带的转换，其处理流程与发射端的射频单元相对应，也可以包括频谱搬移单元(下变频)、放大器、射频滤波器等单元；所述多极化接收天线的N个接收正交天线组分别与所述N个射频单元对应连接，用于接收发射端发射的发射信号。
本实施例的接收装置，其实现原理和技术效果与图3所示多极化接收天线实施例的技术方案类似，此处不再赘述。
图6为本发明多极化传输系统实施例的结构示意图一，图6A为本发明多极化传输系统实施例的结构示意图二。如图6所示，本实施例的系统包括：发射装置40和接收装置50，其中，发射装置可以采用图4装置实施例的结构，接收装置可以采用图5装置实施例的结构，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本实施例系统可以使微波或毫米波通信系统，对于较为复杂且时变的信道，可应用本实施例系统以提高通信质量；采用本实施例系统，可提高系统对于环境变化的自适应性，从而保证系统一直以相对较优的方式进行传输。
如图6A所示，对于一个4x4的多极化微波传输系统，其发射端和接收端各有两个正交天线组，其中每个正交天线组包含一对互相极化正交的天线。此时M＝2，N＝2，系统极化初始化时，可考虑设置α1＝α2＝β1＝β2＝45°。
系统的信道矩阵如下所示：
当系统信道矩阵的条件数小于所设定的条件数阈值λ(Thr)时，此时信道状况良好，系统可工作在复用模式，即发射端各个发射正交天线组可分别发送独立数据流。此时，系统可支持同时传输4个相互独立的数据流。在复用模式传输的同时，系统的发射正交天线组和接收正交天线组可进行自适应极化方向调整，从而进一步优化系统的性能。
当系统信道矩阵的条件数大于所设定的条件数阈值λ(Thr)时，此时信道状况较差。尤其当环境出现雨雪或大雾是，发射正交天线组间的极化隔离度将会被严重恶化。这种情况下，系统可自适应转换到分集模式。此时，发射正交天线组1中的一对正交双极化天线可发射相同的数据流以实现分集增益，发射正交天线组2中的一对正交双极化天线可发射相同的数据流，而该数据流与发射正交天线组1所传输数据流可根据信道状况(条件数)相同或不同。
图7为本发明多极化发射天线的发射方法实施例的流程图，本实施例的多极化发射天线包括：M个发射正交天线组，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；如图7所示，本实施例的方法包括：
步骤701、根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整M个发射正交天线组的发射模式和/或天线极化方向。
步骤702、将发射信号通过所述多极化发射天线发射出去。
可选地，根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整M个发射正交天线组的发射模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为分集模式。
可选地，将所述发射模式调整为复用模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射不同的数据流。
可选地，将所述发射模式调整为分集模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射相同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流；或，
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流。
可选地，根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整所述M个发射正交天线组的天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述M个发射正交天线组的极化方向进行调整，直到接收端反馈的所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述M个发射正交天线组与水平面的夹角值。
本实施例的方法，可以采用如图1所示的多极化发射天线执行本实施的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图8为本发明多极化接收天线的接收方法实施例的流程图，本实施例的多极化接收天线包括：N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述M为发射端的发射正交天线组的个数；如图8所示，本实施例的方法包括：
步骤801、接收发射端发射的发射信号。
步骤802、根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的接收模式和/或天线极化方向，接收模式与发射端的发射模式相匹配。
可选地，根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的接收模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为分集模式。
可选地，将所述接收模式调整为复用模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收不同的数据流。
可选地，将所述接收模式调整为分集模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收相同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流；或，
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流。
可选地，根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述N个接收正交天线组的极化方向进行调整，直到所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述N个接收正交天线组与水平面的夹角值。
本实施例的方法，可以采用如图3所示的多极化接收天线执行本实施的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (23)

1.一种多极化发射天线，其特征在于，包括：
M个发射正交天线组，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；
所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式和/或天线极化方向；所述信道矩阵的条件数为所述信道矩阵的最大特征值和最小特征值的比值，其中，所述信道矩阵的特征值λ可如下式公式获取：
Det(HHH-λI)＝0
其中，Det(.)运算为求所述信道矩阵的行列式值，I为全零方阵，H为所述信道矩阵，λ有多个取值。
2.根据权利要求1所述的发射天线，其特征在于，所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整发射模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为分集模式。
3.根据权利要求2所述的发射天线，其特征在于，所述将所述发射模式调整为复用模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射不同的数据流。
4.根据权利要求2所述的发射天线，其特征在于，所述将所述发射模式调整为分集模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射相同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流；或，
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流。
5.根据权利要求1-4任一项所述的发射天线，其特征在于，所述M个发射正交天线组根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述M个发射正交天线组的极化方向进行调整，直到接收端反馈的所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述M个发射正交天线组与水平面的夹角值。
6.一种多极化接收天线，其特征在于，包括：
N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述M为发射端的发射正交天线组的个数；
所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式和/或天线极化方向；所述接收模式与发射端的发射模式相匹配；所述信道矩阵的条件数为所述信道矩阵的最大特征值和最小特征值的比值，其中，所述信道矩阵的特征值λ可如下式公式获取：
Det(HHH-λI)＝0
其中，Det(.)运算为求所述信道矩阵的行列式值，I为全零方阵，H为所述信道矩阵，λ有多个取值。
7.根据权利要求6所述的接收天线，其特征在于，所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整接收模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为分集模式。
8.根据权利要求7所述的接收天线，其特征在于，所述将所述接收模式调整为复用模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收不同的数据流。
9.根据权利要求7所述的接收天线，其特征在于，所述将所述接收模式调整为分集模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收相同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流；或，
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流。
10.根据权利要求6-9任一项所述的接收天线，其特征在于，所述N个接收正交天线组根据信道矩阵的条件数调整天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述N个接收正交天线组的极化方向进行调整，直到所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述N个接收正交天线组与水平面的夹角值。
11.一种多极化发射装置，其特征在于，包括：
发射信号处理单元、M个射频单元和如权利要求1-5任一项所述的多极化发射天线；其中，所述发射信号处理单元用于对发射信号进行发射端基带处理；所述M个射频单元分别与所述发射信号处理单元连接，用于完成所述发射信号从基带到射频的转换；所述多极化发射天线的M个发射正交天线组分别与所述M个射频单元对应连接，用于将所述发射信号发射出去。
12.一种多极化接收装置，其特征在于，包括：
接收信号处理单元、N个射频单元和如权利要求6-10任一项所述的多极化接收天线；其中，所述接收信号处理单元用于对接收信号进行接收端基带处理；所述N个射频单元分别与所述接收信号处理单元连接，用于完成所述接收信号从射频到基带的转换；所述多极化接收天线的N个接收正交天线组分别与所述N个射频单元对应连接，用于接收发射端发射的发射信号。
13.一种多极化传输系统，其特征在于，包括：
如权利要求11所述的发射装置和如权利要求12所述的接收装置。
14.一种多极化发射天线的发射方法，其特征在于，所述多极化发射天线包括：M个发射正交天线组，其中，每个所述发射正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述M为大于等于2的整数；
所述方法，包括：
根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整所述M个发射正交天线组的发射模式和/或天线极化方向；所述信道矩阵的条件数为所述信道矩阵的最大特征值和最小特征值的比值，其中，所述信道矩阵的特征值λ可如下式公式获取：
Det(HHH-λI)＝0
其中，Det(.)运算为求所述信道矩阵的行列式值，I为全零方阵，H为所述信道矩阵，λ有多个取值；
将发射信号通过所述多极化发射天线发射出去。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整M个发射正交天线组的发射模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述发射模式调整为分集模式。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将所述发射模式调整为复用模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射不同的数据流。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将所述发射模式调整为分集模式，包括：
各个所述发射正交天线组发射相同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流；或，
各个所述发射正交天线组发射不同的数据流，每个所述发射正交天线组的双极化天线发射相同的数据流。
18.根据权利要求14-17任一项所述的方法，其特征在于，所述根据接收端反馈的信道矩阵的条件数调整所述M个发射正交天线组的天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述M个发射正交天线组的极化方向进行调整，直到接收端反馈的所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述M个发射正交天线组与水平面的夹角值。
19.一种多极化接收天线的接收方法，其特征在于，所述多极化接收天线包括：N个接收正交天线组，其中，每个所述接收正交天线组包括一对互相极化正交的双极化天线；所述N大于等于M；所述M为发射端的发射正交天线组的个数；
所述方法，包括：
接收发射端发射的发射信号；
根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的接收模式和/或天线极化方向，所述接收模式与发射端的发射模式相匹配；所述信道矩阵的条件数为所述信道矩阵的最大特征值和最小特征值的比值，其中，所述信道矩阵的特征值λ可如下式公式获取：
Det(HHH-λI)＝0
其中，Det(.)运算为求所述信道矩阵的行列式值，I为全零方阵，H为所述信道矩阵，λ有多个取值。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的接收模式，包括：
当所述条件数小于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为复用模式；
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述接收模式调整为分集模式。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述将所述接收模式调整为复用模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收不同的数据流。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述将所述接收模式调整为分集模式，包括：
各个所述接收正交天线组接收相同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流；或，
各个所述接收正交天线组接收不同的数据流，每个所述接收正交天线组的双极化天线接收相同的数据流。
23.根据权利要求19-22任一项所述的方法，其特征在于，所述根据信道矩阵的条件数调整所述N个接收正交天线组的天线极化方向，包括：
当所述条件数大于预设的条件数阈值，则将所述N个接收正交天线组的极化方向进行调整，直到所述条件数小于预设的条件数阈值；所述方向包括所述N个接收正交天线组与水平面的夹角值。
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