CN106160812A - 具有确定性信道的mimo通信系统和方法 - Google Patents

具有确定性信道的mimo通信系统和方法 Download PDF

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CN106160812A CN201610319400.8A CN201610319400A CN106160812A CN 106160812 A CN106160812 A CN 106160812A CN 201610319400 A CN201610319400 A CN 201610319400A CN 106160812 A CN106160812 A CN 106160812A
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Abstract

本申请涉及具有确定性信道的MIMO通信系统和方法。一种具有确定性信道的MIMO通信系统，其中，MIMO被应用于具有固定几何位置关系的视距信道以增大信道容量。一种具有多个信道的视距MIMO通信系统包括在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧的信道矩阵计算处理部件。信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动更新正交信道形成矩阵。

Description

具有确定性信道的MIMO通信系统和方法
本申请是PCT国际申请日为2007年11月19日、申请号为200780042738.2(PCT国际申请号为PCT/JP2007/072411)、名称为“具有确定性信道的MIMO通信系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及空分复用方法(以下，称为“MIMO(多输入多输出)”)，并且更具体地涉及适用于视距(line-of-sight)定点微波通信系统的MIMO通信系统。
背景技术
近年来，使用MIMO的技术已经在无线通信领域盛行，而MIMO本身不再是新的技术。使用MIMO的传统技术主要集中于移动通信，并且将MIMO应用到固定通信还未被全面检验过。在移动通信无线电信道中，来自发送天线的无线电波根据周围的地形被反射或者被散射，从而以一组波的形式到达接收机，引起衰落现象的发生，衰落现象已经成为实现高质量通信的障碍。移动通信中的MIMO技术并不视衰落现象为恶魔，而是认为它是移动通信无线电传播中固有的具有很大潜能的环境资源。就这一点而言，MIMO技术被认为是革新技术。
尽管在示例的数量上少于移动通信，但是非专利文献1公开了将这样的MIMO技术应用于无线电信道确定的视距固定无线电通信的结果。
如上所述的移动通信将信道作为概率矩阵进行处理。另一方面，视距固定无线电通信需要将无线电信道作为确定性无线电信道进行处理，在确定性无线电信道中，发送天线和接收天线之间的几何位置关系是固定的。
如下，以上非专利文献1记载了：由于在发送侧和接收侧两侧上的天线间隔长度的延伸，在构成发送天线和接收天线间的信道的信道矩阵H上产生了什么效应。
【式1】
H·HH＝n·In
其中，n是天线数，HH是H的Hermitian转置矩阵，并且I是单位矩阵。
根据非专利文献1，信号关于被直线布置以在发送侧和接收侧之间彼此面对的发送天线i和接收天线k的相位旋转通过以下公式来设置，从而发送天线和接收天线可以由直线式天线(linear antenna)构成。
【式2】
因此，当n＝2时，信道矩阵H由以下公式表示：
【式3】
其中，j是表示虚数的符号。
在这种情况中，满足式1的条件的天线配置是可能的。非专利文献1记载了当式1的条件满足时，MIMO配置中的信道容量通过Hmax变成最大。
即，不仅在经历了反射或散射的移动通信环境中，而且在确定性视距通信环境中，都可以预期基于MIMO的信道容量增大。
另一方面，定点微波通信系统使用几GHz到几十GHz频带，几GHz到几十GHz频带对应于几mm到几Gm的波长。因此，由于对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向的移动，会发生明显的相位旋转。在这样的条件下，很难确保确定性信道矩阵。
注意，稍后描述的理论分析将在解析上揭示：即使发生高度敏感的天线方向上的这种位移，仍然能够实现以上信道容量的增加。
在MIMO技术中，在同一频带上发送/接收多个独立的信号。因此，信号分离/检测是必须的。作为实现此的手段，存在一种基于矩阵计算的公知方法(以下，称为SVD方法)，该矩阵计算使用通过奇异值分解(SVD)得到的酉矩阵(unitary matrix)。假定在SVD方法中，用于酉矩阵的构建的反馈信息可以从接收端被理想地发送给发送端。在这种情况中，即使发生以上高度敏感的天线方向上的位移，酉矩阵也操作来补偿该位移。结果，基于MIMO可以实现大容量定点微波通信。
非专利文献1：IEEE TRANSACTION ON COMMUNICATIONS，VOL.47，NO.2，FEBRUARY1999、PP.173-176、On the Capacity Formula for Multiple Input-Multiple OutputWireless Channels：A Geometric Interpretation
发明内容
本发明要解决的问题
然而，以上反馈信息会增大系统开销。另外，必须准备用于交换反馈信息的反向信道。注意，稍后要描述的对信道矩阵H的建模执行包含高度敏感天线方向上的位移的分析。
当针对信道确定的视距固定信道执行奇异值分析时，存在特征值是多重根条件以产生奇异点的天线间位置。尽管奇异值是唯一确定的，但是奇异向量不是唯一的。这个解析起来特别麻烦的状态会引起奇异向量的明显转变(transition)。
然而，通过利用这一现象，可以有各种配置。稍后将描述利用这种特性的各种配置示例。
作为确定性视距MIMO中的主要问题，在以上传统方法中存在必须在发送侧或接收侧实现天线间的载波同步的问题。即，在发送侧或接收侧，多个天线间的相位差必须相等或者必须具有恒定的相位差。
另一方面，在定点微波通信系统中，鉴于要使用的频率，天线间隔长度必须加宽。相应地，包含本地振荡器的无线电装置被安装在天线附近。即，必须实现天线间的载波同步的问题对定点微波通信系统施加了严重的限制。
因此，本发明的一个目的是提供具有确定性信道的MIMO通信系统及方法，其中，MIMO被应用于具有固定几何位置关系的视距信道以增大信道容量。
本发明的另一个目的是提供这样的MIMO通信系统，该MIMO通信系统能够提供与传统的SVD方法等同的性能，而没有SVD方法中需要从接收端发送到发送端以用于的酉矩阵的构建的反馈信息。
此外，本发明的主要目的是提供解决了必须实现天线间的载波同步的问题的MIMO通信系统，天线间的载波同步对定点微波通信系统的构建施加了严重的制约。
本发明的另一个目的是提供这样的MIMO通信系统：即使在由于对诸如风或周围环境之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向上的移动引起的明显的相位旋转而难于确保确定性信道矩阵的条件下，该MIMO通信系统仍然能够提供与SVD方法等同的性能。
根据本发明的MIMO是视距通信，所以在多个天线的信号之间存在某种相关性，并且在这点上，与传统移动通信中使用的MIMO不同。即，传统移动通信或室内无线LAN系统是基于在多个天线的信号之间不存在相关性的假设下实现的。因此，应当注意，与根据本发明的MIMO不同，传统的MIMO不在存在天线间的某种相关性的状态下操作。
解决问题的手段
为了解决以上问题，根据本发明，提供了一种包括多个信道的视距MIMO通信系统，其特征在于包括：在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧的信道矩阵计算处理部件，其中，信道矩阵计算处理部件根据发送天线(例如，电波传播中所使用的发送天线、发光装置、扬声器等)或接收天线(例如，电波传播中所使用的接收天线、光接收装置、麦克风等)的位置变动或信道的变动更新正交信道形成矩阵。
为了虚拟正交信道的形成，设置信道的几何参数使得信道矩阵的特征值变成多重根条件，并且在发送侧或接收侧中的一侧执行对基于根据特征值得到的特征向量或根据特征向量的线性和得到的特征向量构成的酉矩阵的计算。
MIMO通信系统是使用多个信道的定点微波通信系统，并且是通过使用针对发送和接收侧之一或两侧的各个天线独立设置的本地振荡器来构成的。
MIMO通信系统包括用于对发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动进行检测的装置，并且基于来自该装置的检测结果，更新虚拟正交信道形成矩阵。
本发明的优点
根据本发明的MIMO通信系统包括多个信道。此外，该系统包括在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧的信道矩阵计算处理部件。信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动更新正交信道形成矩阵。利用这样的配置，可以吸取发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动，从而提供能够实现最大通信容量的MIMO通信系统。
此外，为了虚拟正交信道的形成，设置信道的几何参数使得信道矩阵的特征值变成多重根条件，并且在发送侧或接收侧中的一侧执行对基于根据特征值得到的特征向量或根据特征向量的线性和得到的特征向量所构成的酉矩阵的计算。这使能了灵活的系统设计并且可以实现不需要使用用于交换反馈信息的反向信道的配置和仅执行发送处理的配置。
此外，MIMO通信系统是使用多个天线并且通过使用针对发送侧和接收侧中的一侧或两侧的各个天线独立设置的本地振荡器来构成的定点微波通信系统。利用这样的配置，可以解决必须实现天线间的载波同步的问题，天线间的载波同步对定点微波通信系统的构建施加了严重的制约。
此外，可以仅在接收侧执行用于虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。利用这样的配置，可以提供不需要使用反向信道来周期地频繁交换反馈信息的MIMO通信系统。
此外，MIMO通信系统包括用于对发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动进行检测的手段，并且使用来自该手段的检测结果更新虚拟正交信道形成矩阵。利用这样的配置，可以提供具有令人满意的安装条件和强固的结构的没有问题的MIMO通信系统。
此外，MIMO通信系统还包括用于将导频(pilot)信号从发送侧发送给接收侧的手段，通过导频信号对发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动进行检测，并且基于该检测的结果更新虚拟正交信道形成矩阵。利用这样的配置，可以提供具有令人满意的安装条件和强固的结构的没有问题的MIMO通信系统。
此外，MIMO通信系统包括用于将各个天线的导频信号从发送侧发送给接收侧的手段，并且基于导频信号，仅在接收侧执行用于虚拟正交信道形成的矩阵计算处理。利用这样的简单处理，可以提供不需要使用反向信道来周期地频繁交换反馈信息的MIMO通信系统。
此外，在由本地振荡器执行的处理之前产生要从发送侧被发送给接收侧的导频信号。利用这样的配置，可以在接收端对发送侧产生的本地振荡器之间的相位噪声进行检测，并且通过更新矩阵可以补偿所产生的相位噪声。
此外，在接收侧在由本地振荡器执行的处理之后执行对已经从发送侧被发送到接收侧的导频信号的检测。利用这样的配置，可以在接收端对在接收侧产生的本地振荡器之间的相位噪声进行检测，并且通过更新矩阵可以补偿所产生的相位噪声。
此外，从发送侧被发送给接收侧的导频信号在发送天线间是正交的。利用这样的配置，通过简易相关器可以对本地振荡器之间的相位噪声和由气象条件引起的高度敏感天线方向上的位移进行检测，并且通过更新矩阵可以补偿所检测到的相位噪声或位移。
此外，视距信道可以被用作光学信道、或声学信道以及电波信道。在这种情况中，也可以提供MIMO通信系统。
此外，使得多个发送天线或多个接收天线之间的长度和多个发送天线或多个接收天线的方向中的一个可变或两者都可变。利用这样的配置，不论是何种几何形式的视距信道，通过对发送天线或接收天线之间的间隔长度与发送天线或接收天线的轴向之一或两者进行控制总是能够实现最大通信容量。
在本发明中，不需要同时实现以上效果，但是至少可以实现效果之一。
附图说明
图1是示出使用SVD方法的视距MIMO的配置示例的视图，在该SVD方法中，天线间隔长度被任意设置并且考虑了高度敏感的天线方向上的天线位置变动；
图2是示出根据本发明的视距MIMO的第一示例(第一配置示例)的视图，其中，仅在发送侧执行基于酉矩阵V的矩阵计算；
图3是示出根据本发明的视距MIMO的第二示例(第二配置示例)的视图，其中，仅在发送侧执行基于酉矩阵的矩阵计算并且虚拟正交信道具有不同的值；
图4是示出根据本发明的视距MIMO的第三示例(第三配置示例)的视图，其中，仅在接收侧执行基于酉矩阵的矩阵计算并且本地振荡器是针对发送侧的各个天线独立设置的；
图5是示出根据本发明的视距MIMO的第四示例(第四配置示例)的视图，其中，仅在接收侧执行基于酉矩阵的矩阵计算并且本地振荡器是针对发送侧和接收侧两侧的各个天线独立设置的；
图6是示出根据本发明的视距MIMO的第五示例(第五配置示例)的视图，其中，仅在接收侧执行基于酉矩阵的矩阵计算，虚拟正交信道具有不同值，并且本地振荡器是针对发送侧和接收侧两侧的各个天线独立设置的；
图7是示出根据本发明的视距MIMO的第六示例(第六配置示例)的视图，其中，在发送侧和接收侧分别安装了三个天线，并且本地振荡器是针对发送侧和接收侧两侧的各个天线独立设置的；
图8是示出根据本发明的视距MIMO的第七示例(第七配置示例)的视图，其中，在发送侧和接收侧分别安装了四个天线，并且本地振荡器是针对发送侧和接收侧两侧的各个天线独立设置的；
图9是示出依据天线间隔长度、对基于各种方法的虚拟正交信道的SNR进行比较的视图；
图10是示出发送侧和接收侧的天线间隔长度彼此不同的配置示例的视图；
图11是示出图10的信道的建模的视图；
图12是示出天线间隔长度在发送侧和接收侧之间彼此不同的图10的情况中的通信容量的视图；
图13是示出发送侧和接收侧之间的天线布置形成菱形的配置示例的视图；
图14是示出发送侧和接收侧之间的天线布置形成菱形并且仅在接收侧执行基于酉矩阵的矩阵计算的配置示例的视图；
图15是示出发送侧和接收侧之间的天线布置形成任意几何形式的情况的视图；
图16是示出光学信道被用作确定性信道的示例的视图；
图17是示出声学信道被用作确定性信道的示例的视图；
图18是示出在发送侧和接收侧之间的天线布置形成任意几何形式的配置中使用的天线的配置示例的视图；
图19是示出虚拟正交信道上的特征值的视图；以及
图20是示出仅在发送侧执行矩阵计算的配置的应用示例的视图。
标号的说明
101，201：基于酉矩阵V的矩阵计算处理部件
102，108，402，502，510，602，610：频率变换部件
103，105，109，111，403，407，503，507，311，515，603，607，611，615：混频器
104，110，404，405，504，505，512，513，604，605，612，613：本地振荡器
106，107，202，203，302，303，408，409，508，509，608，609：固定天线部件
112，410，517：基于酉矩阵U的矩阵计算处理部件
301：基于矩阵V的矩阵计算处理部件
401，501，601导频信号产生部件
406，506，514，606，614：对由载波之间的不同步引起的相位噪声的建模
516，616：导频检测部件
617：基于矩阵U的矩阵计算处理部件
1601：激光二极管(LD)
1602：光电探测器(PD)
1701：超声波振荡器
1702：超声波麦克风(ultrasonic microphone)
1801，1802：天线元件
1803：连接杆
1804：铰链(hinge)
2001：发送台
2002：接收台1
2003：接收台2
具体实施方式
将参考公式和附图描述本发明示例性实施例。在此之前，将对即使在确定性视距信道的情况下，MIMO配置中的信道容量也变得最大这一事实的理论原因进行说明。
基于MIMO配置的虚拟正交信道的信道容量由各个路径的特征值表示。然后，针对使用两个天线的配置执行特征值分析。以下建模(图1中示出其天线配置和标号)考虑了高度敏感的天线方向上的位移。尽管为了简便起见将描述使用两个天线的情况，但是，不论天线的数目是多少，都可以应用同样的计算。
基于发射机-接收机距离R的传播损耗和共同相移是无关紧要的，因此可以忽略这些项。由式4表示对角信道(diagonal channel)与直信道(straight channel)之间的信道差。
【式4】
由式5表示基于信道差的相位旋转α。
【式5】
顺便提及，假定RF频率＝30GHz，R＝5000m，天线间隔长度dT＝dR＝5m，则α满足式6。
【式6】
因此，由式7表示考虑了相移Φ的信道矩阵H，相移Φ基于作为发送侧所提供的用于发送信号s1和s2的两个发送天线之一、用于发送信号s2的发送天线的位置变动。
【式7】
因此，式8得以满足。
【式8】
结果，可以如下计算表示虚拟正交信道的信道容量的特征值λ1和λ2。在以下公式中，HH是信道矩阵H的Hermitian转置矩阵。
【式9】
∴
图19中示出式9的计算结果。图19中的数值结果示出在每个天线上发送单位功率的情况，因此信道容量是天线数的两倍。应当注意，以上计算中使用的建模包括高度敏感的天线方向上的位移。尽管如此，位移分量并未出现在表示最终信道容量的特征值结果中。即，即使是在无线电信道确定的视距固定无线电通信中，通过MIMO的信道容量增加也是可能的。信道容量是由与高度敏感的天线位移无关的天线间隔长度确定的。
以上已经描述了使用两个天线的情况。以下，将描述三个或更多天线的情况。
根据式5得到被直线布置的发送天线和接收天线之间的相位旋转，相位旋转基于正交信道和直信道之间的差。假定天线间隔长度是共同值d，则由式10表示相位旋转。
【式10】
【式11】
∴
因此，当定义d和发射机-接收机距离R使得满足以上式11并且考虑其中使用三个天线的配置时，可以得到由式12表示的信道矩阵H3。
【式12】
因此，满足式13。
【式13】
因此，可以理解，与虚拟正交信道的信道容量相对应的三个特征值全都是“3”，并且总信道容量是天线数的3倍。
【式14】
∴
类似地，当定义d和发射机-接收机距离R使得考虑其中使用了4个天线的配置时，可以得到由式15表示的信道矩阵H4。
【式15】
因此，满足式16。
【式16】
因此，可以理解，与虚拟正交信道的信道容量相对应的4个特征值全是“4”，并且总信道容量是天线数的4倍。
即，可以理解，即使天线数超过2，确定性视距信道的信道容量也增加到与天线数相对应的等同于MIMO最大容量的程度。注意，尽管在以下示例中为方便起见将描述使用两个天线的情况，但是不言而喻，其也适用于天线数超过2的情况。
接着，作为MIMO中的信号分离/检测方法，将描述基于使用通过奇异值分解得到的酉矩阵的矩阵计算的方法(以下，称为SVD方法)。在SVD方法中，需要使用发送侧的酉矩阵V的矩阵计算和使用接收侧的酉矩阵U的矩阵计算。为了执行使用酉矩阵V的矩阵计算，用于酉矩阵的构建的反馈信息必须从接收端被发送给发送端。
以下将参考公式和附图详细描述本发明的示例性实施例。
在图1中，由发送(发射机)侧矩阵计算处理部件101基于酉矩阵V处理过的发送信号被发送侧频率变换部件102频率变换为无线电频率的信号，并且作为s1和s2被从包括多个天线的固定天线部件106发送，发送侧频率变换部件102包括本地振动器104、混频器103和混频器105。s1和s2的标记基于等同的基带表示。
应当注意，通过从一个本地振荡器104提供给混频器103和105的本地振荡信号实现天线之间的载波同步。这源于对空分复用定点微波通信系统的制约，即，确定性信道是基于路径之间的相位差来确定的。然而，如稍后将要描述的，可以针对各个天线独立地设置本地振荡器。
这样发送的信号作为r1和r2被包括多个天线的接收(接收机)侧固定天线部件107接收。r1和r2的标记基于等同的基带表示。接收信号r1和r2被包括本地振荡器110、混频器109和混频器111的接收侧频率变换部件108频率变换为基带频率信号，随后被接收侧矩阵计算处理部件112基于酉矩阵U进行处理，从而完成MIMO中的信号分离/检测。
应当注意，通过从一个本地振荡器110提供给混频器109和111的本地振荡信号实现天线间的载波同步。这源于对空分复用定点微波通信系统的制约，即，确定性信道是基于路径之间的相位差来确定的。
在这种情况中，如稍后描述的，和在发送端的情况一样，也可以针对各个天线独立地设置本地振荡器。要被使用的天线不受特别的限制，并且可以是抛物面天线或喇叭天线。矩阵计算处理部件101和112可以通过程序控制来实现或者通过诸如ASIC(专用集成电路)等之类的硬件来构建。
接着，将参考公式具体描述使用以下考虑了给定天线间隔长度和高度敏感的天线位移的信道矩阵H来计算酉矩阵V和U的方法。
这里使用的视距信道的信道矩阵H由式17表示。
【式17】
其中，
Φ，由位移导致的相位改变
由式18表示基于特征值的奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式18】
以所提到的顺序使用以上信道矩阵H计算酉矩阵V和酉矩阵U。
【酉矩阵V】
首先，将描述酉矩阵V的计算。假定由式20表示与式19所表示的信道矩阵H相对应的特征向量。
【式19】
【式20】
在这种情况中，满足式21。
【式21】
因此，根据式22，可以得到式23。
【式22】
【式23】
当式24的两侧都从左边乘以VH时，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
根据式27，满足式28。
【式27】
H＝U·Λ1/2·VH
【式28】
Ω＝HH·H＝V·Λ1/2·UH·U·Λ1/2·VH＝V·Λ·VH
这样，分别由式29表示的特征向量被收集以得到式30。
【式29】
【式30】
这里，当作为考虑了归一化和正交性的特解而设置式31时，得到式32。
【式31】
【式32】
∴
【酉矩阵U】
接着，将描述酉矩阵U的计算。假定基于式33由式34表示特征向量
【式33】
【式34】
在这种情况中，根据式35，得到式36。
【式35】
【式36】
当式37的两侧从左边被乘以uH时，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，分别由式40表示的特征向量被收集以得到式41。
【式40】
【式41】
这里，当式42被设置为考虑了归一化和正交性的特解时，得到式43。
【式42】
【式43】
∴
为了确认通过以上计算得到的酉矩阵V和U，用V和U执行信道矩阵H的奇异值分解。
【H＝U·Λ·VH的奇异值分解】
当使用V和U执行信道矩阵H的奇异值分解时，满足式44。
【式44】
因此，可以理解，如在以上示例中一样，可以形成正交信道而不论是否实现最优位置(R＝5000m并且dT＝dR＝5m)。然而，在这种情况中，所得到的虚拟正交信道的发送质量从与和成比例到与和成比例，并因此彼此不同。
在图1的框图中，示出了其中已经构建由粗箭头指示的和的虚拟正交信道。应当注意，以上酉矩阵包括由外部因素引起的信道间的变动，外部因素例如是对诸如风或周围温度之类的气象条件的微妙变化高度敏感的天线位置的变动(在图1中通过Φ来建模)。因此，即使发生以上在高度敏感的天线方向上的位移，酉矩阵仍可以操作来补偿该位移。如稍后将描述的，即使是在针对各个天线独立设置本地振荡器的配置中，相位差也被建模到天线位置的变动中。因此，在这个示例的配置中，可以独立地设置本地振荡器。
在这个配置中，用于V矩阵的构建的反馈信息需要从接收端被发送到发送端。然而，当采用只在接收侧补偿位移的配置时，可以消除使用反馈信息的需要。
以上已经描述了包含所构建的路径具有不同宽度的情况的一般虚拟正交信道。以下，将考虑在视距固定信道具有多重根的情况下的奇异点。
当针对信道确定的视距固定信道执行奇异值分析时，存在特征值是多重根条件以产生奇异点的天线间位置。尽管奇异值是唯一地确定的，但是奇异向量不是唯一的。这个解析起来特别麻烦的状态(亏损矩阵，Deficient matrix)会引起奇异向量的明显转变。然而，通过利用这一现象，可以实现各种配置。稍后将描述利用了这些特性的各种配置示例。此前，将描述基本原理。
这里，将考虑式45中的α满足式46的天线间位置。
【式45】
【式46】
由式47表示处于该状态的信道矩阵H。
【式47】
ej α ＝± j
这里，满足式48。
【式48】
这样，根据式49，特征方程具有多重根条件。在这种情况中，可以进行以下变换。
【式49】
对于关于特征值λ的给定特征向量u1，满足式50。
【式50】
Ω′·u1＝λ·u1
类似地，对于关于特征值λ的给定的特征向量u2，满足式51。
【式51】
Ω′·u2＝λ·u2
因此，对于这两个特征向量的线性和，满足式52。因此，线性和(c1·u1+c2·u2)变成特征向量。
【式52】
Ω′·(c1·u1+c2·u2)＝λ·(c1·u1+c2·u2)
假定针对重根设置基于另一条件的渐近特征向量作为式53。
【式53】
在这种情况中，根据式54，满足式55。
【式54】
【式55】
∵λ＝2±2cosα
当式56的两侧都从左边乘以uH时，获得式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
这里，满足式59。
【式59】
Ω′＝H·HH＝U·Λ1/2·VH·V·Λ1/2·UH＝U·Λ·UH
这样，由式60表示的以上特征向量被收集而在考虑了归一化和正交性的情况下获得式61。
【式60】
【式61】
这里，当考虑和与差为线性组合时，满足式62。
【式62】
根据式62，获得式63。
【式63】
此外，由于满足式64，所以满足式65。
【式64】
【式65】
作为试验，当使用所得到矩阵U、Λ1/2、VH计算信道矩阵H时，满足式66。
【式66】
从式66可以看出，信道矩阵H成立。然而，这仅仅是一个示例，根据与重根相对应的奇异点，基于同样的方法可以考虑各种分解方法。
第一示例
(仅在发送侧执行矩阵计算的情况)
作为本发明的第一示例(第一配置示例)，将描述仅在发送侧执行矩阵计算的配置示例。
(奇异值正交矩阵Λ1/2)
在这种情况中，虚拟正交信道具有相同的值，所以由式67表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式67】
【信道矩阵H】
因此，信道矩阵H由式68表示。
【式68】
∴
在图2中示出基于以上结果得到的配置。在图2中，由发送侧矩阵计算处理部件201基于酉矩阵V处理过的发送信号作为s1和s2从包括多个天线的固定天线部件202被发送。s1和s2的标记是基于等同的基带表示的，并且这里为了避免复杂省略了频率变换。
这样发送的信号被包括多个天线的接收侧固定天线部件203作为r1和r2接收。r1和r2的标记是基于等同的基带表示的，并且这里为了避免复杂省略了频率变换。关键是，基于酉矩阵U的接收侧矩阵计算处理根本未被执行，但是在发送侧进行了所有矩阵计算。
从式68可以看出，在只在发送侧执行矩阵计算的情况中，矩阵包括由外部因素引起的信道间的变动，外部因素例如是对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线位置的变动(在图2中通过Φ建模)。因此，即使发生高度敏感的天线方向上的位移时，酉矩阵也可以操作来补偿该位移。
在这个配置中，用于V矩阵的构建的反馈信息需要从接收端被发送给发送端。图2中的粗箭头指示信道质量与和成比例的虚拟正交信道。要使用的天线不受特别限制并且可以是抛物面天线或喇叭天线。矩阵计算处理部件201可以通过程序控制来实现或者由诸如ASIC等的硬件来构建。
第二示例
(只在发送侧执行矩阵计算、路径具有不同宽度的虚拟正交信道的情况)
作为本发明第二示例(第二配置示例)，将描述这样的配置示例：在路径具有不同宽度的虚拟正交信道中，只在发送侧执行矩阵计算。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，虚拟正交信道具有不同的值，从而由式69表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式69】
【信道矩阵H】
因此，由式70表示信道矩阵H。
【式70】
因此，由式71表示矩阵VH。
【式71】
这里，满足式72，所以可以得到式73作为矩阵VH。
【式72】
【式73】
这里，由式74表示向量的平方模。
【式74】
因此，VH不再是酉矩阵。因此，为了计算矩阵V，需要逆矩阵计算。
作为试验，当使用所得到的矩阵U、Λ1/2、VH计算信道矩阵H时，满足式75。
【式75】
从式75可以看出，信道矩阵H成立。
接着，考虑VH的逆矩阵V。假定由式76表示的给定矩阵A。
【式76】
由式77表示以上矩阵A的逆矩阵A-1。
【式77】
因此，得到式78作为矩阵V。
【式78】
在图3中示出基于以上结果所得到的配置。
在图3中，由发送侧矩阵计算处理部件301基于酉矩阵V处理过的发送信号作为s1和s2被从包括多个天线的固定天线部件302发送。s1和s2的标记基于等同的基带表示，并且这里为了避免复杂省略了频率变换处理。
这样发送的信号被包括多个天线的接收侧固定天线部件303接收作为r1和r2。r1和r2的标记基于等同的基带表示，并且这里为了避免复杂省略了到基带频率信号的频率变换处理。关键是，基于酉矩阵U的接收侧矩阵计算处理完全未被执行，但是在发送侧执行了所有的矩阵计算。
从式78可见，在仅在发送侧执行矩阵计算的情况中，矩阵包括由外部因素引起的信道间的变动，所述外部因素例如是对诸如风或周围温度之类的气象条件的微妙变化高度敏感的天线位置的变动(在图3中通过Φ建模)。因此，即使发生在高度敏感的天线方向上的位移时，发送侧矩阵也可以操作来补偿该位移。
在该配置中，用于V矩阵的构建的反馈信息需要从接收端被发送给发送端。要使用的天线不受特别限制，并且可以是抛物面天线或喇叭天线。矩阵计算处理部件301可以通过程序控制来实现或者通过诸如ASIC之类的硬件来构建。
因此，可以理解，不论是否实现最佳位置(R＝5000m并且dT＝dR＝5m)，通过仅在发送侧的矩阵计算处理都可以形成虚拟正交信道。
在图20中了示出仅在发送侧执行矩阵计算的配置应用。如图20中所示，在位于骨干网络附近的发送台2001中设有多个天线，并且在位于用户网络附近的接收台2002和2003中分别设有一个天线。接收台2002和接收台2003彼此远离，因此矩阵计算无法被执行。另一方面，发送台2001可以执行矩阵计算。因此，可以将仅在发送侧执行矩阵计算的配置应用于图20的配置。这样的“一台对多台”配置的概念可以应用于稍后作为仅在接收侧执行矩阵计算的配置描述的“多台对一台”配置。
第三示例
(仅在接收侧执行酉矩阵计算并且发送侧的本地振荡器是针对各个天线独立设置的情况)
作为本发明的第三示例(第三配置示例)，将描述仅在接收侧执行酉矩阵计算的配置示例。第三配置具有以下特性：不需要从接收端被发送给发送端的反馈信息；可以针对发送侧的各个天线来独立设置本地振荡器；并且可以示出与SVD的特性完全相同的特性。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，虚拟正交信道具有相同的值，因此由式79表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式79】
【信道矩阵H】
因此，可以得到式80作为信道矩阵H。
【式80】
∴
∴
在图4中示出基于以上结果所得到的配置。如图4中所示，基于酉矩阵V的发送侧矩阵计算处理完全未被执行，但是在接收侧执行了全部矩阵计算。
从式80可见，在仅在接收侧执行矩阵计算的情况中，矩阵包括由外部因素引起的信道间的变动，所述外部因素例如是对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线位置的变动(在图4中通过Φ建模)。因此，即使在高度敏感的天线方向上发生以上位移，酉矩阵也可以操作来补偿该位移。
在该配置中，鉴于要在定点微波通信系统中使用的频率，天线间隔长度必须加宽。因此，本地振荡器被安装在天线附近。即，第三配置的最大特性是：本地振荡器是针对发送侧的各个天线独立设置的。
在图4中，发送信号被导频信号产生部件401添加各个天线的导频信号，被包括本地振荡器404和405、混频器403和407的发送侧频率变换部件402频率变换成无线电频率的信号，并且之后作为s】和s2被从包括多个天线的固定天线部件408发送。s1和s2的标记基于等同的基带表示。
应当注意，这里，针对各个天线独立使用本地振荡器404和405。因此，未在来自各个天线的载波之间实现载波同步，导致相位噪声ΦL的产生。标号406是对相位噪声ΦL的建模。
这样发送的信号被包括多个天线的接收侧固定天线部件409接收作为r1和r2。r1和r2的标记基于等同的基带表示，并且这里为了避免复杂省略了到基带频率信号的频率变换处理。接收信号r1和r2由接收侧矩阵计算处理部件410基于酉矩阵U来处理，从而完成MIMO中的信号分离/检测。
在此应当注意，基于酉矩阵V的发送侧矩阵计算处理完全未被执行，但是在接收侧执行了全部矩阵计算。
从式80可见，在仅在接收侧执行矩阵计算的情况中，矩阵包括由外部因素引起的信道间的变动，所述外部因素例如是对诸如风或周围温度之类的气象条件的微妙变化高度敏感的天线位置的变动(在图4中通过ΦA建模)。此外，矩阵还包括由于载波间不同步引起的相位噪声ΦL。因此，即使发生在高度敏感的天线方向上的位移或者载波间的相位变化，酉矩阵也可以操作来补偿该位移或相位变化。
第三示例的最大优点在于不必将用于V矩阵的构建的反馈信息从接收端发送到发送端。图4的粗箭头指示信道质量与和成比例的虚拟正交信道。要使用的天线不受特别限制并且可以是抛物面天线或喇叭天线。矩阵计算处理部件410可以通过程序控制来实现或者通过诸如ASIC等的硬件来构建。
如上所述，即使在不在发送侧执行酉矩阵计算的配置中，也可以形成正交信道。此外，即使本地振荡器是针对发送端的各个天线独立设置的，如果通过导频信号可以检测到相位差Φ＝ΦL+ΦA，则虚拟正交信道也可以被形成。这样形成的正交信道不受相位差Φ的影响。此外，不需要从接收端到发送端的反馈。由于所使用的矩阵是酉矩阵，所以可以示出与SVD方法的特性完全相同的特性。
第四示例
(仅在接收侧执行酉矩阵计算并且发送端和接收端的本地振荡器都是针对各个天线独立设置的情况)
作为本发明的第四示例(第四配置示例)，将描述这样的配置示例：形成具有相同宽度的虚拟正交信道，仅在接收侧执行酉矩阵计算，并且在发送侧和接收侧都针对各个天线独立设置本地振荡器。
第四配置具有以下特性：不需要从接收端被发送给发送端的反馈信息；可以在发送侧和接收侧都针对各个天线独立设置本地振荡器；并且可以示出与SVD方法的特性完全相同的特性。此外，分析是基于以下事实进行的：由对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向上的移动引起的明显相位旋转可以归结到与在发送侧和接收侧都针对各个天线设置的本地振荡器中的相位旋转相同的建模。注意以上理论分析从解析上揭示了即使发生高度敏感天线方向上的这种位移，仍然可以实现以上信道容量的增加。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，由式81表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式81】
【信道矩阵H】
因此，可以得到式82作为信道矩阵H。
【式82】
∴
∴
在图5中示出基于以上结果得到的配置。如图5中所示，基于酉矩阵V的发送侧矩阵计算处理完全未被执行，但是在接收侧执行了所有矩阵计算。在仅在接收侧执行矩阵计算的情况中，矩阵包括由外部因素引起的信道间的变动，所述外部因素例如是对诸如风或周围温度之类的气象条件的微妙变化高度敏感的发送天线位置和接收天线位置的变动(在图5中通过ΦA和ΦA建模)。因此，即使发生在高度敏感的天线方向上的位移，酉矩阵也操作来补偿该位移。在这个配置中，鉴于要在定点微波通信系统中使用的频率，天线间隔长度必须加宽。因此，本地振荡器被安装在天线附近。即，第四配置的最大特性是：在发送侧和接收侧都针对各个天线独立设置本地振荡器。因此，即使在发送侧和接收侧，本地振荡器都是针对各个天线被独立使用，也可以通过恰当地检测导频信号而得到与SVD方法等同的特性。
在图5中，发送信号被导频信号产生部件501添加各个天线的导频信号，被包括本地振荡器504和505、混频器503和507的发送侧频率变换部件502频率变换成无线电频率的信号，并且之后被从包括多个天线的固定天线部件508作为s1和s2发送。s1和s2的标记基于等同的基带表示。在此应当注意，本地振荡器504和505被独立用于各个天线。因此，未在来自各个天线的载波之间实现载波同步，导致相位噪声ΦL的产生。标号506是对相位噪声ΦL的建模。
这样发送的信号被包括多个天线的接收侧固定天线部件509接收作为r1和r2。r1和r2的标记基于等同的基带表示。接收信号r1和r2被包括本地振荡器512和513、混频器511和515的接收侧频率变换部件510频率变换成基带频率信号，通过导频信号检测部件516，并且基于酉矩阵U被接收侧矩阵计算处理部件517处理，从而MIMO中的信号分离/检测完成。在此应当注意，本地振荡器512和513被独立用于接收侧的各个天线。因此，由于载波间的不同步而产生相位噪声ΦL。标号514是对相位噪声ΦL的建模。要使用的天线不受特别的限制并且可以是抛物面天线或喇叭天线。矩阵计算处理部件517可以通过程序控制来实现或者由诸如ASIC等的硬件来构建。
由于导频信号是在由发送侧本地振荡器执行的处理之前产生的并且导频信号是在由接收侧本地振荡器执行的处理之后被检测的，所以导频信号检测部件516可以检测式82中的Φ＝ΦL+ΦA和φ＝φL+φA。因此，可以仅在接收侧执行全部的矩阵计算，而省略基于酉矩阵V的发送侧矩阵计算处理。这是因为，从式82中可见，酉矩阵操作来补偿由外部因素引起的信道间的变动和由载波间的不同步引起的相位噪声ΦL和φL，所述外部因素例如是对诸如风和周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线位置的变动(在图5中由ΦA和φA建模)。第四示例的最大优点是：不必将用于V矩阵的构建的反馈信息从接收端发送给发送端。图5的粗箭头指示信道质量与和成比例的虚拟正交信道。
如上所述，即使在发送侧不执行酉矩阵计算的配置中，仍可以形成正交信道。并且，可以使用导频信号检测相位差Φ＝ΦL+ΦA和φ＝φL+φA。因此，即使在针对发送侧和/或接收侧的各个天线独立设置本地振荡器的情况中，仍然可以形成虚拟正交信道。这样形成的正交信道不受相位差Φ或φ的影响。不需要从接收端到发送端的反馈。此外，由于所使用的矩阵是酉矩阵，所以可以示出与SVD方法的特性完全相同的特性。
第五示例
(虚拟正交信道具有不同的宽度、仅在接收侧执行矩阵计算并且发送端和接收端的本地振荡器都是针对各个天线独立设置的情况)
作为本发明的第五示例(第五配置示例)，将描述这样的配置示例：形成具有不同宽度的虚拟正交信道，仅在接收侧执行矩阵计算，在发送侧和接收侧本地振荡器都是针对各个天线独立设置的。
第五配置具有以下特性：虚拟正交信道具有不同的值；不需要从接收侧被发送给发送侧的反馈信息；并且可以在发送侧和接收侧都针对各个天线独立设置本地振荡器。并且，分析基于这样的事实进行：由对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向上的移动引起的明显相位旋转可以归结到与在发送侧和接收侧都针对各个天线设置的本地振荡器中的相位旋转相同的建模。并且，为了灵活性，基于与最佳天线位置不同的天线位置设置天线间隔长度。因此，示出与SVD方法不同的特性。稍后将描述对该配置的特性分析。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，虚拟正交信道具有不同的值，所以由式83表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式83】
【信道矩阵H】
因此，信道矩阵H由式84表示。
【式84】
这里，发送侧高度敏感的天线位移ΦA被包括在针对各个天线独立设置的发送侧本地振荡器中的相位变化ΦL中以得到Φ，并且接收侧高度敏感天线位移φA被包括在针对各个天线独立设置的接收侧本地振荡器中的相位变化φL中以得到φ。
这里，满足式85，因此满足式86。
【式85】
【式86】
并且，满足式87，因此满足式88。
【式87】
【式88】
然而，向量的平方模由式89表示。
【式89】
因此，U不再是酉矩阵。因此，为了计算矩阵UH，需要逆矩阵计算。
作为试验，当使用所得到的U、Λ1/2、和VH计算信道矩阵H时，满足式90。
【式90】
从式90可见，信道矩阵H成立。
接着，考虑U的逆矩阵U-1。假定由式91表示的给定矩阵A。
【式91】
由式92表示以上矩阵A的逆矩阵A-1。
【式92】
因此，可以得到式93。
【式93】
在图6中示出了基于以上结果得到的配置。
尽管以上已经描述了具有不同值的虚拟正交信道的情况，但是，即使在发送侧和接收侧都针对各个天线设置本地振荡器，仍然可以通过恰当地检测导频信号来形成正交信道。由于在发送侧不执行矩阵计算，所以可以消除从接收端向发送端发送反馈信息，并且可以处理诸如发送端相位差Φ和接收端相位差φ之类的快速相位变化。
因此，可以在没有发送侧矩阵计算处理的情况下，不考虑是否实现最佳天线位置(R＝5000m并且dT＝dR＝5m)都形成具有不同信道质量的正交信道。然而，UH不再是酉矩阵，而是变成逆矩阵U-1。因此，预期：特性与SVD方法的特性相比较劣化。稍后将描述SVD方法的特性和该示例配置的特性之间的差异。
如图6中所示，发送信号被导频信号产生部件601添加各个天线的导频信号。使用的正交导频信号可以是从Hadamard矩阵得到的正交模式或者可以是CAZAC序列。被这样添加了导频信号的发送信号被包括发送侧本地振荡器604和605、混频器603和607的发送侧频率变换部件602频率变换成无线电频率的信号，并且之后作为s1和s2被从包括多个天线的固定天线部件608发送。s1和s2的标记基于等同的基带表示。在此应当注意，本地振荡器604和605被独立用于各个天线。因此，载波同步未在来自各个天线的载波间实现，导致相位噪声ΦL的产生。标号606是对相位噪声ΦL的建模。
这样发送的信号被包括多个天线的接收侧固定天线部件609接收作为r1和r2。r1和r2的标记基于等同的基带表示。接收信号r1和r2被包括本地振荡器612和613、混频器611和615的接收侧频率变换部件610频率变换为基带频率信号，通过导频信号检测部件616，并且基于酉矩阵U被接收侧矩阵计算处理部件617进行处理，从而完成MIMO中的信号分离/检测。
在接收侧的处理中，使用针对各个天线独立设置的本地振荡器612和613。因此，由于天线之间的载波不同步产生相位噪声φL。标号614是对相位噪声φL的建模。要被使用的天线不受特别的限制，并且可以是抛物面天线或喇叭天线。矩阵计算处理部件617可以通过程序控制来实现或者由诸如ASIC等的硬件来构建。
由于正交导频信号是在由发送侧本地振荡器执行的处理之前产生的并且这些导频信号在由接收侧本地振荡器执行的处理之后被检测，所以导频信号检测部件616可以检测式93中的Φ＝ΦL+ΦA和φ＝φL+φA。所使用的正交导频信号是诸如Hadamard序列或CAZAC序列之类的正交模式，因此可以使用简单的相关器(未示出)检测Φ和φ。可以仅在接收侧执行所有的矩阵计算。即，从式93可见，接收侧矩阵操作来补偿由外部因素引起的信道之间的变动和由载波间的不同步引起的相位噪声ΦL和φL，所述外部因素例如是对诸如风和周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线位置的变动(在图6中由ΦA和φA建模)。
第五示例的最大优点在于：不必将用于V矩阵构建的反馈信息从接收端发送给发送端。与第四示例不同，图6的粗箭头指示具有不同宽度的虚拟正交信道。然而，如稍后所述，本配置中的虚拟正交信道具有相同的信道质量。
尽管已经描述了使用两个天线的情况，但是本发明并不限于此，而是使用三个或更多天线的配置也是可以的。
以下将描述使用三个或更多天线的情况。为了简化起见，仅图示了发送/接收侧天线。
第六示例
(使用三个天线并且仅在接收侧执行酉矩阵计算的情况)
接着，作为本发明第六示例(第六配置示例)，将描述使用三个天线的配置示例。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，由式94表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式94】
【信道矩阵H】
基于图7，推导得到式95，并且可以由式96表示信道矩阵H。
【式95】
【式96】
∴
因此，得到式97。
【式97】
∴
式97中的ΦA和φA分别表示由对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的发送/接收侧天线的变动引起的载波相位旋转。下标1和2表示从最上面的天线数起的第二个和第三个天线的位置位移。
并且，鉴于要在定点微波通信系统中使用的频率，天线间隔长度必须加宽。因此，本地振荡器被安装在天线附近。即，在发送侧和接收侧都针对各个天线独立设置本地振荡器。因此，相位噪声ΦL或φL是由载波间的不同步引起的。下标1和2表示从最上面的天线数起的第二个和第三个天线的位置位移。
由对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向上的移动引起的明显相位旋转可以归结到与在发送侧和接收侧都针对各个天线设置的本地振荡器中的相位旋转相同的建模。因此，基于式97的分析揭示出在发送侧从最上面的天线数起的第二个和第三个天线中满足Φ1＝ΦL1+ΦA1和Φ2＝ΦL2+ΦA2，并且接收侧从最上面的天线数起的第二个和第三个天线中满足φ1＝φL1+φA1和φ2＝φL2+φA2。即，即使在使用三个天线的配置中，通过仅在接收侧的酉矩阵计算也可以形成虚拟正交信道。图7的粗箭头指示信道质量与和成比例的虚拟正交信道。
并且，通过使用导频信号恰当地检测相位旋转可以得到与SVD方法等同的特性。信道容量变成被传递给所有天线的总功率的三倍。
第七示例
(使用4个天线、仅在接收侧执行酉矩阵计算并且发送端和接收端的本地振荡器都针对各个天线被独立设置的情况)
接着，作为本发明第七个示例(第七配置示例)，将描述使用4个天线的配置示例。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，由式98表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式98】
【信道矩阵H】
基于图8，推导得到式99，并且可以由式100表示信道矩阵H。
【式99】
【式100】
∴
因此，可以得到式101。
【式101】
∴
式101中的ΦA和φA分别表示由对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的发送/接收侧天线的变动引起的载波相位旋转。下标1、2和3表示从最上面的天线数起第二个、第三个和第四个天线的位置位移。
鉴于要在定点微波通信系统中使用的频率，天线间隔长度必须加宽。因此，本地振荡器被安装在天线附近。即，在发送侧和接收侧都针对各个天线独立设置本地振荡器。因此，相位噪声ΦL或φI是由载波间的不同步引起的。下标1、2和3表示从最上面的天线数起的第二个、第三个和第四个天线的位置位移。
由对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的天线方向上的移动引起的明显相位旋转可以归结到与在发送侧和接收侧都针对各个天线设置的本地振荡器中的相位旋转相同的建模。因此，基于式101的分析揭示出在发送侧从最上面的天线数起的第二个、第三个和第四个天线中满足Φ1＝ΦL1+ΦA1、Φ2＝ΦL2+ΦA2和Φ3＝ΦL3+ΦA3，并且接收侧从最上面的天线数起的第二个、第三个和第四个天线中满足φ1＝φL1+φA1、φ2＝φL2+φA2和φ3＝φL3+φA3。即，即使在使用四个天线的配置中，通过仅在接收侧的酉矩阵计算也可以形成虚拟正交信道。图8的粗箭头指示信道质量与和成比例的虚拟正交信道。
并且，通过使用导频信号恰当地检测相位旋转可以得到与SVD方法等同的特性。信道容量变成传送给所有天线的总功率的四倍。
以下，将针对以下各个情况描述使用任意数目的天线的情况：仅在发送侧执行矩阵计算，仅在接收侧执行矩阵计算，以及在发送侧和接收侧都执行矩阵计算。
【使用任意N个天线的配置(一般解决方案)】
考虑使用任意N个天线的配置。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，由式102表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式102】
【信道矩阵H】
基于式103，由式104将在发送侧和接收侧都没有相位旋转的理想视距信道矩阵表示为信道矩阵H。
【式103】
【式104】
由式105定义发送侧相位旋转矩阵T。
【式105】
类似地，由式106定义接收侧相位旋转矩阵W。
【式106】
这里，满足式107和式108。
【式107】
【式108】
式101中的ΦA和φA分别表示由对诸如风或周围温度之类的气象条件的微小变化高度敏感的发送/接收侧天线的变动引起的载波相位旋转。ΦL或φL表示由载波间的不同步引起的相位变化。各个下标表示从最上面的天线数起的天线的顺序。
因此，由式109表示在发送侧和接收侧都存在的相位旋转的实际视距信道矩阵。
【式109】
(仅在接收侧执行的酉矩阵计算的情况)
在这种情况中，满足式110并因而满足式111。
【式110】
【式111】
因此，满足式112。
【式112】
即，即使在使用任意N个天线的配置中，即使是在本地振荡器是针对各个天线独立设置的并且发生高度敏感的天线方向上的位移的情况中，通过仅在接收侧的矩阵计算也可以形成虚拟正交信道。
顺便提及，满足式113。
【式113】
这里，满足式114。
【式114】
其中，N是偶数，任意列向量或任意行向量是通过循环移位Chu序列得到的向量，并且其自相关值(E[a·a＊])彼此正交。当N是奇数时，循环移位不出现。然而，从以下描述可以理解，正交关系已经建立。
(仅在发送侧执行酉矩阵计算的情况)
在这种情况中，满足式115并因此满足式116。
【式115】
【式116】
因此，满足式117。
【式117】
即，即使在使用任意N个天线的配置中，即使是在本地振荡器是针对各个天线独立设置的并且发生高度敏感的天线方向上的位移的情况中，通过仅在发送侧的矩阵计算处理V也可以形成虚拟正交信道。
(在发送侧和接收侧都执行酉矩阵计算的情况)
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
在这种情况中，由式118表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式118】
因此，满足式119。
【式119】
当使用任意酉矩阵作为V时，得到式120。
【式120】
顺便提及，满足式121。
【式121】
因此，即使使用任意酉矩阵作为V，U任然变成酉矩阵。
因此，得到式122。
【式122】
即，即使在发送侧和接收侧都使用酉矩阵的配置中使用任意N个天线，即使是在本地振荡器是针对各个天线独立设置的并且发生高度敏感的天线方向上的位移的情况中，通过仅在接收侧的矩阵计算也可以形成虚拟正交信道。
此时，固定发送矩阵V可以是任何一个，只要它是酉矩阵即可，并且由式123表示接收侧酉矩阵计算以用于补偿由本地振荡器或天线位移引起的变动。
【式123】
(示例)
作为简单的示例，以上公式被应用于使用两个天线的配置。作为固定的任意发送矩阵，选择由式124表示的矩阵。
【式124】
这里，满足式125并因此满足式126。
【式125】
【式126】
以下，将描述式114中使用的正交关系。
这里，计算式127中的任意m行向量和任意n列向量的乘积。
【式127】
当m＜n时，满足式128。
【式128】
这里，假定满足式129，则满足式130。
【式129】
【式130】
因此，正交关系建立。
当m＞n时，满足式131。
【式131】
类似地，满足式132。
【式132】
因此，正交关系建立。
根据以上，满足式133。
【式133】
已经描述了使用多个天线的这样的配置：发生高度敏感天线方向上的位移，并且仅通过接收侧酉矩阵对由载波间的不同步引起的相位噪声进行补偿，并且通信容量变成天线数的倍数。
以下，将描述未设置理想的天线间隔长度，即虚拟正交信道具有不同宽度的情况中的特性。以第五配置示例为例。
【基于视距固定信道的SVD方法中和所提出的第五配置示例中的特性分析】
(虚拟正交信道具有不同宽度、仅在接收侧执行矩阵计算、并且在发送侧和接收侧都针对各个天线独立设置本地振荡器的情况)
与SVD方法比较，针对第五配置示例执行特性分析，在第五配置示例中，为了灵活性，基于与最佳天线位置不同的天线位置设置天线间隔长度。
首先，参考第五配置示例，假定接收信号向量是r，则由式134表示接收侧的矩阵计算之后的信号向量。
【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指示发送信号向量，并且n指示噪声向量。
并且，根据第五配置示例，满足式135。
【式135】
因此，如式136设置发送向量S和噪声向量n。
【式136】
并且，应用归一化以得到式137，以使用相对值进行比较。
【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】
类似地，由式139表示λ2信道的SNR2。
【式139】
因此，尽管正交信道具有不同的宽度：λ1＝2+2cosα和λ2＝2-2cosα，但是SNR1和SNR2都变成sin2α。
(SVD方法)
为了与第五配置示例比较，执行对SVD方法的特性分析。
首先，根据图1的配置示图，由式140表示根据SVD方法的酉矩阵计算之后的接收信号向量。
【式140】
UH·r＝UH·(H·V·S+n)＝UH·(U·Λ1/2·VH·V·S+n)＝Λ1/2·S+UH·n
然后，根据式43，满足式141。
【式141】
因此，由式142表示归一化之后的λ1信道的SNR1。
【式142】
类似地，由式143表示λ2信道的SNR2。
【式143】
因此，正交信道的宽度与λ1＝2+2cosα和λ2＝2-2cosα成比例，并且相应地，SNR1和SNR2分别变成1+1cosα和1-1cosα。
(依据天线间隔长度，对基于各种方法的正交信道的SNR进行比较)
当依据天线间隔长度dT和dR将配置示例5和SVD方法的特性分析结果彼此进行比较时，得到图9的曲线图。
所提出的方法在正交信道λ1和λ2之间显示相同的SNR值，因此可以理解，关于天线间隔长度的变动很小。
为了实现实用且灵活的配置，在以下假设下进行了分析：在与存在特征值为多重根以产生奇异点的这种天线间位置的配置不同的配置中，仅在接收侧执行矩阵计算处理以消除使用被发送给发送侧的反馈信息的必要性。
在所提出的方法和SVD方法中，接收侧矩阵计算后的信号功率都与特征值成比例。在SVD方法的情况中，接收侧的矩阵计算基于酉矩阵，所以即使特征值改变了，噪声功率也不变而是保持恒定值。因此，SVD 方法中的各个路径的SNR变成与特征值成比例并且与天线间隔长度相应地改变的不同值。另一方面，在所提出的方法中，接收侧的矩阵计算不是基于酉矩阵，因此噪声功率与特征值相应地改变。因此，图9的分析结果揭示：尽管信号功率呈现出与特征值成比例的高功率和低功率，但是各个路径的SNR总是呈现出相同的值并且以相同的比例与天线间隔长度相应地改变。
因此，在提出的方法中，即使天线间隔长度改变，关于虚拟正交信道的SNR也不改变，并且在改变发生的情况下，改变量很小，因此可以认为所提出的方法比SVD方法更实用并且更容易使用。
在本地振荡器是针对各个天线独立设置的假定下的理论分析内容也可以归结到与关于高度敏感天线方向上的移动相同的建模，因此，完全覆盖了诸如风之类的气象条件的微小变化的影响。
接着，将描述考虑了实际安装位置的布置。很可能难以确保天线安装位置更接近用户侧。另一方面，更可能的是更容易确保天线安装位置在与用户侧相对的骨干网络侧。以下，将描述图10中所示的配置，其中，天线间隔长度在发送侧和接收侧之间彼此不同。
通过对图10的垂直对称配置的下半部分进行建模得到的图11被用来执行以下分析。
基于发射机-接收机距离R的传播损耗和共同相移是无关紧要的，因此忽略这些项。以下，R被设为参考。然后，由式144表示具有Δθ1角度的对角信道关于R的信道差。
【式144】
类似地，由式145表示具有Δθ2角度的对角信道关于R的信道差。
【式145】
由式146表示基于在接收点处的两个波之间的信道差得到的相位旋转α。
【式146】
顺便提及，假定RF频率＝30GHz，R＝2000m，dT＝5m和dR＝2m，则满足式147。
【式147】
考虑由用于发送所考虑的信号s2的发送天线位置的变动引起的相移Φ，由式148表示由角度为Δθ1的对角信道归一化了的信道矩阵H。
【式148】
因此，呈现出与目前已得到的结果相同的情况。
此外，根据式149，得到式150。
【式149】
【式150】
∴
图12是示出该结果的曲线图。
当从以上结果构建式151时，得到与目前已得到的结果相同的结果。
【式151】
即，可以理解，可以在不经修改的情况下使用提出的方法。
将描述在发送和接收天线间在天线布置方向上发生菱形对准不良(misalignment)的情况。
在图13中，和在以上情况中一样，R被设为参考。然后，在d11的情况中，由式152表示对角信道关于R的信道差。
【式152】
∵
类似地，在d12的情况中，由式153表示对角信道关于R的信道差。
【式153】
∵
类似地，在d21的情况中，由式154表示对角信道关于R的信道差。
【式154】
∵
类似地，在d22的情况中，由式155表示对角信道关于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转。
【式156】
在这种情况中，由式157表示由信道d11归一化的信道矩阵H。
【式157】
因此，满足式158。
【式158】
根据式158，推导得到式159。
【式159】
∴
因此，可以理解，即使发生菱形对准不良，对与各个路径的宽度相对应的特征值也没有影响。
(奇异值分解H＝U·Λ1/2·VH)
由式160表示信道矩阵H的奇异值分解。
【式160】
此外，由式161表示U和V。
【式161】
因此，可以理解，通过酉矩阵U和V实现H的奇异值分解。
即，即使发生菱形对准不良，也可以保持对准不良发生之前与各个路径的宽度相对应的特征值，并且信道矩阵H的奇异值分解通过酉矩阵U和V实现。不必说，即使由于发送天线的位置变动引起了相移Φ，也可以得到与以上一样的配置。
接着，将描述在发生这样的菱形对准不良的情况中，仅在接收端执行矩阵计算的所提出的配置如何操作。
【仅在接收侧执行矩阵计算并且发送/接收侧之间的天线配置形成菱形的情况】
将描述根据本发明在仅在接收端执行矩阵计算的配置中、在发送和接收天线之间的天线布置方向上发生菱形对准不良的情况。这里，在不做修改的情况下使用以上检验中得到的菱形信道矩阵H。
【奇异值正交矩阵Λ1/2】
根据图14，考虑满足ejα＝j的天线间位置，由式162表示奇异值正交矩阵Λ1/2。
【式162】
【信道矩阵H】
此外，由式163表示信道矩阵H。
【式163】
∴
∴
这里，满足式164。
【式164】
因此，即使发生菱形对准不良，仅在接收侧执行酉矩阵计算的配置也有效。注意，即使由本地振荡器引起或由天线位移引起相移Φ或φ，仍然可以得到与以上相同的配置。
【发送/接收侧之间的天线布置形状被更一般化的情况】
将描述发送/接收侧之间的天线布置形状被更一般化的情况。这是一种应用示例，包括在视距通信系统中构建的无线LAN等，具有安装位置的高度灵活性。
根据图15，由式165表示d11、d12、d21和d22。
【式165】
d11＝R
此外，根据图15，由式166表示仅关注接收天线之间的相位差的信道矩阵H。
【式166】
根据式166的信道矩阵H，满足式167。
【式167】
因此，为了使特征值成为多重根条件，仅需要第一项，即式168和第二项，即式169具有彼此相反的相位。
【式168】
【式169】
即，仅需要满足式170。
【式170】
或者，假定第一和第二项之间的差为π，则仅需要满足式171。
【式171】
因此，得到式172。
【式172】
∴
∴
当将d11至d22赋值给所得到的关系时，满足式173并从而得到式174。
【式173】
【式174】
因此，作为特征值变成多重根条件的情况，得到式175。
【式175】
∴
只要满足以上条件，在路径具有相同宽度的情况下，各种天线配置都是可以的。应当注意，这里使用的R(第二个R)的定义和上面提到的R(第一个R)彼此略有不同。即，在图15中发送和接收天线不是彼此平行地被布置的，所以发送侧和接收侧之间的天线间隔长度被设置为与d11相对应的、在位于底侧的发送和接收天线元件之间的第二个R(参见【式165】)。另一方面，在其它配置中，发送和接收天线被彼此并行布置，所以发送侧和接收侧的天线间隔长度被设置为第一个R。
在以上描述中，导频信号被用作对以下内容进行检测的检测手段：由外部因素引起的天线位置变动或信道变动或由于使用针对各个天线独立设置的本地振荡器而引起的相位变化。然而，通过不使用导频信号的配置也可以检测以上变动。例如，可以采用使用用于传送信息的数据的方法。此外，尽管未示出，但可以采用使用均衡后的确定结果估计相位变化的方法或通过对纠错之后的信号重新编码来估计相位变化的方法。以下，将以使用两个天线的情况为例，描述不使用导频信号检测以上变动的方法。
这里，使用以上所述的信道矩阵，即由式176表示的信道矩阵来进行描述。
【式176】
首先，假定由式177表示发送和接收信号向量。
【式177】
在这种情况中，可以得到式178。
【式178】
假定已经从均衡后的确定结果或纠错后的信号再生中正确地得到上式中的s1和s2，则根据式179得到式180。
【式179】
y1＝s1-j·ejφ·s2
【式180】
由此可以检测Φ。
然后，使用检测出的Φ。此前，根据式178，满足式181。
【式181】
y2＝-j·ejφ·s1+ej(Φ+φ)·s2
因此，得到式182并从而可以检测到φ。
【式182】
如上所述，不是通过使用导频信号，而是通过使用传送信息的数据，可以检测由外部因素引起的天线或信道的变动或由于使用针对各个天线独立设置的本地振荡器引起的相位变化。在以上示例中，已经描述了启动处理之后的操作。即，一旦启动处理完成，数据就不断地流动，使得不断地执行对相位变化的检测。
基于以上结果，以下将描述本发明的方法被应用于信道而非微波通信设备的示例。
图16是光信道被用作确定性信道的示例。在图16中，激光二极管(LD)1601和光电探测器(PD)1602分别被用在发送侧和接收侧作为光学天线。利用这个配置，也可以和使用电波的视距MIMO的情况一样实现视距MIMO。
图17是声-光信道被用作确定性信道的示例。在图17中，分别在发送侧和接收侧使用超声波振荡器1701和超声波麦克风1702。利用这样的配置，也可以和使用电波的视距MIMO的情况一样实现视距MIMO。
图18是在诸如被用作确定性信道的简易无线电设备(包含无线LAN)之类的视距信道中使用的MIMO天线的示例。不同于具有规则结构的定点微波通信系统，简易无线电设备具有结构复杂的视距信道。不论是何种几何形式的视距信道，只要满足式175的条件，就可以增加视距MIMO中的通信容量。
图18的MIMO天线具有这样的配置：通过连接杆1803可以自由改变天线元件1801和1802之间的天线间隔长度(d)。并且，通过铰链可以自由控制天线元件1801和1802之间形成的角度(θ)。
所导出的式175表示可以通过控制天线间隔长度dT、dR和角度θT、θR来实现最大通信容量。由此，通过控制MIMO天线中的天线间隔长度(d)和角度(θ)，不论是何种几何形式的视距信道，都可以实现最大通信容量。
以下将描述本发明另一示例性实施例。
根据本示例性实施例的MIMO通信系统包括多个信道。此外，系统在发送侧或接收侧或发送和接收两侧包括信道矩阵计算处理部件。信道矩阵计算处理部件根据发送天线(例如，电波传播中使用的发送天线、发光装置、扬声器等)的位置变动或接收天线(例如，电波传播中所使用的接收天线、受光装置、麦克风等)的位置变动或信道的变动更新正交信道形成矩阵。利用这样的配置，可以吸取发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动，从而提供能够实现最大通信容量的MIMO通信系统。
此外，为了形成虚拟正交信道，可以采用这样的配置，在该配置中，设置信道的几何参数使得信道矩阵的特征值变成多重根条件，并且在发送侧或接收侧中的一侧执行基于从特征值得到的特征向量或从特征向量的线性和得到的特征向量构建的酉矩阵的计算。这使得能够进行灵活的系统设计，并且能够实现不需要使用用于交换反馈信息的反向信道的配置以及仅执行发送处理的配置。
此外，MIMO通信系统可以是使用多个天线并且通过使用针对发送和接收侧的一侧或两侧的各个天线独立设置的本地振荡器构建的定点微波通信系统。利用这样的配置，可以解决必须实现天线间的载波同步的问题，天线间的载波同步对定点微波通信系统的结构施加了制约。
此外，MIMO通信系统可以包括用于对发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动进行检测的手段，并且使用来自所述手段的检测结果来更新虚拟正交信道形成矩阵。利用这样的配置，可以提供具有令人满意的安装条件和强固的结构的没有问题的MIMO通信系统。
此外，可以仅在接收侧执行用于虚拟正交信道形成的矩阵计算处理。利用这样的配置，可以提供不需要使用反向信道来周期地、频繁地交换用于发送侧矩阵计算处理的反馈信息的MIMO通信系统。
此外，MIMO通信系统可以包括用于将导频信号从发送侧发送给接收侧的手段。在这种情况中，通过导频信号检测发送天线位置或接收天线位置的变动或信道的变动，并且基于检测结果更新虚拟正交信道形成矩阵。利用这样的配置，可以提供简单配置的具有令人满意的安装条件和强固的结构的没有问题的MIMO通信系统。
此外，MIMO通信系统可以包括用于将各个天线的导频信号从发送侧发送给接收侧的手段，并且基于导频信号，仅在接收侧执行用于虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。利用该简单处理，可以提供不需要使用反向信道来周期地、频繁地交换用于发送侧矩阵计算处理的反馈信息的MIMO通信系统。
此外，可以在由本地振荡器执行的处理之前产生要从发送侧发送给接收侧的导频信号。利用这样的配置，可以在接收端检测发送侧产生的本地振荡器之间的相位噪声，并且可以通过更新矩阵补偿所产生的相位噪声。
此外，在由接收侧的本地振荡器执行的处理之后可以执行对已经从发送侧被发送给接收侧的导频信号的检测。利用这样的配置，可以在接收端检测接收侧所产生的本地振荡器之间的相位噪声，并且通过更新矩阵可以补偿所产生的相位噪声。
此外，从发送侧被发送给接收侧的导频信号可以在发送天线之间是正交的。利用这样的配置，通过简单的相关器可以检测本地振荡器之间的相位噪声和由气象条件引起的高度敏感天线方向上的位移，并且通过更新矩阵可以补偿所检测到的相位噪声或位移。
此外，视距信道可以被用作光学信道或者声学信道以及电波信道。在这种情况中，也可以提供MIMO通信系统。
此外，可以使得多个发送天线或多个接收天线之间的天线间隔长度与多个接收天线或多个发送天线的方向之一或两者可变。利用这样的配置，不论是何种几何形式的视距信道，都可以提供这样的MIMO通信系统：通过对发送天线或接收天线之间的天线间隔长度与发送天线或接收天线的轴向之一或两者进行控制总是能够实现最大通信容量。
在本发明中，不需要同时实现以上效果，但是至少可以实现所述效果之一。
尽管已经参考本发明的示例性实施例和示例特别示出和描述了本发明，但是本发明不限于这些示例性实施例和示例。本技术领域技术人员可以理解，在不偏离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改。
本申请基于并且要求2006年11月17日递交的日本专利申请第2006-312277号的优先权，通过引用将其公开全部结合于此。

Claims (32)

1.一种视距MIMO通信系统，MIMO是指多输入多输出，所述系统包括多个信道，所述系统包括：
信道矩阵计算处理部件，所述信道矩阵计算处理部件在发送侧上或在接收侧上或在发送和接收两侧上，其中
所述信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。
2.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中，
为了虚拟正交信道的形成，设置所述信道的几何参数使得所述信道矩阵的特征值变成多重根条件，并且
在发送侧或接收侧之一执行对基于根据所述特征值得到的特征向量或根据特征向量的线性和得到的特征向量所构成的酉矩阵的计算。
3.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中，
所述MIMO通信系统是使用多个天线的定点微波通信系统，并且是通过使用针对所述发送侧和接收侧之一或两侧的各个天线独立设置的本地振荡器来构成的。
4.根据权利要求3所述的MIMO通信系统，其中，
仅在所述接收侧执行用于所述虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。
5.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，所述系统还包括：
用于对发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动进行检测的装置，其中
基于来自所述装置的检测结果，更新虚拟正交信道形成矩阵。
6.根据权利要求5所述的MIMO通信系统，还包括：
用于将导频信号从所述发送侧发送给所述接收侧的装置，其中
通过所述导频信号对发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动进行检测，并且基于该检测的结果更新虚拟正交信道形成矩阵。
7.根据权利要求3所述的MIMO通信系统，还包括：
用于将各个天线的导频信号从所述发送侧发送给接收侧的装置，其中
基于所述导频信号，仅在所述接收侧执行用于所述虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。
8.根据权利要求7所述的MIMO通信系统，其中
在由所述本地振荡器执行的处理之前产生要从所述发送侧发送给所述接收侧的导频信号。
9.根据权利要求7所述的MIMO通信系统，其中
在由接收侧的所述本地振荡器执行的处理之后执行对已经从所述发送侧发送到接收侧的导频信号的检测。
10.根据权利要求7所述的MIMO通信系统，其中
从所述发送侧被发送给所述接收侧的导频信号在发送天线间是正交的。
11.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中
所述多个信道是光学信道。
12.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中
所述多个信道是视距无线电信道。
13.根据权利要求1所述的MIMO通信系统，其中
所述多个信道是视距声学信道。
14.根据权利要求2所述的MIMO通信系统，其中
使得多个发送天线或多个接收天线之间的长度和多个发送天线或多个接收天线的方向中的一个可变或两者都可变。
15.一种MIMO通信方法，所述方法用在包括多个信道的视距通信系统中，所述方法包括：
在发送侧或在接收侧或在发送和接收两侧执行信道矩阵计算处理的步骤，其中，
所述执行的步骤根据发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。
16.根据权利要求15所述的MIMO通信方法，其中，
为了虚拟正交信道的形成，设置所述信道的几何参数使得所述信道矩阵的特征值变成多重根条件，并且在发送侧或接收侧中的一侧执行对基于根据所述特征值得到的特征向量或根据特征向量的线性和得到的特征向量所构成的酉矩阵的计算。
17.根据权利要求15所述的MIMO通信方法，其中，
所述MIMO通信系统是使用多个天线的定点微波通信系统，并且是通过使用针对所述发送侧和接收侧中的一侧或两侧上的各个天线独立设置的本地振荡器来构成的。
18.根据权利要求17所述的MIMO通信方法，其中，
仅在所述接收侧执行用于所述虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。
19.根据权利要求15所述的MIMO通信方法，还包括：
对发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动进行检测；以及
基于该检测的结果更新虚拟正交信道形成矩阵。
20.根据权利要求19所述的MIMO通信方法，还包括：
将导频信号从所述发送侧发送给接收侧；
通过所述导频信号对发送天线位置或接收天线位置的变动或所述信道的变动进行检测；以及
基于该检测的结果更新虚拟正交信道形成矩阵。
21.根据权利要求17所述的MIMO通信方法，还包括：
将各个天线的导频信号从所述发送侧发送给接收侧；以及
基于所述导频信号仅在所述接收侧执行用于所述虚拟正交信道的形成的矩阵计算处理。
22.根据权利要求21所述的MIMO通信方法，其中
在由所述本地振荡器执行的处理之前产生要从所述发送侧发送给所述接收侧的导频信号。
23.根据权利要求21所述的MIMO通信方法，其中
在由接收侧的本地振荡器执行的处理之后执行对已经从所述发送侧发送到接收侧的导频信号的检测。
24.根据权利要求21所述的MIMO通信方法，其中
从所述发送侧被发送给所述接收侧的导频信号在发送天线间是正交的。
25.根据权利要求15所述的MIMO通信方法，其中
所述多个信道是光学信道。
26.根据权利要求15所述的MIMO通信方法，其中
所述多个信道是视距无线电信道。
27.根据权利要求15所述的MIMO通信方法，其中
所述多个信道是视距声学信道。
28.根据权利要求16所述的MIMO通信方法，其中
使得多个发送天线或多个接收天线之间的长度和多个发送天线或多个接收天线的方向中的一个可变或两者都可变。
29.一种包括多个信道的视距MIMO通信系统的MIMO发送设备，所述发送设备包括：
信道矩阵计算处理部件，所述信道矩阵计算处理部件根据发送天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。
30.一种包括多个信道的视距MIMO通信系统的MIMO接收设备，所述接收设备包括：
信道矩阵计算处理部件，所述信道矩阵计算处理部件根据接收天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。
31.一种用于MIMO发送设备的控制程序，所述MIMO发送设备用于包括多个信道的视距MIMO通信系统，所述控制程序允许所述发送设备根据发送天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。
32.一种用于MIMO接收设备的控制程序，所述MIMO接收设备用于包括多个信道的视距MIMO通信系统，所述控制程序允许所述接收设备根据接收天线位置的变动或所述信道的变动更新正交信道形成矩阵。
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