CN1625069A - 无线电转发器和无线电中继传输方法 - Google Patents

无线电转发器和无线电中继传输方法 Download PDF

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Abstract

通过使用MIMO(多输入多输出)无线电中继传输系统，增大信道容量。使用具有相互正交极化特性的第一天线111和第二天线112，从发射机10进行发射。使用每个分别具有与第一和第二天线111、112一样极化特性的接收天线211、212，在接收机201进行接收。每个分别通过第一和第二接收天线211、212接收的信号，分别经过环路干扰抑制器271、272，并且分别经过放大器241、242，分别从具有与第二和第一天线112、111一样极化特性的第一和第二发射天线211、212发射。通过具有与第一天线111一样极化特性的天线312、314，在接收机30进行接收，并且也通过具有与第二天线112一样极化特性的天线311、313进行接收。这些接收的信号在MIMO的均衡器32经过信号分离处理。

Description

无线电转发器和无线电中继传输方法
技术领域
本发明涉及一种在一般无线电通信系统中的无线电中继传输，更具体地涉及一种适合在移动无线电通信系统无线电中继传输中使用的无线电转发器和无线电中继传输方法。
背景技术
在常规的无线电中继传输方法中，例如，发射机发射一个具有垂直极化的无线电信号，无线电转发器接收从发射机发射的无线电信号，并且放大接收的无线电信号，将它当作具有垂直极化的无线电信号发射给接收机。因而，无线电转发器放大接收的无线电信号，并且将它当作与接收的无线电信号的极化一样具有相同极化的无线电信号进行发射。从而，接收机接收与通过发射机发射的无线电信号的极化一样具有相同极化的无线电信号。
在这种无线电转发器，其中，接收天线及其发射天线具有同样的极化特性。从而，采用环路干扰方式，通过转发器的接收天线接收从无线电转发器的发射天线发射的无线电信号。采用环路干扰方式接收的信号，此后将被称为环路干扰信号。当转发器具有的接收频率等于发射频率时，如果增大无线电转发器的放大增益，环路干扰信号的存在引起振荡。这样限制了放大增益的增大。
例如，在H.Hamazumi等人的”Astudy of loop interference canceller for therelay stations in an SFN for digital terrestrial broadcating”，GlobalTelecommnunication Conference 2000，GLOBECOM’00.IEEE，vol.1，PR167-171，27 Nov.-1 Dec.200(《关于数字地面广播SFN转播中继站的环路干扰消除器的研究》，全球无线电通讯会议2000，全球通信系统’00.电气和电子工程师协会，卷1，PR167-171，2000年11月27日-12月1日)(此后称为文献1)，提出一种估算和抑制无线电转发器环路干扰信号的技术。如图1所示，例如，在安装有现有技术的环路干扰抑制器的无线电转发器中，通过垂直极化接收天线1接收的无线电信号，经过环路干扰抑制器2馈给放大器3，并且从垂直极化发射天线4发射通过放大器3放大的无线电信号。将从接收天线1接收的无线电信号输入到环路干扰信道估算器5，估算从发射天线4到接收天线1的环路干扰信号的传输路径8的传输路径特性(脉冲响应)。在FIR滤波器6中，设置估算的传输路径特性，其中将环路干扰传输路径8的传输特性卷积到从接收天线1接收的无线电信号，产生环路干扰信号的复制信号。在输入到放大器3之前，在减法器7将该复制信号从接收天线1接收的无线电信号中减去。
在日本已公开专利申请(26735/80)(此后称为文献2)中披露，使用包括水平(或垂直)极化天线和垂直(或水平)极化天线的复合天线的多路无线电转发器，为了分离发射波和接收波，使用其中一个天线接收来自配套站的发射波，同时使用另一个天线发射给配套站，以在等于或大于40dB的不同极化之间实现耦合。这种无线电转发器的接收天线具有包括在发射天线方向选择狭窄宽度主波束的天线方向性模式。
在图2摘要显示的电子学院信息与通信工程师Katsumi Sakai等人的”Multipoint relay transmission system”，The Institute of Electronics，Information and Communication Engineers，Techincal Report of IEICE RCS2001-263(IEICE RCS 2001-263技术报告《多点中继传输系统》)(此后称为文献3)s披露，在多输入多输出(MIMO)系统，多个信息序列从公共频带的无线电发射机发射，并且在相同频带的无线电信号通过接收机接收，分离成为各个信息序列。作为公共频带上具有垂直极化的无线电信号，发射机10从发射天线AS1...，ASM发射M个信息序列S1...，SM(这里M是一个等于或大于2的整数)。通过L个无线电转发器201，...，20L(这里L是一个等于或大于1的整数)接收M个无线电信号，并且一次存储在其中。在发射机10发射终止的情况下，诸如一个呼叫、一个脉冲等，响应于发射机10发射暂时停止，无线电转发器201，...，20L放大存储的无线电信号，形成向接收机30发射的具有垂直极化的无线电信号。接收机30包括N个从无线电转发器接收无线电信号的线性极化接收天线Ar1，...，ArN(这里N是一个等于或大于M的整数)。接收的信号经过MIMO的均衡处理，分离成为M个信息序列S1...，SM。如果发射机10和接收机30位于视线环境之内，则除连接发射机10和接收机30的线性传输路径之外，无线电转发器20的装置通过增加经过无线电转发器20的传输路径来提高信道容量。
发明内容
在常规的无线电转发器，因为接收天线和发射天线具有同样的极化特性，为了防止由于环路干扰信号产生的振荡，所以中继放大增益不能得到增大。另外，在常规的无线电转发器，其接收天线的方向波束要对准在发射天线的方向上，并且这在移动无线电转发器的位置方面产生困难。如在引用的日本公开专利申请披露的，在不同极化之间的分离涉及到在对接站之间的通信，并不适合在诸如移动通信等通信系统的中继传输。
在MIMO类型的常规无线电中继传输方法，例如，图2所示的方法，为了避免在无线电转发器产生环路干扰的问题，即使当发射机发射中断时传输路径的数量能够增加，无线电转发器一次存储接收的无线电信号，然后发射存储的无线电信号，或采用时间分隔的方式，在无线电转发器进行接收和发射，从而与连续中继传输操作相比较，导致能够被传输的信号数量几乎减少了一半的缺陷。
用依照本发明的无线电转发器，通过具有相互正交极化特性的第一和第二接收天线接收无线电信号。在第一和第二环路干扰抑制器，至少一个来自第一和第二发射天线的环路干扰信号，在通过第一和第二接收天线接收的第一和第二无线电信号中得到抑制。在第一和第二放大器，分别放大环路干扰被抑制的第一和第二无线电信号，并且通过相对第一和第二接收天线正交极化特性的第二和第一发射天线，发射放大的第一和第二无线电信号。
依照本发明的无线电中继传输方法，公共频带的无线电信号，通过具有相互正交的极化特性的多个天线同时发射，具有与一个正交极化相应的极化的无线电信号，通过相应无线电转发器接收，并且放大并当作具有另一个正交极化的无线电信号，在公共频带发射接收的无线电信号。
用依照本发明的无线电转发器，接收的无线电信号从与接收天线极化正交的发射天线发射，从而在发射天线和接收天线之间去耦合。另外，至少一个来自具有相互正交的极化的第一和第二发射天线的环路干扰信号，能够在天线接收的无线电信号中得到抑制，从而，减小了发射天线和接收天线之间的耦合。
用依照本发明的无线电中继传输方法，无线电转发器的使用增加了从发射机到接收机的传输路径数量，并且对于具有正交极化的接收天线和发射天线，可以使无线电转发器同时进行接收和发送，允许实现连续中继和放大操作，从而，增大了信道容量。这里不需要为无线电转发器提供狭窄方向性波束，并且无线电转发器能够移动。
附图说明
图1是包括环路干扰抑制器的现有技术的典型无线电转发器的功能图；
图2举例说明了依照常规MIMO系统的多点中继传输系统；
图3显示了能够在依照本发明的无线电中继传输方法中使用的无线电转发器的一个实例；
图4显示了能够在依照本发明的无线电中继传输方法中使用的无线电转发器的另一个实例；
图5显示了能够在依照本发明的无线电中继传输方法中使用的无线电转发器的另一个实例；
图6显示了依照本发明的典型无线电转发器的功能装置；
图7显示了图6所示无线电转发器的环路干扰抑制器271和272的特殊实例的功能装置；
图8显示了能够应用依照本发明的无线电中继传输方法的无线电中继传输系统的典型装置；
图9显示了能够应用依照本发明的无线电中继传输方法的无线电中继传输系统的另一个装置；
图10显示了能够应用依照本发明的无线电中继传输方法的的无线电中继传输系统的另一个装置；
图11显示了应用依照本发明无线电中继传输方法的实施方式的无线电中继传输系统的典型装置；
图12显示了图11所示系统的变型；
图13显示了本发明在MIMO中继传输方法中应用的典型系统装置；
图14显示了依照本发明的无线电转发器的另一个实施方式的功能装置；
图15是用于通过图1 4所示的信道估算器51a检测的环路干扰信号的传输路径的脉冲响应实例图；
图16显示了图14所示干扰抑制器应用到包括两个放大和中继系统的无线电转发器的实例的功能装置；
图17显示了图7和图14举例说明的抑制应用到包括两个放大和中继系统的无线电转发器的实例的功能装置；和
图18显示了依照本发明使用阵列天线的无线电转发器的实施方式的功能装置。
具体实施方式
在描述实现依照本发明的无线电转发器的模式之前，将说明在执行依照本发明的无线电通信方法中使用的各种无线电转发器。
假定的转发器
使用假定具有相互正交极化的接收天线和发射天线的转发器。图3举例说明了水平极化天线和垂直极化天线的使用。在图3所示的实例中，接收天线21包含通过在水平面安装的绕杆式(turnstile)天线形成的水平极化天线，发射天线22包含通过垂直竖立的套筒(双极)天线形成的垂直极化天线。这些天线都架设在支柱29上，在上面安装有绕杆式天线21。安装在机壳23里面的放大器24，放大通过水平极化接收天线21接收的无线电信号，但是，因为在这个实例中，绕杆式天线当作接收天线21使用，在输入到放大器24之前，在移相器和合成器25中，来自两个双极单元的一个接收信号相位相互之间被偏移90°，然后进行合成。放大的无线电信号25从发射天线22发射。
从发射天线22发射的无线电信号(无线电波)具有垂直极化，因此，该信号不能通过水平极化接收天线21接收。这种基于正交极化或所谓交叉极化区分的分离非常充分，能够用满意的方式抑制环路干扰信号，从而与对接收和发射使用相同极化的装置比较，允许中继放大的增益增大相应量。值得注意的是，至于在水平面上的方向性，天线21和22两者都是全方向性的。然而，在这个实例中，尽管在垂直面的绕杆式天线21的方向性是定向朝着套筒天线22或向下，在绕杆式天线21的方向上，垂直面的套筒天线22的方向性是无效的，可以看到在这方面，通过接收天线21接收的信号受来自发射天线22发射信号的影响是比较小的。
可以看到，垂直极化天线可以当作接收天线21使用，同时水平极化天线可以当作发射天线22使用。与绕杆式天线类似，对于水平极化天线，另一选择将是在水平面上几乎是全方向性的微波传输带天线(microstripantenna)，并且与套筒天线类似，对于垂直极化天线，另一选择将是在水平面上几乎是全方向性的单极天线。如图3所示，使用水平极化天线和垂直极化天线的无线电转发器在今后将称为转发器1。
图4显示了使用具有相互正交圆极化的接收天线和发射天线的转发器2的实例。作为接收天线21，使用相对位于垂直面41内的垂直线42顺时针倾斜45°的套筒(双极)天线。作为发射天线22，使用相对位于与垂直面41平行的垂直面43内的垂直线44逆时针倾斜45°的套筒(双极)天线。当垂直面41和43互相叠加时，接收天线21和发射天线22的极化相互正交。
再者，从发射天线22发射的无线电信号的极化与从接收天线21接收的无线电波的极化正交，使环路干扰信号得到抑制，从而允许增大中继放大增益。可以看到，接收天线21可以相对垂直线逆时针倾斜，同时发射天线22可以相对垂直线顺时针倾斜。所要求的是，在接收天线21和发射天线22之间存在正交关系。上述双极天线可以被不对称的极化天线所代替，诸如在与其中另一个极化正交的平面上是全方向性的单极天线。
图5显示了转发器3的实例，作为具有正交极化特性的天线，该转发器使用右旋圆极化天线和左旋圆极化天线。将垂直安装的右旋绕杆式天线当作接收天线21使用，同时将垂直安装的左旋绕杆式天线当作发射天线22使用，并且两个绕杆式天线是彼此完全相反地安装。将从定义为接收天线21的绕杆式天线的两个单元接收的无线电信号馈给移相器和合成器25进行合成，以便在馈给放大器24之前，使来自垂直单元的信号相对来自水平单元的信号滞后90°。另一方面，在分路器和移相器26，将从放大器24放大的无线电信号分解成为两部分，并且一部分被延迟，使其相对另一部分相位滞后90°，以便将具有滞后相位的信号馈给定义为发射天线22的绕杆式天线的水平单元，并且将没有滞后相位的信号馈给垂直单元。
既然从发射天线22发射的无线电信号(无线电波)的圆极化在与接收天线21的极化旋转方向相反的方向上旋转，所以环路干扰信号能够被抑制，从而允许增大中继放大增益相应量。对于接收天线21，可以使用左旋圆极化天线，同时对于天射天线22，可以使用右旋圆极化天线。该圆极化天线不局限于绕杆式天线，而是也可以包含交叉的八木天线、微波传输带天线等。
下面将参照附图描述实现本发明的模式，但是值得注意的是，贯穿附图的相应部分用相同的标号标明，以便省略重复描述。
模式1
依照本发明实现无线电转发器的模式1，包含U第一极化接收天线，具有相对第一极化接收天线的极化特性正交的极化特性的V第二极化接收天线，极化特性与第一极化接收天线和第二极化接收天线的极化特性分别正交的U第二极化发射天线和V第一极化发射天线，这里的U和V是等于或大于1的整数。
图6显示了在U＝V＝1的情况下的实施方式。极化特性相互正交的两个天线可以包含在图3至图5举例说明的一对中的一个。在随后的描述中，两个极化特性相互正交的天线中的一个，用顶点在与垂直线连接的它的底部的三角形(倒三角形)来表示，同时另一个用置于垂直线上并且它的顶点置于它的顶部的三角形来表示。
无线电转发器包含第一极化接收天线211和第二极化接收天线212，并且将通过第一极化接收天线211和第二极化接收天线212接收的无线电信号，分别馈给环路干扰抑制器271和272，在无线电信号馈给放大器241和242之前，在这里抑制环路干扰信号。通过放大器241和242放大、并被抑制环路干扰信号的无线电信号，分别从第二极化发射天线221和第一极化发射天线222发射。环路干扰抑制器271和272可以包含例如在文献1中披露的抑制器。
用描述的装置，从第二极化发射天线221发射的无线电信号(无线电波)，具有与第一接收天线211的极化特性正交的极化，并且很少通过第一极化接收天线211作为环路干扰信号接收，但是，具有与第二极化接收天线212相同的极化，从而环路干扰信号通过第二极化接收天线212接收。在馈给放大器242之前，通过环路干扰抑制器272抑制这种环路干扰信号，由此能够防止通过环路干扰信号可能引起的振荡，同时允许增大放大器242的增益。同样，来自从第一极化发射天线222发射的无线电信号的环路干扰信号，通过第一极化接收天线211被接收，但是，通过环路干扰抑制器271被抑制，再次允许增大放大器241的增益。
在这种方式中，多个在公共频带和极化相互正交的无线电信号，可以同时被中继传输并用相对较高的增益放大，从而允许增大图2所示的无线电转发器能够进行中继传输的信道容量。
实施方式1
在图6所示的转发器中产生振荡的可能性由随后的原因引起：例如，通过第一极化接收天线211接收的无线电信号，从第二极化发射天线221发射，并且该无线电信号经过环路干扰传输路径41，通过第二极化接收天线212接收。接收的环路干扰信号通过放大器242放大，从第一极化发射天线222发射，发射的环路干扰信号经过环路干扰传输路径42，通过第一极化接收天线211接收，并且接收的环路干扰信号通过放大器241放大，从第二极化发射天线221再次发射。从而，出现经过下面的封闭路径环路干扰信号可能循环的可能性：
发射天线221-传输路径41-接收天线212-放大器242-发射天线222-传输路径42-接收天线211-放大器241-发射天线221，从而引起振荡。
如果意识到这种复杂的交叉环路干扰，并且考虑到采用像图1所示的现有技术的环路干扰抑制器271实现的相似方式，来抑制环路干扰信号，则环路干扰抑制器271将抑制通过放大器241和也通过放大器242放大的环路干扰信号。然而，因为每次通过放大器放大时都将噪声加入到信号，所以可以看到环路干扰抑制器271将不得不抑制已经过两个放大器的环路干扰信号。从而，从通过第一极化接收天线211接收的无线电信号产生的环路干扰信号有当经过放大器242时加入到那里的噪声，并且这意味着环路干扰抑制器271的输出信号有噪声加入到那里。由于通过第二极化接收天线212接收的无线电信号产生的环路干扰信号而发生振荡的可能性，基于经过上述封闭路径的循环，唯一不同的是在第一极化发射天线222进入封闭路径。现在，考虑到以上的环路干扰抑制器271和272的优选实施例将参照图7进行描述。
在本实施方式中，假定通过第二极化接收天线212接收的无线电信号，从第一极化发射天线222发射，当发射的信号当作环路干扰信号通过第一极化接收天线211接收时，抑制该环路干扰信号。换句话讲，当环路干扰信号进入封闭环路时，在经过第二放大器前它被抑制。为此，通过第一极化发射天线222发射并通过第一极化接收天线211接收的信号经过的环路干扰传输路径42的传输路径特性(可以称为信道特性的脉冲响应)，通过环路干扰信道估算器431估算。因而，环路干扰信道估算器431给另一中继传输系统估算环路干扰传输路径42的传输路径特性。自身中继传输系统指以下中继传输系统：其中，通过第一极化接收天线211接收的无线电信号，经过放大器241放大，然后从第二极化传输天线221发射。
虽然可以设想多种技术给另一中继传输系统估算环路干扰特性时，但是举例讲，可以通过导频生成器441产生导频信号，馈给放大它的放大器242，并且例如在接收的无线电信号暂时中断的时间内，根据导频信号和从第一极化传输天线222发射并由经过环路干扰传输路径42由第一极化接收天线211接收产生的环路干扰信号，估算环路干扰传输路径42的传输路径特性。可替换地，在不用等待接收的无线电信号中断的时间间隔的情况下，通过使用与接收的无线电信号频带些微偏移的导频信号，也可以进行信道特性的估算。
通过第二极化接收天线212接收的信号或放大器242的输入信号，在FIR滤波器451与通过环路干扰信道估算器431估算的环路干扰传输路径42的特性进行卷积，从而产生来自环路干扰传输路径42的环路干扰信号模型。在减法器461，从通过第一极化接收天线211接收的无线电信号中减去环路干扰信号的模型，并且将来自减法器461的输出信号输入到放大器241。
用这种方式，由通过第二极化接收天线212接收的无线电信号产生，经过环路干扰传输路径42，通过第一极化接收天线211接收和包含在通过第一极化接收天线211接收的无线电信号中的环路干扰信号，通过使用FIR滤波器451馈给的环路干扰信号模型被抑制。从而，由通过第二极化接收天线212接收的无线电信号产生、并从第一极化发射天线22经过环路干扰传输路径42的这种环路干扰信号，在输入到封闭路径的这一点被抑制，从而避免环路干扰信号经过放大器241放大而增加噪声的问题。
与环路干扰抑制器271类似，环路干扰抑制器272也包含环路干扰信道估算器432，该估算器估算环路干扰传输路径41的特性；FIR滤波器452，该滤波器将估算的传输路径特性与通过第一极化接收天线211接收的无线电信号进行卷积；以及减法器462，在输入到放大器242之前，该减法器从通过第二极化接收天线212接收的无线电信号中减去由FIR滤波器452产生的环路干扰信号模型。结果，可以在封闭路径的入口处，防止通过第一极化接收天线211接收的无线电信号经过环路干扰传输路径41输入到封闭路径。可以看到，通过环路干扰信道估算器431和432的环路干扰传输路径42和41的估算接连发生。可替换地，环路干扰信号的封闭环路的传输路径特性可以被估算，并且通过第一极化接收天线211接收的无线电信号，例如可以与估算的传输路径特性进行卷积，产生环路干扰信号模型，并且在馈给放大器241之前，该模型可以从通过第一极化接收天线211接收的无线电信号中被减去。
模式2
现在，将描述实现依照本发明的无线电中继传输方法的模式。
系统实例1
图8示意性地显示了能够应用模式2的通信系统的典型装置。发射机10配备有极化正交的第一极化和第二极化发射天线111、112。公共频带的无线电信号同时从第一极化和第二极化发射天线111、112发射。当作无线电信号从第一极化和第二极化发射天线111、112发射的信息序列S1和S2，可以是相同的或不同的。
的无线电转发器20配备有第一极化接收天线21和第二极化发射天线22，该第一极化接收天线21与发射天线111第一极化和第二极化天线112中的一个具有相同的极化特性，在所示例子中，其为发射天线111的极化特性，该第二极化发射天线22具有与第一极化接收天线21的极化特性正交的极化特性。换句话讲，使用的无线电转发器20可以是先前参照图3至5描述的无线电转发器中的一个。在对无线电转发器20的第一极化接收天线21和第二极化发射天线22的极化特性进行正交的过程中使用的极化类型，与在发射天线111和112中使用的极化类型相似，也就是右旋极化和左旋极化、两个线性极化、两个圆极化中的任何一个或两个圆极化。
来自第一极化发射天线111的无线电信号，通过第一极化接收天线21接收，并且接收的无线电信号被放大，作为极化和接收的无线电信号的极化正交的无线电信号从第二极化发射天线22发射。
接收机30配备有两个接收天线311和312，该接收天线具有与包含正交类型的、无线电转发器20的发射天线22相同的极化特性，或在这个实例中具有第二极化。
在接收机30，从发射机10的第二极化发射天线112发射的无线电信号和从无线电转发器20发射的无线电信号，通过第二极化接收天线311和312接收。
从发射机10的第一极化发射天线111发送的无线电信号，通过无线电转发器20进行中继和放大，并且将它的极化改变成为正交方式，通过接收机30的两个第二极化接收天线311和312接收，如用实线611、612和613表示。具体地讲，来自第一极化发射天线111的无线电信号通过接收机30接收，当作经过两个传播路径的信号。从第二极化发射天线112发射的无线电信号，在没有通过无线电转发器20中继传输的情况下，通过接收机30的两个第二极化接收天线311和312接收，如用虚线621和622表示，再次经过两个传播路径。
在这种方式中，通过接收机30接收的信号经过相互不同的传播路径。因为这些传播路径具有不同的传播特性(脉冲响应)，所以通过接收机30的两个天线311和312接收的无线电信号，在均衡器32经过均衡和分离处理，由此从发射机10的发射天线111和112发射的信息序列按分离的形式产生。均衡器32可以执行与在文献3中披露MIMO(多输入多输出)系统中信号分离处理相似的分离处理过程。这里从发射天线111和112发射的信息序列是一样的，在合成器33，在均衡器32分离的两个信息序列被加到一起成为单一信息序列。
既然无线电转发器20的接收天线21和发射天线22具有相互正交的极化特性，因而接收和发射能够同时和连续地发生，并且无线电转发器20的装置增加了传播路径的数量，使信道容量得到增加。如图8虚线所示，发射机10可以有多个第一极化发射天线111，并且也可以有多个第二极化发射天线112。同样，可以提供多个无线电转发器20，并且可以为接收机30配备三个或更多个第二极化天线。
系统实例2
能够应用依照本发明无线电中继传输方法的系统装置，将参照举例说明系统装置的图9用简要的方式进行描述。
无线电信号从发射机10的第一极化发射天线11发射，并且通过具有与第一极化发射天线11相同极化特性的无线电转发器20的第一极化接收天线21接收。放大接收的无线电信号，并且从与接收天线21极化特性正交的第二极化发射天线22发射，或当作极化与接收的无线电信号极化正交的无线电信号发射。在接收机30，无线电信号通过极化特性与无线电转发器20的第二极化天线22一样的第二极化接收天线311和极化特性与第二极化天线22正交的第一极化接收天线312接收。
从发射机10的第一极化发射天线11发射的无线电信号，通过无线电转发器20进行中继传输和放大，并通过接收机30的第二极化接收天线311接收，如用实线611和612表示，并且也在没有通过无线电转发器20进行中继传输的情况下，通过接收机30的第一极化接收天线312接收，如用虚线614表示。
在合成器33，通过接收机30的两个接收天线311和312接收的信号被合成。既然通过接收天线311和312接收的信号的传播路径具有不同的特性，或既然传播路径的数量增加，并且无线电转发器20对接收信号的极化进行正交以在公共频带发射，所以接收和发射能够同时和连续地发生，从而允许增加信道容量。如图9虚线所示，发射机10可以有多个第一极化发射天线11，可以提供多个无线电转发器20，并且接收机30可以有多个第二极化接收天线311。同样，可以提供多个第一极化接收天线312。
系统实例3
能够应用依照本发明方法的系统实例的简化装置，将参照图10进行描述。发射机10从极化特性相互正交的第一极化发射天线111和第二极化发射天线112同时发射独立(或不同)的信息序列或同样的信息序列。
无线电转发器20包括接收无线电信号的第一极化接收天线21。接收的无线电信号，被当作相对接收信号极化正交的无线电信号，从第二极化发射天线22发射。接收机30通过第二极化接收天线311接收无线电信号，也通过第一极化接收天线312接收无线电信号。
考虑到从发射机10的第一极化天线111发射的无线电信号，可以看到，这里有两个具有相互不同的传播特性的传播路径，包括如图10用实线611和612表示的传播路径，经过该传播路径，无线电信号通过无线电转发器30进行中继传输，并且通过接收机30的第二极化接收天线311接收，和用实线613表示的传播路径，经过该传播路径，在没有通过无线电转发器20进行中继传输的情况下，无线电信号通过第一极化接收天线312接收。考虑到从发射机10的第二极化天线112发射的无线电信号，如用虚线621表示，在没有通过无线电转发器20进行中继传输的情况下，通过接收机30的第二极化接收天线311接收。在接收机30，通过两个接收天线311和312接收的无线电信号，经过依照MIMO系统的均衡和信号分离技术的均衡器32进行处理，分离成为从发射机10的发射天线111和112发射的信息序列。通过这种方式，通过增加传播路径的数量，以及通过无线电转发器20的同时接收和发射来增加信道容量。再者，发射机10可以有多个第一极化发射天线111，或多个第二极化发射天线112，并且同样地，接收机30可以有多个第一极化接收天线312，或多个第二极化接收天线311。
实施方式2
依照本发明方法的实施方式2，现在将参照图11所示的系统装置进行描述。发射机10从极化特性相互正交的第一极化发射天线111和第二极化发射天线112，同时在公共频带上发射独立或同样的信息序列。
在无线电转发器20，第一极化接收天线211和第二极化接收天线212接收无线电信号。通过接收天线211接收的信号，在环路干扰抑制器271中抑制其环路干扰信号，然后通过放大器241放大，并被当作极化相对接收信号正交的无线电信号从第二极化发射天线221发射。来自第二极化接收天线212的接收信号，通过环路抑制器272抑制环路干扰信号，然后通过放大器242放大，并被当作极化相对接收信号正交的无线电信号，从第一极化发射天线212发射。换句话讲，无线电转发器20与图6或图7所示的情况相似。
在接收机30，第二极化接收天线311和313接收无线电信号，同时第一极化接收天线312和314接收无线电信号。考虑到从发射机10的第一极化天线111发射的无线电信号，这里有四个具有相互不同的传播特性的传播路径，包括如图11用实线611、612和613表示的两个传播路径，经过该传播路径，无线电信号通过无线电转发器20进行中继传输，并且通过接收机30的两个第二极化接收天线311和313接收，和用实线614和615表示的两个传播路径，经过该传播路径，在没有通过无线电转发器20进行中继传输的情况下，无线电信号通过第一极化接收天线312和314接收。同样，考虑到从发射机10的第二极化天线112发射的无线电信号，这里有四个具有相互不同的传播特性的传播路径，包括如用虚线623、624和625表示的两个传播路径，经过该传播路径，无线电信号通过无线电转发器20进行中继传输，并且通过接收机30的第一极化接收天线312和314接收，和用虚线621和622表示的两个传播路径，经过该传播路径，在没有通过无线电转发器20进行中继传输的情况下，无线电信号通过第二极化接收天线311和313接收。在接收机30，来自四个接收天线311至314的接收信号，在依照MIMO的均衡和信号分离技术的均衡器32中进行处理，分离成为从发射机10的发射天线111和112发射的两组信息序列。在无线电转发器20，将通过第一极化接收天线211和第二极化接收天线212接收的无线电信号进行放大，并且当作极化相对各个接收的无线电信号正交的无线电信号进行发射，从而使接收和发射能够同时和连续地进行。通过增加传播路径以及通过转发器20同时进行接收和发射，能够增加信道容量，。
如图12所示，这里相应的部分由与图11类似的标号标明，无线电转发器20可以分离的形式包含具有第一极化接收天线211和第二极化发射天线221的无线电转发器201，和具有第二极化接收天线212和第一极化发射天线222的无线电转发器202。在这种情况下，第二极化发射天线221与第二极化接收天线212之间的耦合和第一极化发射天线222与第一极化接收天线211之间的耦合，都小于图11所示装置的情况，因此，可以省略安装在无线电转发器201和202中的环路干扰抑制器271和272。当从发射机10的发射天线111和112发射同样的信息序列时，在接收机30分离的两组信息序列被加在一起以在合成器33合成。接收机30的接收天线可以只包含第二极化接收天线311和第一极化接收天线312。
发射机10可以有数量等于Ma(这里Ma是一个等于或大于1的整数)的第一极化发射天线和数量等于Mb(这里Mb是一个等于或大于1的整数，最好|Ma-Mb|≤1)的第二极化发射天线，这里可以提供每个具有第一极化接收天线和第二极化发射天线的、数量等于La(这里La是一个等于或大于1的整数)的无线电转发器和每个具有第二极化接收天线和第一极化发射天线的、数量等于Lb(这里Lb是一个等于或大于1的整数，最好|La-Lb|≤1)的无线电转发器，并且接收机30可以有数量等于Na(这里Na是一个等于或大于1的整数，最好从2到4或更多，最好Na≥Ma)的第一极化接收天线和数量等于Nb(这里Nb是一个等于或大于1的整数，最好Nb≥Mb)的第二极化接收天线。作为实例，图13显示Ma＝Mb＝2、Na＝Nb＝3和La＝Lb＝2的装置，也就是，两套无线电转发器(图11所示无线电转发器20)，每一套具有两个接收天线和发射天线设备。可以看到，当计算La和Lb时，一套一个接收天线和一个发射天线当作一个无线电转发器计算。
在图13所示的无线电转发器系统和La、Lb、Ma、Mb、Na和Nb是普通的无线电转发器系统中，无线电转发器20可以包含极化特性相互正交的一套接收天线和发射天线，或图12所示的无线电转发器。可替换地，具有一套极化特性相互正交的接收天线和发射天线的无线电转发器和具有多个此套设备的无线电转发器，可以是分散的，如图13虚线所示。另外，发射机10可以是划分并分离为多个部分，同时无线电转发器20可以结合成为一个。接收机30也可以是划分并分离为多个部分。在这种情况下，普遍理想的是，接收机30具有两套到四套第一极化接收天线和第二极化接收天线以及均衡器32，该均衡器进行信号均衡，并且分离处理只要求分离成一个或多个接收机30所需要的信号。
模式3
模式3描述的是实现依照本发明的无线电转发器的模式。
在图12所示的无线电转发器和在图13所示的系统，这里一套接收天线和发射天线存在于一个或多个无线电转发器中，在反射波面前，如果在反射过程中，在从一个无线电转发器接收的无线电信号(无线电波)和从同一个无线电转发器发射然后反射的另一个无线电信号(无线电波)之间的极化正交被改变，再次使通过同一个转发器接收的反射无线电信号(无线电波)的情况发生，则在无线电转发器有产生振荡的可能性。另外，如果无线电转发器201和202远距离定位，则经过与上述关于图6的相似的封闭路径，有产生振荡的可能性，即：从发射机10的第二极化发射天线112发射的无线电信号，通过无线电转发器201的第二极化接收天线211接收，并且接收的无线电信号被放大后从第一极化发射天线221发射，并且经过图12单点划线所示的环路干扰传输路径35，通过无线电转发器202的第一极化接收天线212接收发射的无线电信号，接收的环路干扰信号被放大后从第二极化发射天线222发射，并且发射的环路干扰信号通过转发器201的第二极化接收天线211接收，然后被放大后从第一极化发射天线221发射。
为了防止由于反射波产生的、或涉及不同无线电转发器的振荡出现，图1所示的常规环路干扰抑制器2，能够在如图12或13所示的含有一套接收天线和发射天线的无线电转发器中使用。在这种情况下，与不经过无线电转发器的环路干扰信号相比，涉及无线电转发器的环路干扰信号将在有相当长的时间延迟的情况下通过公共接收天线接收，尤其当在转发器中的中继传输操作复杂时。因为这个原因，用于产生环路干扰信号模型的FIR滤波器，将会增加分接的数量。现在，依照本发明解决这个问题的无线电转发器的实施方式将在下面进行描述。
实施方式3
图14所示的实施方式3，在这里，在输入到放大器24之前，来自第一极化接收天线21的接收信号经过环路干扰抑制器27，并且来自放大器24的放大信号从第二极化发射天线22发射。在环路干扰抑制器27，将来自接收天线21的接收信号输入到包括信道估算器51a的信道估算/延迟判决单元51，在信道估算/延迟判决单元51中，例如依照如文献1披露的技术，估算环路干扰信号的传输特性。例如，估算的传输特性表示环路干扰信号的脉冲响应，并且如图15所示，它提供由于没有经过不同无线电转发器的反射波产生的环路干扰信号的传输路径的脉冲响应52，和经过不同无线电转发器的、相对脉冲响应52有延迟关系的环路干扰信号的传输路径的脉冲响应53。
该单元还包括信道分离器51b，在这里分离最初的脉冲响应52和后来的脉冲响应53。例如，分离通过以下进行：检测超过给定数值并且在最初的脉冲响应52的数值减少到给定数值之后出现的脉冲响应数值。在FIR滤波器54设置分离的最初的脉冲响应52或不涉及无线电转发器的环路干扰信号的传输路径特性的估算值，同时在FIR滤波器55设置后面获得的脉冲响应53或经过无线电转发器的环路干扰信号的传输路径特性。延迟判决单元51c检测从最初的脉冲响应开始到后面的脉冲响应53开始的时间间隔D，并且在可变延迟单元57将这个时间间隔设置为延迟时间。
从接收天线21接收的无线电信号，该信号是放大器24的输入信号，在FIR滤波器54，与最初的脉冲52脉冲进行卷积，产生不涉及无线电转发器的环路干扰信号的模型。在减法器56，从接收的无线电信号减去该环路干扰信号的模型。在输入到FIR滤波器55之前，在可变延迟单元57，按时间间隔D延迟放大器24的输入信号。在FIR滤波器55，延迟的输入信号与后面的脉冲响应5 3进行卷积，产生涉及无线电转发器的环路干扰信号的模型。在减法器56，从接收的无线电信号减去该环路干扰信号的模型。在减法器56，接收的无线电信号减去两个环路干扰信号的模型，然后输入到放大器24。
在脉冲响应52和脉冲响应53之间的时间差D，与不涉及无线电转发器的环路干扰信号和涉及无线电转发器的环路干扰信号之间的时间差是一致的。因而，接收的无线电信号用抑制两个环路干扰信号的方式，输入到放大器24。可以看到，两个FIR滤波器54和55，只要求具有与相应脉冲响应52和53的长度相应的分接数量。然而，在常规的环路干扰抑制器的FIR滤波器，要求滤波器具有与从最初的脉冲响应52开始到后面的脉冲响应53结束的时间间隔相应的分接数量。可以看到，与常规装置要求的分接数量相比较，在实施方式3中，FIR滤波器54和55的分接数量的总和大大减少。环路干扰信号的传输路径特性的估算用适当的方式定时实施，并且在环路干扰抑制器27中的每一个，以及如图7所示的无线电转发器的环路干扰抑制器271和272，依照估算的传输路径特性(脉冲响应系数)，设置相应的FIR滤波器的系数。
实施方式4
例如，图14所示的无线电转发器描绘了本发明应用到如图12所示的无线电转发器201，但是，也可用于图11所示的无线电转发器20，或图13所示的无线电转发器201或202。图16举例说明了这样的实例，这里与图14相应的部分用相同的标号标明，每个下标“1”的标号表示从接收天线211到发射天线221的中继传输系统，下标“2”表示从接收天线212到发射天线222的中继传输系统，以便省略重复的描述。
实施方式5
在图16的装置中，自身中继传输系统的环路干扰信号或由于发射天线221发射的信号产生、并通过接收天线211接收的环路干扰信号被抑制，并且从发射天线222到接收天线212的自身中继传输系统的环路干扰信号被抑制。现在将参照图17对实施方式5进行描述，在这里，从发射天线221通过反射等等环绕到接收天线211(自身中继传输系统)的信号以及如图7所示传播环绕到接收天线212(不同中继传输系统)的信号两个都被抑制。来自减法器561和562的每一个输出信号的一部分都输入到信道估算器/延迟判决单元581，以便估算到接收天线211(自身中继传输系统)的环路干扰传输路径的特性，该环路干扰为如由于反射出现极化特性改变而产生的结果，或估算到接收天线212(不同中继传输系统)(或图7所示环路干扰传输路径41)的环路干扰传输路径的特性。在FIR滤波器541设置估算的前一个环路干扰路径特性，同时在FIR滤波器452设置估算的后一个环路传输路径特性，并且在可变延迟单元572设置确定的延迟。输入到放大器241的输入信号的一部分，经过可变延迟单元572输入到FIR滤波器452，将滤波器的输出输入到减法器562。
用同样的方式，来自每个减法器561和562的输出信号一部分，输入到信道估算器/延迟判决单元582，以便估算由于反射而通过接收天线212(自身中继传输系统)接收来自发射天线222的发射的环路干扰传输路径的特性，并且估算通过接收天线211(不同中继传输系统)接收相同的发射的环路干扰传输路径的特性。在FIR滤波器542设置估算的前一个环路干扰传输路径特性，在FIR滤波器451设置估算的后一个环路干扰传输路径的特性，并且在可变延迟单元571设置确定的延迟。
放大器242的输入信号的一部分，经过可变延迟单元571输入到FIR滤波器451，并且将FIR滤波器451的输出输入到减法器561。为了防止产生振荡，在发送导频信号期间，来自减法器561的输出信号不输入到放大器241。
在实施方式1、4、5和系统实例1、2所示的无线电转发器及实施方式3所描述的无线电转发器中，每个天线都当作单一天线单元来说明。然而，每个天线可以包含阵列天线。图18显示这样的实施方式5。
包含多个第一极化天线单元21e1的阵列天线组成第一极化接收天线211，包含多个第二极化天线单元21e2的接收阵列天线组成第二极化接收天线212，包含多个第二极化天线单元22e1的阵列天线组成第二极化发射天线221，并且包含多个第一极化天线单元22e2的阵列天线组成第一极化发射天线222。
通过第一极化接收天线211的各第一极化天线单元22e1接收的无线电信号，在安装在加权加法器711中的乘法器71a，依照它们的幅度和相位进行加权，然后在加法器71b加在一起后输入到环路干扰抑制器271。同样，通过第二极化接收天线212的各第二极化天线单元21e2接收的无线电信号，在加权加法器712进行加权并加在一起后输入到环路干扰抑制器272。
来自放大器241的放大输出信号，在加权单元721分支成为多个部分，在各自的乘法器72a，依照它们的幅度和相位进行加权，随后馈给第二极化发射天线221相应的第二极化天线单元22e1，当作无线电波发射。同样，来自放大器242的放大输出信号，在加权单元722被分支和加权，馈给相应的第一极化天线单元22e2，当作无线电波发射。
天线权生成器73生成在加权加法器711和712的各自的乘法器71a中设置的权，从而控制第一极化接收天211和第二极化接收天线212的天线方向性模式，以便减少通过第一极化接收天线211和第二极化接收天线212接收的环路干扰信号的大小。同样，天线权生成器73生成在加权加法器721和722的各自的乘法器中设置的权，控制第二和第一极化发射天线221、222的天线方向性模式，以便减少通过第一和第二极化接收天线211、212接收的环路干扰信号的大小。
可以计算在加权加法器711、712和加权单元721、722中使用的权，以便在无线电转发器的制造期间，调整每个阵列天线的方向性模式，以起到抑制各环路干扰信号的作用，并且可以按照所调整的固定权。可替换地，在无线电转发器工作期间，权可以依照周围的环境定时地进行修正，例如，当通过第一和第二极化接收天线211和212的无线电信号的接收暂时中断时，通过从第二和第一极化发射天线221和222发射一个监控信号并进行权修正，以便减少通过第一和第二极化天线211和212接收的环路干扰信号的大小。可以看到，加权加法器711、712和加权单元721、722组成用于确定相应阵列天线的各天线单元权的权应用装置。
具体地讲，确定在加权加法器711、712中使用的权，使得在至少第一和第二极化接收天线211和212的天线方向性模式上，在希望接收的无线电信号的进入方向(oncoming direction)上的增益，大于在环路干扰信号入射方向上(direction of incidence)的增益。同样，确定在加权加法器721、722中使用的权，使得在至少第二和第一极化发射天线221和222的天线方向性模式上，在发射方向上的增益，大于希望第一和第二极化接收天线211和212接收的无线电信号的进入方向上的增益。
用这个装置，可以通过控制第一极化接收阵列天线211的方向性，减少来自具有相同极化的第一极化发射阵列天线222的环路干扰信号的影响，并减少由基于极化正交的分离缺陷引起的、来自第二极化发射阵列天线221的环路干扰的影响。同样，可以通过控制第二极化接收阵列天线212的方向性，减少来自与阵列天线212具有相同极化的第二极化发射阵列天线221的环路干扰信号的影响，并减少由基于极化正交的分离缺陷引起的、来自第一极化发射阵列天线222的环路干扰的影响。还可以通过控制第二极化发射阵列天线221的方向性，减少对与阵列天线221具有相同极化的第二极化接收阵列天线212的环路干扰信号的影响，并减少由基于极化正交的分离缺陷引起的、对第一极化接收阵列天线211的环路干扰的影响。用同样的方式，可以通过控制第一极化发射阵列天线222的方向性，减少对与阵列天线222具有相同极化的第一极化接收阵列天线221的环路干扰信号的影响，并减少由于基于极化正交的分离缺陷引起的、对第二极化接收阵列天线212的环路干扰的影响。
如上所述，因为在实施方式5，通过利用阵列天线的方向性和环路干扰抑制器，减少了环路干扰信号的影响，所以由于环路干扰信号引起的振荡的情况能够抑制，同时允许增大放大器的增益。阵列天线可以仅用于接收天线211和212，或仅用于发射天线221和222。
可以看到，图8至13所示的每个无线电转发器都具有非常简单的装置，从而能够用紧凑的形式和便宜的价格制造。因此，无线电转发器20能够在移动通信系统或广播系统使用，通过将无线电转发器20安装在以下地点：例如外部无线电波能够比较容易接收并且中继的无线电波能够传播进入建筑物内部的建筑物，或通过将无线电转发器20安装在有人或人口密集的出租车的车身里面、家庭送货车辆、或公共汽车，用简单的方式提供有限区域的中继服务范围。假如无线电转发器20安装在移动的交通工具上，并且这种无线电转发器20利用如图4所示的圆极化，如果图4所示的平面41和43与发射机10的发射天线相应的平面是平行的，则在通过接收天线21接收的无线电信号和从发射天线22发射的无线电信号之间能够保持极化正交，但是，如果平面41和43与发射机10的发射天线相应的平面是垂直的，则通过接收天线21接收的无线电信号和从发射天线22发射的无线电信号将有完全相同的垂直极化。同样，如果使用图5所示采用圆极化的无线电转发器，当无线电转发器的天线和发射机10的发射天线正好是相对关系安装时，则通过接收天线21接收的无线电信号和从发射天线22发射的无线电信号，具有在彼此相反的方向旋转的圆极化，但是，当无线电转发器的天线和发射机的发射天线在相互垂直的平面上安装时，则通过无线电转发器的接收天线21接收的无线电信号和从发射天线22发射的无线电信号，两个都具有垂直极化，并且在极化之间的正交性不再得到保持。在任何这些情况下，环路干扰抑制器的装置，在没有失去由于使用无线电转发器使传播路径数量增加的优势情况下，使中继放大得以实现。
从上面的描述可以看到，通过无线电转发器的环路干扰抑制器估算的环路干扰信号的传输特性或者为以下任何一个：(1)如由于反射引起的发射的无线电信号的极化改变，例如从第二极化发射天线221发射，直到通过第一极化接收天线211接收为止的无线电信号的传输路径特性(2)直到同样的发射信号通过第二极化接收天线212接收为止的传输路径特性，(3)在通过第二极化接收天线212接收之后通过放大器14放大并从第一极化发射天线222发射，直到通过第一极化接收天线211接收的同样的发射的无线电信号的传输路径特性，或着为(1)和(2)或(3)的两个组合。

Claims (7)

1、一种无线电转发器，包含：
至少一个具有第一极化特性的第一接收天线；
至少一个具有相对第一极化特性正交的第二极化特性的第二接收天线；
至少两个与每个接收天线相连接的环路干扰抑制器，用于从接收的无线电信号中抑制来自发射的无线电信号的环路干扰信号；
至少两个放大器，用于放大来自每个环路干扰抑制器的每个环路干扰被抑制的无线电信号；
和至少一个每个分别具有第一和第二极化的第一和第二发射天线被馈给已经通过第一和第二接收天线接收并经过相应环路干扰抑制器和相应放大器的无线电信号，用于发射无线电信号。
2、如权利要求1的无线电转发器，其中将从发射天线发射通过接收天线接收的并经过环路干扰抑制器和放大器的无线电信号的系统当作中继传输系统表示，，每个环路干扰抑制器包含：
信道估算器，用于接收通过自身中继传输系统的接收天线接收的无线电信号，当作输入，以估算从不同中继传输系统的发射天线到自身中继传输系统的接收天线的环路干扰信号的第一传输路径特性；
FIR滤波器，用于将估算的第一传输路径特性与通过不同中继传输系统的接收天线接收的无线电信号进行卷积；
和减法器，用于从通过自身中继传输系统的接收天线接收的无线电信号中减去FIR滤波器的输出，并将其馈给自身中继传输系统的放大器。
3、如权利要求2的无线电转发器，其中，通过不同中继传输系统的接收天线接收的无线电信号，也输入到信道估算器，用于估算从自身中继传输系统的发射天线到自身中继传输系统的接收天线的环路干扰信号的第二传输路径特性，
信道估算器包含可变延迟，用于按照与检测的延迟相应的数量，使通过自身中继传输系统的接收天线接收的无线电信号产生延迟；和第二FIR滤波器，用于将第二传输路径特性与接收和延迟的无线电信号进行卷积，
减法器从通过自身中继传输系统的接收天线接收的无线电信号中，减去第二FIR滤波器的每个输出信号。
4、如权利要求1的无线电转发器，其中，每个环路干扰抑制器包含
信道估算器，用于估算通过与环路干扰抑制器相连接的接收天线接收的环路干扰信号的传输路径特性；
信道分离器，用于从延迟的第二传输路径特性，识别和分离包含在估算的传输路径特性中的第一传输路径特性；
延迟判决单元，用于相对第一传输路径特性检测第二传输路径特性的延迟；
第一FIR滤波器，用于将通过和环路干扰抑制器相连接的接收天线接收的无线电信号与第一传输路径特性进行卷积；
可变延迟，用于按照检测到的延迟，使通过与环路干扰抑制器相连接的接收天线接收的无线电信号延迟；
第二FIR滤波器，用于将接收和延迟的无线电信号与第二传输路径特性进行卷积；
和减法器，用于从通过与环路干扰抑制器相连接的接收天线接收的无线电信号中，减去来自第一FIR滤波器和第二FIR滤波器的每个输出信号，并馈给放大器。
5、如权利要求1至4中任一项的无线电转发器，其中，具有第一极化特性的第一接收天线和具有第二极化特性的第二接收天线中的至少一个，以及具有第二极化特性的第一发射天线和具有第一极化特性的第二发射天线中的至少一个包含阵列天线，进一步包含：
权应用装置，用于给阵列天线的每个天线单元确定权，以便测定抑制环路干扰信号的方向性。
6、一种无线电中继传输方法，包含以下步骤：
使用至少一个具有第一极化特性的第一天线和至少一个具有与第一极化特性正交的第二极化特性的第二天线，从发射机发射无线电信号；
通过至少一个具有第一极化特性和第二极化特性之一的极化特性的接收天线，接收发射的无线电信号；
和为了无线电中继传输的目的，放大接收的无线电信号，并且从极化特性与接收天线的极化特性正交的发射天线发射该无线电信号。
7、如权利要求6的无线电中继传输方法，进一步包含步骤：
通过在接收机中至少一个具有第一极化特性的天线和至少一个具有第二极化特性的天线，接收中继传输的无线电信号。
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