[发明专利]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

说明书

技术领域

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。

背景技术

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)。

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10GHz。注意，根据国际电信联盟的推荐(″Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radio communication systems and radio local area networks in the frequency range 900MHz to 100GHz，″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。

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。

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。

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。

然而，近来关于毫米波的传播属性的研究发现，可以利用反射波，而无需有意识地安装反射体。图26示出了使用广角天线的系统的配置，并且图27示出了当系统用于室内时使用像图26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26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27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。

因此，当直接波被阻挡时，必须如图25A和25B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。

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5mm)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。

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。