CN101714887A - Mimo转发器装置、mimo手持终端装置和mimo无线通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及MIMO转发器装置、MIMO手持终端装置和MIMO无线通信方法。一种根据多输入多输出无线通信***执行与设置在无线基站装置侧的多个基站天线的组之间的通信的装置包括设置在用户身体附近的多个转发器天线的组。所述装置还包括转发器基地装置，所述转发器基地装置连接到所述转发器天线的组，根据短距离无线通信***与由所述用户携带的手持移动终端装置之间传送该手持移动终端装置中的发送/接收数据，并且根据所述多输入多输出无线通信方法在所述多个转发器天线的组与所述基站天线的组之间传送所述发送/接收数据。

Description

MIMO转发器装置、MIMO手持终端装置和MIMO无线通信方法
技术领域
本文讨论的实施方式涉及提供了数据通信网关的MIMO转发器技术。
背景技术
诸如移动电话的小型无线手持移动装置、PAN(个人局域网)装置或Zigbee装置会经历多径衰落环境，也会受到用户身体遮挡的影响。
这些小型装置中的无线接口通常使用单个天线，这就使得在这种条件下很难保证实际使用中的高速数据通信。解决此问题的简单方式是通过在装置上安装多个天线来使用MIMO(多输入多输出)技术，从而促进高速数据处理。MIMO是利用在发送侧和接收侧两侧都设置多个天线来执行通信的技术，这是4G(***)移动通信的重要技术之一。
例如，提出了一种涉及MIMO技术的通信技术，其中，空间复用模式用于接入点(作为中继起始点)与中继装置之间的通信，而高速固有模式(波束形成)用于所述中继装置与终端之间的通信(参见日本特开No.2007-67726)。
此外，提出了一种涉及MIMO技术的通信技术，其中，MIMO***用于基站与多个中继终端之间的通信，而在所述多个中继终端与终端之间执行利用不同频率的通信(参见日本特开No.2008-118337)。
而且，提出了一种涉及MIMO技术的通信技术，其中，在中继接入点与移动终端之间的通信中使用了利用UWB(超宽带)的近场高速通信方法(参见日本特开No.2004-350108)。
然而，对诸如手持移动终端的***的大小限制使得装配多个天线面临严峻的挑战，因此存在这种***不能使用MIMO处理来进行高速数据通信的问题。
此外，虽然上述通信技术旨在借助中继技术来实现高速通信，但它们并非是便于安装多个天线，从而使得手持移动终端自身能够使用MIMO方法的技术，并且上述通信技术具有为设置中继(转发器)装置而使成本高昂的问题。此问题并不限于上文描述的这些通信技术，在其它一些通信技术中也存在。
此外，传统技术不能克服用户身体遮挡的影响。
发明内容
因此，本发明一方面的目的是提供一种MIMO转发器技术，所述技术能够容易地与小型移动终端相配合并且成本较低。
第一方面提出了一种MIMO转发器装置，所述MIMO转发器装置根据多输入多输出无线通信***，与设置在无线基站装置侧的多个基站天线的组执行无线通信。
多个转发器天线的组设置在用户的身体附近、车辆内或者房屋内。与所述多个转发器天线的组相连接的转发器基地装置设置在所述用户的身体附近、车辆内或者房屋内，其根据短距离无线通信***与由所述用户携带的移动终端装置之间传送所述移动终端装置中的发送/接收数据，并且根据所述多输入多输出无线通信方法在所述转发器天线的组与所述基站天线的组之间传送所述发送/接收数据。例如，所述转发器基地装置将由所述转发器天线的组接收到的信号转换为串行接收信号，并且根据短距离无线通信***来发送所述串行接收信号，将根据所述短距离无线通信***从所述移动终端装置接收到的串行发送信号转换为并行发送信号，并且从所述转发器天线的组发送该并行发送信号。例如，所述短距离无线通信***是毫米波无线通信***、电磁感应无线通信***或者静电感应无线通信***中的任一种。
第二方面提出了一种移动终端装置。首先，所述移动终端装置包括短距离无线通信天线。短距离无线发送器/接收器使用短距离无线通信天线根据短距离无线通信方法，与转发器基地装置之间传送发送/接收数据，从而使所述转发器基地装置根据多输入多输出无线通信***，利用与所述转发器基地装置有线连接的多个转发器天线的组，来与设置在无线基站装置侧的多个基站天线的组之间传送所述发送/接收数据。
在上述第二方面的配置中，可进一步提出一种配置，以包括：无线发送器/接收器，所述无线发送器/接收器根据除了所述多输入多输出无线通信***以外的其它移动无线通信方法来传送所述发送/接收数据；以及模式选择器，所述模式选择器在根据短距离无线通信***来传送所述发送/接收数据的第一通信模式与根据所述移动无线通信***来传送所述发送/接收数据的第二通信模式之间进行切换。
附图说明
图1是例示了根据本实施方式的BA-MIMO转发器***的一种应用形式的图。
图2是BA-MIMO转发器发送***的框图。
图3是BA-MIMO转发器发送***的详细框图。
图4是BA-MIMO转发器接收***的框图。
图5是BA-MIMO转发器接收***的详细框图。
图6A是能够按照两种模式(常规模式和高速模式)工作的HMT装置101的框图。
图6B是能够按照两种模式(常规模式和高速模式)工作的HMT装置101的框图。
图7是例示了在小汽车、公共汽车或者火车中实现BA-MIMO转发器***的情况下的配置的图。
图8是例示了在房屋中实现BA-MIMO转发器***的情况下的配置的图。
图9是BA-MIMO转发器发送***的另一详细框图。
图10是BA-MIMO转发器接收***的另一详细框图。
图11A是能够按照两种模式(常规模式和高速模式)工作的HMT装置101的另一框图。
图11B是能够按照两种模式(常规模式和高速模式)工作的HMT装置101的另一框图。
具体实施方式
下面参照附图对实施方式进行详细说明。在下文中描述的实施方式中，实现了用于在小型手持移动终端(HMT)处发送大量数据的MIMO转发器***。
图1是例示了根据本实施方式的BA-MIMO转发器***的应用形式的图。根据本实施方式的转发器***可以通过佩戴在身上携带(即，它是可佩戴的)，并仅覆盖针对HMT装置101的短距离无线高速数据通信104。为此，在本实施方式中，将这种转发器***称为体域MIMO(BA-MIMO)转发器***。
此外，如下文所述，转发器***能够支持小汽车、公共汽车、火车或者房屋中的短距离通信。在该***中，用户携带能够以两种模式(即，常规模式和高速模式)工作的HMT装置101。这两种模式之一的常规模式已经应用于传统的HMT装置中，而这两种模式中的另一种即高速模式，需要用于处理大量数据的MIMO能力。在常规模式中，针对HMT装置101执行低数据速率通信。高速模式实现了大量数据处理功能。
在用户身上装备BA-MIMO转发器模块以支持所述高速模式。所述BA-MIMO转发器器模块具有一个BA-MIMO基地装置102和多个BA-MIMO天线103。BA-MIMO天线103与图中未示出的手持无线基站之间执行数据的发送/接收。为了处理数据，实现了被称为BA-MIMO集线器并且与所有BA-MIMO天线103有线连接的BA-MIMO基地装置102。
所述BA-MIMO转发器模块部分地处理针对HMT装置101的数据，如同HMT装置101在执行全部MIMO数据处理一样。BA-MIMO转发器模块与HMT装置101之间的通信是短距离无线高速数据通信104，其可以包括根据毫米波***、电磁感应***或者静电感应***的通信。
例如，毫米波的频率是移动电话通信所使用的频率(约1.7GHz至2GHz)的数十倍至数百倍(约30GHz至300GHz)，这使得能够使用比当前无线LAN标准下使用的频带宽得多的频带。采用短距离通信，能够执行超高速(超过1Gbps(千兆位每秒))无线通信。
图2是BA-MIMO发送***的框图，而图3是其详细框图。这些图显示了多个基站天线211，以及BA-MIMO转发器模块201与HMT-MIMO模块202之间的通信信道。在此，HMT-MIMO模块202设置在图1中的HMT装置101中。另外，BA-MIMO转发器模块202包括图1中的BA-MIMO基地装置102和BA-MIMO天线210。此外，短距离天线207可以与图1中的BA-MIMO天线210相集成。
现在，在HMT装置101中，将输入数据从HMT装置101中的高速通信应用或从连接到HMT装置101的外部装置(如个人计算机)输入到HMT-MIMO模块202。
首先，CRC添加器203将用于差错校验的CRC(循环冗余码)加到所述输入数据中，然后编码器204执行编码。因此获得的发送码数据由终端侧短距离无线发送器/接收器205中的D/A转换器301转换为模拟串行发送信号。
该模拟发送信号进一步由终端侧短距离无线发送器/接收器205中的上变频器302上变频为用于短距离无线通信的频带信号，并被从HMT-MIMO模块202中的短距离天线206发射出。
所述模拟串行发送信号由BA-MIMO转发器模块201中的短距离天线207接收，随后由转发器侧短距离无线发送器/接收器208中的下变频器303下变频为基带频带信号，并且由转发器侧短距离无线发送器/接收器208中的A/D转换器304转换为数字串行发送信号。
例如，当短距离天线206与207之间的短距离无线高速数据通信104采用毫米波通信时，在图1中所例示的身体附近区域中，能够实现使用如上所述甚高频带的超高速无线串行数据通信。体域中的短距离通信方法与在移动基站与BA-MIMO转发器模块201之间使用的MIMO***的结合实现了稳定且高速的数据通信。
图2中的MIMO发送处理电路209对应于图3中的305-312部分。所述数字串行发送信号由交织器305进行交织以提高容错率，随后由调制器306进行调制。例如，调制方法可采用诸如16QAM或64QAM的M-QAM(正交调幅)。
空时处理器307将由此获得的已调制发送信号从串行流转换为为MIMO发送而格式化的并行流。IFFT(快速傅立叶逆变换)块组308执行导频信号的***和频带调制信号到多点时域数据组的转换。
+GI块组309向来自IFFT块组308的各输出流添加作为用于克服多径衰落的冗余数据的保护间隔。由此获得的基带发送信号组被上变频为移动无线频带信号组，经放大器组312放大，随后从多个BA-MIMO天线210发送至多个基站天线211。
图4是BA-MIMO接收***的框图，图5是其更详细的框图。这些图按照与图2相同的方式例示了多个基站天线211，以及BA-MIMO转发器模块201与HMT-MIMO模块202之间的通信信道。
图4中的MIMO接收处理电路401对应于图5中的501-510部分。由多个BA-MIMO天线210从多个基站天线211接收的接收信号组被LNA(低噪放大器)组501放大，随后由下变频器组502从移动无线频带信号组下变频为基带频带信号组，再由A/D转换器组503从模拟接收信号组转换为数字信号组。
接下来，在时间同步电路505的控制下进行操作的-GI块组504去除所述数字接收信号组中的保护间隔。此外，FFT(快速傅立叶变换)块组506将所述时域数字接收信号组转换为频域数字接收信号组。
随后，MIMO检测器507针对上述数字接收信号组执行信道估计，以对所述MIMO数据进行处理。随后，并行/串行转换器508将从MIMO检测器507输出的并行接收信号组转换为串行接收信号。
所述串行接收信号经由解调器509解调，随后经历由解交织器510进行的解交织处理，并由转发器侧短距离无线发送器/接收器208中的D/A转换器511转换为模拟串行接收信号。
随后，模拟串行接收信号由转发器侧短距离无线发送器/接收器208中的上变频器512从基带频带信号上变频为用于短距离无线通信的频带信号，并从BA-MIMO转发器模块201中的短距离天线207发射出。
模拟串行接收信号由HMT-MIMO模块202中的短距离天线206接收，随后被终端侧短距离无线发送器/接收器205中的下变频器513从用于短距离无线通信的频带信号下变频为基带频带信号，接着由终端侧短距离无线发送器/接收器205中的A/D转换器514转换为数字接收信号。
随后，所述数字接收信号由解码器402解码，并由CRC提取器403进行CRC校验，从而获得最终输出数据。
图6A和6B是能够在两种模式(常规模式和高速模式)下工作的HMT装置101的框图。图6A是发送***的HMT装置的框图，其中与图2和图3中的部分具有相同参考标记的部分执行相同的操作。当模式选择器601选择了高速模式时，203、204、301以及302中的各部分的操作如前面在图2和图3的描述中所述。
而当模式选择器601选择了常规模式时，从编码器204输出的发送数据由调制器602调制，然后由D/A转换器603转换为模拟发送信号。此外，该模拟发送信号由上变频器604上变频为常规移动无线频带信号，经由放大器605放大，随后从用于常规移动无线通信的常规天线606发射出。在此情况下，基站间的通信不是基于MIMO***，而是基于常规移动无线***来执行。
图6B是HMT接收***的HMT装置101的框图，其中与图2和图3中的部分具有相同参考标记的部分执行相同的操作。当模式选择器611选择了高速模式时，513、514、402以及403中的各部分的操作如前面在图4和图5的描述中所述。
而当模式选择器611选择了常规模式时，常规天线606接收的符合常规移动无线***的接收信号由LNA(低噪放大器)607放大，随后由下变频器608从移动无线频带信号组下变频为基带频带信号组，并经由A/D转换器609从模拟接收信号转换为数字信号。该数字接收信号由解调器610解调，随后由解码器402解码并流向CRC提取器403。由此获得最终输出数据。
在图6A和图6B的配置中，模式选择器601和611对通信过程中的数据量进行监测，如果它们根据监测结果确定需要高速数据通信，则执行到高速模式的切换，并且执行上述BA-MIMO转发器处理。当模式选择器601和611根据对通信过程中的数据量的监测结果，确定不需要高速数据通信时，它们选择常规模式来执行不使用MIMO***的常规移动无线通信。
图7是例示了在小汽车、公共汽车或火车中实现BA-MIMO转发器***的情况下的配置的图。BA-MIMO基地装置102可被配置为通过针对各用户的并行任务处理来执行上述BA-MIMO转发器处理，从而应付针对多用户的HMT装置101。
图8是例示了在房屋中实现BA-MIMO转发器***的情况下的配置的图。在此情况下，BA-MIMO基地装置102也能够通过并行任务处理来应付针对多用户的HMT装置101。
虽然在上述实施方式中，如图3或图5中所示，所述MIMO处理被配置为在BA-MIMO基地装置102中的BA-MIMO转发器模块201中执行，但该MIMO处理也可被配置为在HMT装置101中的HMT-MIMO模块202中执行。
此外，如图9(对应于图3)、图10(对应于图5)、图11A和11B(对应于图6A和6B)中所示，LNA314、516可设置在下变频器303、513的前级，并且放大器313、515可设置在上变频器302、512的后级，从而确保短距离无线高速数据通信中的更高质量通信。
本实施方式中的近场MIMO转发器装置使得能够提供如下新特性，即，在不存在因对手持移动终端装置的尺寸的限制而引起的牺牲的情况下，能够根据MIMO来稳定地处理高速数据。
此外，通过将本实施方式的手持移动终端配置成使其能够在不使用近场MIMO转发器装置的常规移动无线通信模式与使用近场MIMO转发器装置的高速MIMO通信模式之间进行切换，而能够提高用户的可用性。
在此陈述的全部示例和条件语言都旨在教学目的，以辅助读者理解发明人为推动现有技术所贡献的发明和原理，并且应当被释义为不限于这些具体陈述的示例和条件，本说明书中这些示例的组织结构也不涉及对本发明的优点和缺点的展示。虽然已经详细地描述了本发明的实施方式，但应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种改变、替换以及变更。

Claims (15)

1.一种执行无线通信的多输入多输出转发器装置，所述多输入多输出转发器装置包括：
设置在用户附近的指定区域内的多个转发器天线的组；和
设置在所述指定区域内的转发器基地装置，所述转发器基地装置有线连接到所述多个转发器天线的组，根据短距离无线通信***与用户携带的移动终端装置之间传送所述移动终端装置中的数据，并且根据多输入多输出无线通信***在所述转发器天线的组与设置在无线基站装置侧的多个基站天线的组之间传送所述数据。
2.根据权利要求1所述的多输入多输出转发器装置，其中
所述多个转发器天线的组设置在所述用户的身体附近，并且
所述转发器基地装置设置在所述用户的身体附近。
3.根据权利要求1所述的多输入多输出转发器装置，其中
所述多个转发器天线的组设置在车辆中，
所述转发器基地装置设置在所述车辆中，并且
所述移动终端装置由所述车辆中的用户携带。
4.根据权利要求1所述的多输入多输出转发器装置，其中
所述多个转发器天线的组设置在房屋中，
所述转发器基地装置设置在所述房屋中，并且
所述移动终端装置由所述房屋中的用户携带。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的多输入多输出转发器装置，其中
所述转发器基地装置将由所述转发器天线的组接收到的接收信号转换为串行接收信号，并且根据所述短距离无线通信***将该串行接收信号发送到所述移动终端装置；并且
所述转发器基地装置将根据所述短距离无线通信***从手持的所述移动终端装置接收的串行发送信号转换为并行发送信号，并且从所述转发器天线的组发送所述并行发送信号。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的多输入多输出转发器装置，其中
所述短距离无线通信***是毫米波无线通信***、电磁感应无线通信***或者静电感应无线通信***中的任一种。
7.一种多输入多输出移动终端装置，所述多输入多输出移动终端装置包括：
短距离无线通信天线；和
短距离无线通信器，其利用所述短距离无线通信天线根据短距离无线通信***而与转发器基地装置之间传送数据，从而使得所述转发器基地装置根据多输入多输出无线通信***，使用有线连接到所述转发器基地装置的多个转发器天线的组，与设置在无线基站装置侧的多个基站天线的组之间传送所述数据。
8.根据权利要求7所述的多输入多输出移动终端装置，其进一步包括：
无线通信器，所述无线通信器根据除了所述多输入多输出无线通信***以外的移动无线通信***来传送所述数据；和
模式选择器，所述模式选择器在根据所述短距离无线通信***传送所述数据的第一通信模式与根据所述移动无线通信***传送所述数据的第二通信模式之间进行切换。
9.根据权利要求7或8所述的多输入多输出移动终端装置，其中
所述短距离无线通信***是毫米波无线通信***、电磁感应无线通信***或者静电感应无线通信***中的任一种。
10.一种多输入多输出无线通信方法，其用于根据多输入多输出无线通信***执行与设置在无线基站装置侧的多个基站天线的组之间的无线通信，所述方法包括以下步骤：
根据短距离无线通信***，在设置在用户附近的指定区域中的转发器基地装置与由该用户携带的移动终端装置之间，传送所述移动终端装置中的数据，其中所述转发器基地装置有线连接到设置在所述指定区域中的转发器天线的组；和
根据所述多输入多输出无线通信***，在所述转发器天线的组与所述基站天线的组之间传送所述数据。
11.根据权利要求10所述的多输入多输出无线通信方法，其中
所述多个转发器天线的组设置在所述用户的身体附近，并且
所述转发器基地装置设置在所述用户的身体附近。
12.根据权利要求10所述的多输入多输出无线通信方法，其中
所述多个转发器天线的组设置在车辆中，
所述转发器基地装置设置在所述车辆中，并且
所述移动终端装置由所述车辆中的用户携带。
13.根据权利要求10所述的多输入多输出无线通信方法，其中
所述多个转发器天线的组设置在房屋中，
所述转发器基地装置设置在所述房屋中，并且
所述移动终端装置由所述房屋中的用户携带。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的多输入多输出无线通信方法，其中
将由所述转发器天线的组接收到的接收信号转换为串行接收信号，并根据所述短距离无线通信***将所述串行接收信号发送到所述移动终端装置；并且
将根据所述短距离无线通信***从所述移动终端装置接收到的串行发送信号转换为并行发送信号，并从所述转发器天线的组发送所述并行发送信号。
15.根据权利要求10至14中的任一项所述的所输入多输出无线通信方法，其中
所述短距离无线通信***是毫米波无线通信***、电磁感应无线通信***或者静电感应无线通信***中的任一种。
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