用于自适应多输入多输出(mimo)无线通信系统的方法和设备的制作方法

专利名称：用于自适应多输入多输出(mimo)无线通信系统的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及配有多功能可重新配置天线和自适应编码方案的自 适应多输入多输出(MIMO)通信系统的领域。
背景技术：
近年来人们已经对使用被证明可以显著提高无线信道容量和改
善分集的、诸如智能天线和自适应编码和调制技术的相关技术的
MIMO系统进行了大量研究。最佳地使用有限和昂贵的无线带宽是隐
藏在这些努力后面的主要动机。尽管在这些研究中，已经对在编码和
信号处理架构的背景下这些系统的性能分析给予高度关注，但天线方
面的研究局限于天线数量的影响，而很少考虑到天线的辐射和极化特 性和阵列几何结构。
许多内容都已写在有关MIMO系统、和像空间-时间编码(STC )和空间多路复用(SM)那样的相关传输算法的当前文献中。空间多路 复用是从不同天线和在独立通信信道中发送不同位的多路复用方案。 这些研究工作的共同目的是通过利用多天线系统提供的高镨效率，最 佳地使用有限和昂贵的无线带宽。尽管在这些研究中，已经对在编码 和信号处理架构的背景下这些系统的性能分析给予高度关注，但天线 方面的研究主要局限于天线单元数量的影响，而很少对天线单元的辐 射和极化特性以及阵列几何结构加以考虑。
可达到的MIMO能力高度依赖于信道矩阵特性，信道矩阵特性 又由所涉及的所有参数的联合和/或分离功用决定。这些参数是信道的 物理结构(散射密度和散射体的部署)、MIMO算法(编码和信号处 理方案)、和具有其辐射/极化特性的天线阵列配置。无线通信的移动 性和时变性质提高了这些参数之间的相互作用，并且它们的联合功用 成为实现MIMO系统的理论增益的关键。
利用可变信道条件的自适应MIMO系统尤其对这种研究感兴 趣。在自适应系统中，系统参数被联合优化成通过可以跟踪无线信道 的时变特性的链路自适应技术适应变化的信道条件。
在现有技术中认可的可调系统参数被认为是调制级别、编码速 率、和像空间多路复用、空间-时间编码、和波束形成那样的传输-发信号(signaling)方案。这种系统的天线特性由初始设计固定，从而不 能改变。换句话说，当今的自适应MIMO系统局限于在可变信道条件 下应用固定天线设计。
需要的是总是利用最佳方案使多个天线信道中可用的资源最大 化的某种方法和装置。

发明内容
本发明实现了，当在多学科研究中综合天线/电磁方面和相关信 号处理和编码方面时，存在进一步利用MIMO系统理论增益的余地。 自适应算法必须能够连续地选择与瞬时或平均空间-时间信道矩阵的 特性有关的系统参数的最佳组合。在本公开中，自适应处理通过将天线阵列配置和它的辐射/极化 和频率特性当作联合优化自适应系统参数中的附加分量引入附加自由 度。
我们识别传输-发信号方案、物理信道条件、和天线辐射/极化 特性之间的相互关系，以便总是为给定传输方案和/或信道条件选择最
佳天线设计。这使系统可以接近由MIMO设计提供的理论i普效率。联 合优化天线阵列特性和相关的传输算法的目的只能在结构几何结构 (structural geometry)(在其下文称之为多功能可重新配置天线)中动 态地重新配置阵列的各个单元时实现。可重新配置天线通过变更或改 变它的物理结构变更它的辐射/极化和频率特性。本研究中的可重新配 置天线概念基本上不同于文献中智能天线的概念。
本发明示例性实施例的目的是通过提高当前自适应MIMO系统 的自适应特征，以最有效方式响应具备快变化多径条件的环境中的变 化，从而显著提高系统的性能特征。
本发明示例性实施例的基本原理是将天线特性(辐射图、工作频 率、极化)和天线阵列配置当作联合优化自适应系统参数中的附加分 量。由于我们的系统应用多功能可重新配置天线，可以利用像波束形 成、空间-时间编码、或空间多路复用那样的自适应传输发信号 (signaling)方案动态地改变和联合优化天线特性。
通过应用与经典天线单元相反的可重新配置天线单元，可以结合 与信道条件有关的自适应传输方案选择最佳天线特性和配置。这种特 征提高了系统性能特征。
能够改变天线特性，即，辐射图、极化、工作频率，使得能够针 对传输发信号方案的优点调整传播环境的特性，以便总是选择系统参 数的最佳组合。传统MIMO系统局限于在可变信道条件下应用通过初 始天线设计确定的固定天线特性。因此，非可重新配置天线设计没有 上面的优点。
本发明在无线通信应用方面有着广泛的商业和军事用途，尤其用 在具备快变化多径条件的环境中。像蜂窝式移动通信系统(3G、 4G)那样的多用户无线网络、无线局域网(Wi-Fi、 802.11a/b/g、 WLAN )、 和^JL线adhoc(专用)网络的以任务为中心和/或以个体为中心的实 现和/或传感器网络那样的许多其它应用都是典型的应用例子。商业用 途的一个特例是即将到来的极高性能IEEE通信标准802.11n。借助于 本发明，可以进一步提高该标准的性能。本发明将影响下一代标准， 尤其在无线通信市场中。
因此，本发明示例性实施例可以表征成包含具有可有选择变更有 效物理天线阵列配置和辐射/极化特性的多功能可重新配置天线的自 适应MIMO通信系统中的改进，该配置和特性是优化自适应系统参数 中的分量。
可重新配置天线包含任何几何形状的多个天线部件、和将多个天 线部件的所选的几个与天线部件的可重新配置子阵列耦合在一起的多 个可有选择控制开关。
该改进进一步包含与可重新配置天线耦合的处理单元，用于确定 生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号的通信信道条件。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便对多个天线部件应用所选波束形成协议。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便对多个天线部件应用所选空间-时间编码协议。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便根据信道条件，对多个天线部件一起有选择地应用所选空间-时间 编码协议、空间多路复用或所选波束形成协议。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便根据传输方案或信道条件对多个天线部件应用所选辐射/极化协议。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便根据传输方案或信道条件对多个天线部件应用所选优化辐射/极化 协议。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便动态地重新配置天线的结构几何结构。该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便变更天线的频率特性。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便通过变更天线的物理结构动态地重新配置天线辐射/极化和频率特 性。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便动态地变更天线从而最佳地响应具备可变多径条件的传播环境中的 变化。
该改进与包括蜂窝式移动通信系统的多用户无线网络、无线局域
网、无线adhoc网络的以任务为中心或以个体为中心的实现、或传感 器网络结合在一起使用。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便有选择地变更可重新配置天线的阵列因子和单元因子。
该改进进一步包含有选择地排列和配置成可重新配置天线阵列 的多个多功能可重新配置天线。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便有选择地将传输算法、可重新配置天线的辐射/极化特性、可重新配 置天线的配置、和传播环境相互关联，从而始终使通信性能最优化。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便有选择地确定传送给相应传输算法的天线单元的数量。
该处理单元生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以 便利用可用部分信道信息动态地改变天线行为和在所有情况下都提供 最佳性能，从而当发送器根本不了解信道时，转向空间-时间编码， 而当发送器完全了解信道时，转向波束形成。
该处理单元生成自适应控制信号，以便利用天线中的几何可重新 配置性改变天线单元间距。
该处理单元生成自适应控制信号，以便变更MIMO正交频分多 路复用(MIMO-OFDM)中空间-频率编码的工作频率。
该改进进一步包含公用基底，且该开关包含在公用基底上与天线单片集成的RFMEMS开关。该公用基底包含微波薄板印刷电路板或 至少包含与RF MEMS技术兼容的印刷电路板。
该开关包含RF-MEM致动器，且其中，天线部件包含基元小片 (pixel patch),其中两个相邻基元小片通过RF-MEM致动器互连并,皮 排列成基元小片天线阵列。RF-MEM致动器包含悬在从阵列中的相邻 基元小片延伸出来的相对和未连接导电短棒上的导电可移动薄膜，以 便当将电压施加在薄膜和短棒之间时，电磁力使悬空薄膜进入与短棒 的两种导电状态之一，以有选择地连接或不连接基元小片。
该改进进一步包含可有选择控制以便根据天线的工作模式动态 地与天线阻抗匹配的与天线耦合的可重新配置馈送电路。该可重新配 置馈送电路包含至少两根可有选择控制径向短棒和一个可有选择控制 四分之一波长变换器。
该处理单元与该可重新配置馈送电路耦合，以便连接短棒的所选 几根和有选择地控制有选择地连接的径向短棒和四分之一 波长变换 器，从而实现目标工作模式所需的阻抗匹配。
该处理单元根据由多个工作频率的所选一个或几个表征的和由 辐射场的多个可重新配置极化的所选一个或几个表征的可重新配置工 作模式生成自适应控制信号。
由多个工作频率的所选一个或几个表征的可重新配置工作模式 的实现是通过改变天线的架构而实现的。
该示例性实施例还包括操作根据上述描述的任何一个的自适应 MIMO通信系统的方法中的改进。
尤其，该示例性实施例是优化自适应MIMO通信系统的操作的 方法中的改进，包括操作多个多功能可重新配置天线，以便通过将 物理天线阵列配置和它的辐射/极化和频率特性当作自适应系统参数 而引入附加自由度。
该示例性实施例是操作自适应MIMO通信系统的方法中的改 进，包括根据多种自适应编码方案操作多个多功能可重新配置天线， 以便最佳地响应具备快变化多径条件的传播环境中的变化，其中，在快变化多径条件下动态地将天线特性和阵列配置的重新配置与自适应 编码方案的选择相结合，以便提供最佳通信。操作多个多功能可重新
配置天线的步骤包含通过波束形成、空间-时间编码、空间多路复 用或任何其它传输发信号方案联合优化通信；或通过结合与信道条件
有关的自适应传输方案选择天线特性和配置的参数，选择特性和阵列 配置作为联合优化自适应系统中的附加分量。
结合与信道条件有关的自适应传输方案选择天线特性和配置的 参数的步骤包含改变像辐射图、极化、工作频率那样的天线特性，以 针对传输发信号方案的优点调整传播环境的特性，从而动态地选择系 统参数的最佳组合。
虽然为了文法流畅起见已经或将要利用功能说明描述设备和方
法，但应该清楚地知道，除非根据35USC112清楚地阐明，不应该理 解为必须通过构造"装置"或"步骤，，限制以某种方式限制这些权利要 求，而是这些权利要求应该与在等效物的法律原则下这些权利要求提 供的定义的含义和等效物的全部范围一致，和在根据35 USC 112清楚 地阐明权利要求的情况下，应该与才艮据35 USC 112的全部法定等效物 一致。现在借助于相同部件用相同标号表示的附图可以使本发明更形 象化。


图la是传统智能天线阵列的方块图lb是根据本发明的多功能可重新配置天线阵列的方块图2a是利用RF MEMS致动器的多功能可重新配置基元小片天
线架构的示意图2b是图2a的RF MEMS致动器之一的顶视图2c是处在下面位置时显示的图2a的RF MEMS致动器之一的
横断面侧视图2d是处在上面位置时显示的图2a的RF MEMS致动器之一的 横断面侧视16图3a是为表1中4.1 GHz的双频率操作，即，mode21安排和配 置的多功能可重新配置基元小片天线架构的示意图3b是为表1中6.4 GHz的双频率操作，即，modeu安排和配 置的可重新配置基元小片天线架构的示意图4a是为表1中4.1 GHz的线性X极化，即，mode22安排和配 置的多功能可重新配置基元小片天线架构的示意图4b是为表1中4.1 GHz的线性Y极化，即，mode23安排和配 置的多功能可重新配置基元小片天线架构的示意图5a是为4.1 GHz的右旋圆极化，即，mode24安排和配置的多 功能可重新配置基元小片天线架构的示意图5b是为4.1 GHz的左旋圆极化，即，mode25安排和配置的多 功能可重新配置基元小片天线架构的示意图6a是在表l中的mode^下为天线测量和计算的作为频率的函 数的回波损耗的曲线图6b是在表l中的mode25下为天线测量和计算的作为频率的函 数的回波损耗的曲线图6c是在表l中的mode^下在x-z平面内为天线测量和计算的 辐射图的曲线图6d是在表l中的mode2s下在x-z平面内为天线测量和计算的 辐射图的曲线图；和
图7是图示针对传播环境与空间-时间编码技术结合的本发明的 多功能可重新配置天线如何在自适应优化方面提供附加自由度以便弥 合理论MIMO性能与实践之间的鸿沟的图形。
现在，借助于作为在权利要求中限定的本发明的示例性例子给出 的优选实施例的如下详细描述，可以更好地理解本发明和它的各种实 施例。应该清楚地知道，权利要求所限定的本发明可能比如下所述的 示例性实施例更宽泛。
优选实施例详述无论在理论上还是在实验上许多最近研究结果都已证明，使用像 智能天线和自适应编码和调制技术那样的相关技术的多输入多输出
(MIMO)系统提高了无线通信的信道容量、分集、和健壮性。本公 开把注意力放在MIMO系统10的天线方面。具体地，我们7>开了多 功能可重新配置天线12的重要功用和它与可以应用于进一步利用 MIMO无线系统10的理论性能的空间-时间编码技术的联系。
下面将讨论多功能可重新配置天线12与传统智能天线相比的优 点。建造多功能可重新配置天线12需要我们已经开发出来的新射频微 机电系统(RFMEMS)技术。我们公开这种技术是为了强调对于多功 能可重新配置天线12来说它具有超过现有基于硅的MEMS技术的独 特优点。将公开可以改变其工作频率和辐射/极化特性的多功能可重新 配置天线设计。最后，我们将根据表征不同天线配置的阻抗和辐射性 能给出实验和理论结果。
现在转到多功能可重新配置天线12的概念和它对MIMO系统10 的潜在影响。在文献中，智能、智慧、或自适应天线指的是单元的天 线阵列，所述单元通常是标准单极子、偶极子、或小片。天线单元本 身不具有任何智能。在信号处理域中进行智能，其中在所述信号处理 域中以所得辐射图，即，阵列的空间，响应满足某种确定条件的方式 加权和组合来自各个天线单元或到达各个天线单元的时域信号。这是 使电磁能集中在所需信号的方向而在噪声或干扰源的方向一点也没有 的波束形成的关键概念。
另一方面，多功能可重新配置天线阵列14由其每一个都具有一 些智能的天线单元12组成。这种智能来源于重新配置改变阵列14的 极化/辐射和频率特性的各个单元的物理结构的能力。多功能可重新配 置天线阵列14中的单元具有加入系统10的已经存在时域处理中的、 智能地处理语域和角域中的信号的能力。在相控阵列天线的语言中， 多功能可重新配置天线阵列14不仅变更阵列因子，而且变更单元因 子。在当前相控阵列技术中， 一旦布置好各个单元，就不能修改单元 因子。图la-lb分别是传统智能天线阵列16和多功能可重新配置天线 阵列14的方块图。具有单元18的多功能可重新配置天线12包括变更 阵列因子和单元因子的智能控制装置20。天线12与求和电路22耦合， 求和电路22的输出端又与处理单元24耦合，处理单元24将输出反馈 到天线12，为如下所述的阵列14和天线12的重新配置做准备。处理 单元24可以是受软件或固件控制的通用或专用计算机，或可以是数字 或模拟信号处理或逻辑电路。可以设计、配置或编程这样的电路以便 执行根据本发明的、在本说明书中公开的功能的手段是传统的。
在多功能可重新配置阵列14中，通过使波束形成和空间-时间 编码方案得到有效选择和应用，也可以改变天线单元间隔。虽然波束 形成要求天线相隔很近(使天线相关)，以避免旁瓣的负面作用，但 如果天线之间的间隔大到足以保证很低的相关，则空间-时间编码将 表现良好。其结果是，在天线的几何域中具有可重新配置性的MIMO 系统10将不局限于在可变信道条件下使用相同的天线设计，这将使得 可用信道容量得到更好利用。
最后，多功能可重新配置天线12在天线占地方面也是有利的。 在当今微小、致密、和高度集成的电信器件中，专用于天线单元12 的区域通常是非常有限的。这提示天线研究团队积极地研究小而有效 的天线设计。但是，给定电尺寸的天线的性能(增益、带宽、效率) 受电磁学定律支配，这些电磁学定律阐述了天线尺寸越小，性能越低 的事实。换句话说，在设计小尺寸天线时，总是在尺寸、带宽、和效 率之间折衷。另一方面，多功能可重新配置天线架构通过在单个天线 12中利用组合的多功能，使有限区域得到非常有效利用。这导致功能 性和性能都提高了的多天线单元12占据的区域显著缩小。
现在转向考虑传输算法、天线阵列14的辐射和/或极化特性和配 置、和环境之间的关联。这里，我们识别传输算法、多功能可重新配 置天线12的辐射/极化特性和配置、和传播环境之间的关系。这些关 系使多功能可重新配置天线阵列14的特性和编码方案在可变信道条 件下得到联合调整，以便使通信性能总是最佳。1. 天线部件的数量
在多天线12的几何域中不要求可重新配置性的最基本关系是将 天线单元18的数量与特定传输算法相联系。对于多天线12，如果发 送天线12的数量大于2个，那么，不可能设计出正交空间-时间块码 (STBC)。空间-时间块编码是用在无线通信中穿过许多天线发送 数据流的多个拷贝和利用数据的各种接收形式来提高数据传送的可靠 性的技术。发送的数据必须贯穿存在散射、反射、折射等等的潜在困 难环境，以及受到接收机装置中的热噪声破坏的事实意味着数据的一 些接收拷贝将"好，，于另一些。这种冗余导致有较高的机会能够利用数 据的一个或几个接收拷贝来正确解码接收信号。事实上，空间-时间 编码以最佳方式组合了接收信号的所有拷贝，以便从它们的每一个中 提取尽可能多的信息。像最初引入的那样且像通常研究的那样，空间 -时间块编码是正交的。这意味着空间-时间块编码被设计成代表从 编码阵列中取出的任何列对的向量都是正交的。这样做的结果是在接 收器中的解码是简单的、线性的、和最佳的。它的最严重缺点是满足 这个标准的除一个之外的其它所有代码必须牺牲它们的一部分数据速 率。还存在允许一些码元间干扰，但在恶劣条件下可以达到较高数据 速率，甚至较好的出错速率(error rate)性能的空间-时间块编码设计。
在不止两个天线12的情况下，其它人使用最近开发的伪正交空 间-时间块码以稍微增加的解码复杂性为代价达到全速率和全分集。 对于高信噪比(SNR)和极大量天线12，由于空间多路复用的数据速 率随天线12的数量增加而线性增加，而空间时间码块的分集增益将达 到饱和，所以空间多路复用对空间-时间块码有利。
2. 阵列配置和极化
除了天线单元18的数量以外，在阵列配置中选择的单元子集是 达到在信道中可用容量的大部分的重要因素。这不仅提高了性能，而 且导致MIMO系统10随着发送和接收RF链的数量减少而变得更不 复杂。由于极化不同的电场的传播随环境而异，如果还考虑单元18 的极化，可以进一步提高性能。在实验上已经证明，对于室内视线(LOS)环境，垂直极化系统可以达到比水平极化系统更高的容量。 此外，混合极化，即， 一些单元垂直极化，而另一些单元水平极化的 天线阵列14在视线和非视线(NLOS)条件下都比单种极化系统表现 得更好。
在实际通信情形中，可能发生称为"锁孔信道"效应的信道退化现 象，其中，由于散射严重，在接收器和发送器两者中的天线单元18 都存在非常低的相关性，并且，信道矩阵存在导致通信模式单一的非 常低的秩。这表明，低相关性本身不是达到高容量的保证。在现有技 术中已经表明，在室外传播情形中，利用水平定向的发送器阵列取代 垂直定向的阵列可以避免锁孔问题。因此，阵列配置和各个单元18 的极化两者都需要自适应，以便随着传播环境特性变化保持信道性能 不变。
可以改变其配置和极化的多功能可重新配置天线阵列14具有适 应可变发送/接收环境所需的特性。
3. 空间和极化天线分集
数据速率最大化和分集最大化之间的折衷，即，空间多路复用和 空间时间代码之间的选择在实现MIMO增益时是重要的，这是由于这 些发信号策略的性能强烈地依赖于时变信道特性。众所周知，空间多 路复用在高SNR区域中表现得尤其好，而空间时间代码在低SNR区 域中具有更好的性能。在现有技术中已经表明，虽然与空间分集相比， 在链路两端含有多个线性极化分集天线降低了空间时间码块的性能， 但在某些信道条件下，譬如，在散射密度高且K因子高的环境下，可 以显著提高空间多路复用方案的码元出错速率。电离层无线电传播中 的K因子是(a)应用在与弯曲层有关的计算中和(b)是电离层反射 的距离和真正高度的函数的校正因子。
这得出一个重要结论。在给定信道环境下，需要可以容易地在极 化和空间分集方案之间切换的多功能可重新配置天线阵列14优化给 定编码方案，即，空间多路复用或空间时间码块，的天线性能。
4. 波束形成，利用空间时间代码的MIMO:
21当只有接收器了解信道时，在具有多个发送天线的系统中空间时 间代码达到最大分集。另一方面，如果发送器完全了解信道，波束形 成是最佳解决方案。在一些实际情况中，发送器具有一些但不完全有 关信道的信息，例如，平均值或方差。当在发送器上可使用辅助信息
(side information)时，可以利用这个信息提高性能。即4吏在信道信息 基于差的信道估计时，在抵抗衰落方面使用这个信息也能提高系统的 性能。
通过组合空间时间代码和波束形成可以实现提高。通常，当信道 反馈的质量高时，分集等级较不重要，发送器应该将大多数能量放在 "好，，的波束上。另一方面，当反馈不可靠时，我们应该更多地依靠分 集和在不同波束之间均勻地分配能量。
在极端情况下，当信道反馈质量很差，以至于完全与实际情况无 关时，系统变成开环系统，波束形成方案应该逐渐回到不形成波束的 传统空间-时间编码。因此，方案的性能应该与原来空间-时间代码 的性能相似。
这要求将自适应系统设计成可以利用可用的部分信道信息改变 它的行为和在所有情况下都提供最佳性能。这样的自适应系统在发送 器根本不了解信道时，应该转向空间-时间编码，而在发送器完全了 解信道时，应该转向波束形成。
如果同时应用最佳阵列设计，可以进一步提高性能。虽然在波束 形成阵列中天线单元18相隔很近和相关，但应用空间-时间编码的 MIMO系统10需要使天线不相关的大天线间隔。注意到如下情况也 是重要的如果传播环境具有低散射密度，即，视线环境或近似视线 环境，从而导致较少多径，那么，波束形成更加有效。对于少数多径 比对于许多多径更容易优化权重选择算法。相反，空间-时间编码通 过使数据速率或分集最大化而利用多径丰富性。如果天线中没有几何 可重新配置性，就不可能改变天线单元间距。
尽管上面未作讨论，但多功能可重新配置天线12也可以改变它 的工作频率，和在MIMO正交频分多路复用(MIMO-OFDM)系统中可用于空间-频率编码。
现在转向考虑微波薄板印刷电路板兼容RF MEMS技术。在给出 MEMS集成多功能可重新配置天线设计之前，我们简要回顾一下我们 的MEMS技术，在建立这样的系统时，我们的MEMS技术将提供超 过现有MEMS技术的一些独特优点。由于它们为下一代通信应用的 RF和微波系统实现带来一场革命的潜能，RF MEMS产生了重大的影 响。尤其，由于它们卓越的开关特性，即，半导体开关不能达到的极 低的插入损耗、极低的功率要求、和高的隔离性，RF MEMS开关已 经非常流行。
但是，RF MEMS器件的现实特征的缺点抵消了 RF MEMS的突 破潜能。单个封装的RFMEMS开关尽管它的开关性能好许多，但当 部署在电路中时，由于封装接口的失真效应，遭受到阻抗不匹配问题。 另外，器件级封装也增加了每个器件的成本，而其大的形式也阻止了 将开关高密度地部署在单个小型电路中。
RF MEMS的关键优点可以根据本发明通过利用与其它电路部件 的单片集成能力的系统级实现而达到。这种能力很关键，尤其对于创 建多功能可重新配置天线系统。实现单片集成需要MEMS和天线公 用的基底。但是，由于印刷电路板强加的处理限制，譬如，低温和非 平坦表面，现有基于硅的MEMS技术不能使用具有天线应用所需的 电特性的微波薄板印刷电路板(PCB)。由于表面波的有害效应和无 法接受的损耗，像当前在其上制造RFMEMS开关的Si(硅)和GaAs (砷化镓)那样的高介质常数材料对于平面天线不是好选择。由于这 个原因，通过传统技术制造的MEMS集成多功能可重新配置天线不 能利用单片集成。
我们最近开发了在建造低成本高性能的多功能可重新配置天线 时克服了基于硅的MEMS技术的缺陷的、与微波薄板印刷电路板兼 容的RF MEMS技术。微波薄板兼容RF MEMS技术的突破性优点在 于，可以在实际上任何薄板上形成RFMEMS开关，以及在这个相同 基底上与开关单片集成单层或多层天线单元18。由于单片集成能力，MEMS变成天线12的物理部分，这是高度结构可重新配置性的关键 所在。然后，系统级封装使成本得到降低，并且，通过消除所有线焊 接点和大多数匹配电路，使损耗、复杂度和尺寸得到降低。
与RF MEMS技术兼容的印刷电路板和相关制造工艺的细节都 是公开的，为本领域的普通技术人员所知，和一般性描述在如下的文 献中:B.A. Cetiner et. al，"Monolithic Integration of RF MEMS Switches With A Diversity Antenna on PCB Substrate", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol.51， no.l, pp.332-335, January 2003; 和H.P. Chang et. al""Low Cost RF MEMS Switches Fabricated on Microwave Laminate PCBs"， IEEE Electron Device Lett.， vol.24， no.4， pp.227-229, April 2003。此外，参阅通过引用合并于此的美国专利申 请第10/751,131号。
考虑多功能可重新配置基元小片天线阵列、工作原理、和它的结 果。这里，我们把注意力集中在可以改变其工作频率和极化的单个多 功能可重新配置天线单元18的设计和特性上。它的架构也允许你改变 在天线阵列14中的单元间距。天线12的辐射和阻抗行为被表征出来， 并且与理论相比较。
结构和工作原理
如图2a所示的是所提出的多功能可重新配置基元小片天线架构 的示意图。它构建在^:波层叠基底28上通过RF MEMS致动器26互 连的许多印刷长方形状金属基元18上。图2b示出了通过RF MEMS 致动器26互连的两个相邻基元18， RFMEMS致动器26由可移动导 电或金属薄膜30制成，可移动导电或金属薄膜30悬在从相邻基元18 或多条基元18延伸出来的相对和未连接导电或金属短棒32上，通过 金属柱34固定在两端上。施加在薄膜30与短棒32之间的大约50V 的DC偏置电压产生电磁力，该电磁力使处在短棒32顶部的悬空薄膜 30移动到或拉到如图2c所示的致动器下面状态或致动器接通状态， 图2c是将图2a沿着剖线A-A'获得的横断面图。致动器26与基元18 连接；否则，不连接基元(如图2d的相同横断面图所示，致动器上面状态或致动器不连接状态)。互连致动器26的激活，即，使一些致动 器26保持在上面位置(零偏置)，同时通过应用DC偏置电压激活其 余致动器26,使通过其实现多极化和双频率操作的、修改几何结构和 改变尺寸成为可能。
我们已经图示的是电压的施加闭合两个相邻短棒32之间通过薄 膜30的正常开连接的正常开配置。但是，必须清楚地知道，可以利用 相等的设施实现正常闭配置，其中，电压的施加打开两根相邻短棒32 之间通过薄膜30的正常闭连接。另外，如果需要，可以应用不止两根 短棒32之间的连接或不连接，譬如，可以将其用在非光栅阵列中或在 多层印刷电路板中的三维阵列中以便进行更复杂的阵列重新配置。应 该清楚地预见这样来自示例性实施例的延伸包括在本发明的范围之 中。
天线12通过微带36或沿着其对角轴的任何传输线馈送。由于辐 射单元的输入阻抗随工作模式，即，极化状态和工作频率而变，所以 这种馈送电路38也是多功能可重新配置的。
如图2a所示，我们使用带有径向短棒40和四分之一波长变换器 42的传输线或微带馈送线36。短棒40和变换器42的电长度通过激活 /去激活MEM致动器26来调整，以便达到目标工作模式所需的阻抗 配置。由于除了短棒的长度之外，还需要根据工作情形重新配置它的 位置，我们还需要使用两根短棒40。
多功能可重新配置工作模式
如表l所示，示例性实施例的天线12提供了与两个工作频率(4.1 GHz和6.5 GHz)和辐射场的五种多功能可重新配置极化(线性X、 线性Y、双线性、右旋圆和左旋圆)的组合相对应的十种不同多功能 可重新配置工作模式。
25_^_
_双线性 线性X 线性Y RHCP LHCP
频率高频率Modeu Mode12 Mode13 Mode14 Modei5 (6.4 HGz) 低频率Mode2i Mode22 Mode23 Mode24 Mode25 (4.1 HGz)
表l:可重新配置工作模式
频率可重新配置性是通过简单地改变天线12的尺寸取得的。图 3a和图3b示出了双频带操作moden和mode^的示意图。如图3b所 示，高频率(6.4GHz)操作只需要连接25个基元，而对于低频率U.l GHz)，如图3a所示，所有64个基元都要连接。由于对角馈送电路， 天线12辐射双线性极化波，这是由于如图3a和3b所示，基元沿着X 方向和Y方向连接。
根据工作频率，微带馈送线36也通过调整四分之一波长变换器 42和匹配短才奉40的长度来重新配置。
分别通过只沿着X方向连接或只沿着Y方向连接，获得线性X 或线性Y极化。
图4a和4b示出了使用在馈送电路中为较低工作频率作出的所需 重新配置的两种情况mode22和mode23。为了获得圆极化，我们使用 内部隙缝44具有用于给定工作频率的适当尺度和位置的天线几何结 构。去激活特定MEM致动器将这些内部隙缝44引入基元小片(pixel patch)天线几何结构中，这导致了幅度相等和相位差为90°的X和Y 极化模式。于是，从每种重新配置几何结构中获得右旋和左旋圆极化 (RHCP和LHCP )辐射。
在利用有选择定位小孔46的图5a和图5b中描述了与用于较低 共振频率的每种极化情形mode24和mode25相对应的示意图。与较高 共振频率相对应的工作模式以相似的方式获得且这里未示出，但本领域的普通技术人员可以根据本发明的教导容易地确定。注意，在图3a -5b的每种情况中，也可以变更变换器42和短棒40以提供适当的馈 送调谐。
性能表征
如上所述，多功能可重新配置天线架构由大量金属基元18和互 连的RFMEM致动器26组成。显然，如果不应用单片集成，制造这 种复杂结构就行不通，对于基于硅的MEMS技术也是这种情况。这 种制造需要与如上所述的MEMS技术兼容的印刷电路板。
在示例性实施例中，我们制造出简化形式的天线几何结构，其中， 在永久下面状态位置(制造下面位置)下制造下面状态致动器，而通 过开电路模拟上面状态致动器。由于用在天线结构12中的RFMEMS 致动器26的极低的插入损耗和高的隔离特性，这种简化对天线12性 能的影响可忽略不计。
作为性能表征的例子，我们选择两种工作模式，即，modeH和 mode25。设计、制造、和测试天线12。由于其低成本和广泛用在无线 系统中，将RO4003-FR4 (sr = 3.38， tan S = 0.002)微波薄板用作基 底28。
图6a和6b示出了在mode21，即，双线性极化^氐频率下天线的 回波损耗和辐射图的理论和实验结果。通过全波模拟的理论分析利用 有限元法(FEM)工具完成。在模拟和测量结果之间获得非常好的一 致性。天线12的行为与对于VSWR小于2带宽为3%的传统小片天 线的行为非常相似。
在图6c和图6d中给出了 mode25，即，左旋圆极化低频率的结果。 从图6d中可以看出，这种天线沿着+z轴辐射与天线平面垂直的左旋 圆极化波。
现在可以体会到，带宽和移动性越来越受到关切的无线应用驱动 MIMO研究将编码和发信号推向物理极限。公开的多功能可重新配置 天线技术通过改变其辐射和阻抗特性的能力极大地影响自适应 MIMO系统设计。与针对传播环境的空间-时间编码技术结合的多功能可重新配置天线12在自适应优化时提高了附加自由度，因此，如图 7象征性例示的那样，弥合了理论MIMO性能与实践之间的鸿沟。我 们描述了能够在公用微波薄板28上对天线和电路部件进行大规模单 片集成的新RF MEMS工艺。在流行薄板上制造出多功能可重新配置 天线的简化原型，并且发现它的多功能可重新配置性能与我们的仿真 非常一致。
本发明创造的、在多功能可重新配置天线12与自适应编码之间 的相互影响可以相互反馈的等待已久的设计空间很有可能为宽带 MIMO系统i殳计方法带来一场革命。
本领域的普通技术人员可以作出许多变更和修改，而不偏离本发 明的精神和范围。因此，必须明白，给出示例性实施例只是为了举例 的目的，和像本发明和它的各种实施例定义的那样，不应该看作限制 本发明。
因此，必须明白，给出示例性实施例只是为了举例的目的，且不 应该看作像所附权利要求书定义的那样限制本发明。例如，尽管在某 种组合中给出权利要求的单元，但必须清楚地知道，即使最初在这样 的组合中未声明，本发明也包括在上面公开的更少、更多、或不同单 元的其它组合。在声明的组合中组合两个单元的教导应该进一步理解 为也允许两个单元不相互组合，而是可以单独使用或在其它组合中组 合的所声明的组合。还明确地将删除本发明的任何公开单元看作是在 本发明的范围之内。
用在本说明书中描述本发明和它的各种实施例的词汇不仅应该 在它们通常定义的含义的意义上来理解，而且应该包括在通常定义的 含义的范围之外的在本说明书的结构、材料或动作中的特殊定义。因 此，如果一个单元在本说明书的背景下可以理解为包括不止一种含义， 那么，它在权利要求书中的使用必须理解为本说明书和词汇本身支持 的所有可能含义的上位概念。
因此，所附权利要求书的词汇或单元的定义在本说明书中被定义 为不仅包括逐字给出的单元的组合，而且包括以基本相同的方式完成基本相同的功能从而获得基本相同的结果的所有等效结构、材料或动 作。因此，从这个意义上，应该认为可以对所附权利要求书中的任何 一个单元作出两个或更多个单元的等效替代，和可以用单个单元替代 权利要求中的两个或更多个单元。尽管上面将单元描述成在某些组合 中起作用和甚至最初声明成这样，但应该清楚地知道，在一些情况中 可以从声明的组合中删除组合当中的 一个或多个单元，和声明的组合 可能变成子组合或子组合的变型。
本领域的普通技术人员看到、现在知道或以后设计的源自声明主 题的非本质变化应该被清楚地看作是等效地在权利要求的范围之内。 因此，本领域的普通技术人员现在或以后知道的显而易见替代被定义 成在所定义单元的范围之内。
因此，权利要求书应该理解为包括上面具体例示和描述的东西、 概念上等效的东西、可以显而易见替代的东西以及基本上包含本发明 基本构思的东西。
权利要求
1. 一种自适应MIMO通信系统中的改进，所述自适应MIMO通信系统包含具有可有选择变更的有效物理天线阵列配置和辐射/极化特性的多功能可重新配置天线阵列，所述配置和特性是优化自适应系统参数过程中的分量。
2. 根据权利要求1所述的改进，其中，所述多功能可重新配置 天线包含多个天线部件、和将所述多个天线部件的所选几个一起耦合 到天线部件的多功能可重新配置子阵列中的多个可有选择控制开关。
3. 根据权利要求1所述的改进，进一步包含与所述多功能可重 新配置天线耦合的处理单元，用于确定生成到所述多个可有选择控制 开关的自适应控制信号的通信信道条件。
4. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便对所述多个天线部 件应用所选波束形成协议。
5. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便对所述多个天线部 件应用所选传输发信号方案。
6. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便根据信道条件，对 所述多个天线部件有选择地应用空间多路复用、所选空间-时间编码 协议或所选波束形成协议。
7. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便根据传输方案或信 道条件对所述多个天线部件应用所选辐射/极化协议。
8. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便根据传输方案或信 道条件对所述多个天线部件应用所选的优化辐射/极化协议。
9. 根据权利要求8所述的改进，其中，所述天线特征在于结构几何结构，并且其中，所述处理单元生成到所述多个可有选择控制开 关的自适应控制信号，以便动态地重新配置所述天线的所述结构几何 结构。
10. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述天线特征在于频率 特性，并且其中，所述处理单元生成到所述多个可有选择控制开关的 自适应控制信号，以便变更所述天线的所述频率特性。
11. 根据权利要求9所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便通过变更所述天线 的所述物理结构动态地重新配置所述天线的辐射/极化和频率特性。
12. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便动态地变更所述天 线从而最佳地响应具有可变多径条件的传播环境中的变化。
13. 根据权利要求l所述的改进，进一步与包括蜂窝式移动通信 系统的多用户无线网络、无线局域网、无线专用网络的以任务为中心 或以个体为中心实现、或传感器网络结合。
14. 根据权利要求2所述的改进，其中，所述天线部件包含单极 子、偶极子、小片或它们的组合。
15. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述多功能可重新配置 天线特征在于阵列因子和单元因子，并且其中，所述处理单元生成到 所述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便有选择地变更所 述多功能可重新配置天线的所述阵列因子和单元因子。
16. 根据权利要求l所述的改进，进一步包含多个多功能可重新 配置天线，其被有选择地排列和配置成多功能可重新配置天线阵列。
17. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便有选择地使传输算 法、所述多功能可重新配置天线的辐射/极化特性、所述多功能可重新 配置天线的配置、和传播环境相关，从而使通信性能总是最佳。
18. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成到所 述多个可有选择控制开关的自适应控制信号，以便有选择地确定传送给相应传输算法的天线单元的数量。
19. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述天线通过发送器和 接收器之间的信道通信，并且其中，所述处理单元生成到所述多个可 有选择控制开关的自适应控制信号，以便利用可用的部分信道信息动 态地改变天线行为和在所有情况下都提供最佳性能，从而当所述发送 器根本不了解所述信道时，转向空间-时间编码，而当所述发送器完 全了解所述信道时，转向波束形成。
20. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成自适 应控制信号，以便利用所述天线中的几何结构可重新配置性改变天线 单元间距。
21. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元生成自适 应控制信号，以^"更变更MIMO正交频分多路复用(MIMO-OFDM) 中空间-频率编码的工作频率。
22. 根据权利要求2所述的改进，进一步包含公用基底，并且其 中所述开关包含在所述公用基底上与所述天线单片集成的RF MEMS 开关。
23. 根据权利要求22所述的改进，其中，所述公用基底包含微 波薄板印刷电路板。
24. 根据权利要求22所述的改进，其中，所述公用基底包含与 RF MEMS技术兼容的印刷电路板。
25. 根据权利要求2所述的改进，其中，所述开关包含RF-MEM 致动器，并且其中，所述天线部件包含排列在其中两个相邻基元小片 通过所述RF-MEM致动器互连的基元小片天线阵列中的任何几何形 状的基元小片，并且其中，所述RF-MEM致动器包含悬在从所述阵 列中的相邻基元小片延伸出来的相对和未连接导电短棒上的可移动导 电薄膜，以便当将电压施加在所述薄膜和所述短棒之间时，电磁力迫 使所述悬空薄膜进入与所述短棒的两种导电状态之一，以有选择地连 接或不连接所述基元小片。
26. 根据权利要求l所述的改进，进一步包含与所述天线耦合的多功能可重新配置馈送电路，其是可有选择控制的，以便根据所述天 线的工作模式而动态地与所述天线阻抗匹配。
27. 根据权利要求26所述的改进，其中，所述多功能可重新配四分之一波长变换器。° ' - _ "'
28. 根据权利要求27所述的改进，进一步包含处理单元，其与 所述多功能可重新配置馈送电路耦合，用于连接所述短棒的所选几根 和有选择地控制有选择连接的径向短棒和四分之一波长变换器，从而 实现目标工作模式所需的阻抗匹配。
29. 根据权利要求3所述的改进，其中，所述处理单元根据特征 在于多个工作频率的所选一个或几个的和特征在于所述辐射场的多个多功能可重新配置极化的所选一个或几个的多功能可重新配置工作模 式生成自适应控制信号。
30. 根据权利要求29所述的改进，其中，所述天线特征在于可 变更架构，并且其中，所述特征在于多个工作频率的所选一个或几个 的多功能可重新配置工作模式是通过改变所述天线的所述架构实现 的。
31. —种操作自适应MIMO通信系统的方法中的改进，包含 提供多功能可重新配置天线；和有选择地重新配置具有可有选择变更有效物理天线阵列和可有 选择变更辐射/极化特性的多功能可重新配置天线，以便优化自适应系 统参数。
32. 根据权利要求31所述的改进，其中，所述多功能可重新配 置天线包含多个天线部件和多个可有选择控制开关，并且其中，有选 择地重新配置所述多功能可重新配置天线包含将所述多个天线部件的 所选几个一起耦合到天线部件的多功能可重新配置子阵列中。
33. 根据权利要求31所述的改进，进一步包含确定通信信道条 件，以及响应所述通信信道条件，生成自适应控制信号并将所述控制 信号传送到所述多个可有选择控制开关。
34. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含生成所选波束形成协议并将其应用到多个天线部件。
35. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含对所述多个天线部件应用所选空间-时间编码协i义。
36. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含对所述多个天线部件有选择地应用所选空间-时间编码协议或所 选波束形成协议。
37. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含根据传输方案或信道条件对所述多个天线部件应用所选辐射/极 化协议。
38. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含根据传输方案或信道条件对所述多个天线部件应用所选优化辐射 /极化协+义。
39. 根据权利要求38所述的改进，其中，所述天线特征在于结 构几何结构，并且其中，生成自适应控制信号包含对所述多个可有选 择控制开关应用自适应控制信号，以便动态地重新配置所述天线的所 述结构几何结构。
40. 根据权利要求33所述的改进，其中，所述天线特征在于频 率特性，并且其中，生成自适应控制信号包含对所述多个可有选择控 制部件应用自适应控制信号，以便变更所述天线的所述频率特性。
41. 根据权利要求39所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含对所述多个可有选择控制开关应用自适应控制信号，以便通过变 更所述天线的所述物理结构动态地重新配置所述天线的辐射/极化和 频率特性。
42. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含对所述多个可有选择控制开关应用自适应控制信号，以便动态地 变更所述天线从而最佳地响应具有可变多径条件的传播环境中的变 化。
43. 根据权利要求31所述的改进，其中，生成自适应控制信号包含生成用在包括蜂窝式移动通信系统的多用户无线网络、无线局域 网、无线专用网络的以任务为中心或以个体为中心的实现、或传感器 网络中的自适应控制信号。
44. 根据权利要求32所述的改进，其中，将所述多个天线部件 的所选几个一起耦合到天线部件的多功能可重新配置子阵列中包含所 述多个天线部件包含将单极子、偶极子、小片或它们的组合有选择地 耦合在一起。
45. 根据权利要求33所述的改进，其中，所述多功能可重新配 置天线特征在于阵列因子和单元因子，并且其中，生成自适应控制信 号包含对所述多个可有选择控制开关应用自适应控制信号，以便有选 择地变更所述多功能可重新配置天线的所述阵列因子和单元因子。
46. 根据权利要求31所述的改进，进一步包含将多个多功能可 重新配置天线有选择地配置成多功能可重新配置天线阵列。
47. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含对所述多个可有选择控制开关应用自适应控制信号，以便有选择 地将传输算法、所述多功能可重新配置天线的辐射/极化特性、所述多 功能可重新配置天线的配置、和传播环境相关，从而使通信性能总是 最佳。
48. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含对所述多个可有选择控制开关应用自适应控制信号，以便有选择 地确定传送给相应传输算法的天线单元的数量。
49. 根据权利要求33所述的改进，其中，所述天线通过发送器 和接收器之间的信道通信，并且其中，生成自适应控制信号包含对所 述多个可有选择控制开关应用自适应控制信号，以便利用可用的部分 信道信息动态地改变天线行为和在所有情况下都提供最佳性能，从而 当所述发送器根本不了解所述信道时，转向空间-时间编码，而当所 述发送器完全了解所述信道时，转向波束形成。
50. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含将自适应控制信号应用于利用所述天线中的几何可重新配置性改变天线单元间距。
51. 根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含将自适应控制信号应用于变更MIMO正交频分多路复用(MIMO -OFDM)中空间-频率编码的工作频率。
52. 根据权利要求32所述的改进，进一步包含提供公用基底和 在所述公用基底上将像RF MEMS开关那样的开关与所述天线单片集 成。
53. 根据权利要求52所述的改进，其中，提供所述公用基底包 含提供微波薄板印刷电路板。
54. 根据权利要求52所述的改进，其中，提供所述公用基底包 含提供与RF MEMS技术兼容的印刷电路板。
55. 根据权利要求32所述的改进，其中，所述开关包含RF-MEM 致动器，并且其中，所述天线部件包含基元小片天线阵列，并且进一 步包含通过所述RF-MEM致动器互连两个相邻基元小片，并且其中， 所述RF-MEM致动器包含悬在从所述阵列中的相邻基元小片延伸出 来的相对和未连接导电短棒上的可移动导电薄膜，通过将电压施加在 所述薄膜和所述短棒之间，使得电磁力迫使所述悬空薄膜进入与所述 短棒的两种导电状态之一，以有选择地连接或不连接所述基元小片。
56. 根据权利要求31所述的改进，进一步包含提供与所述天线 耦合的多功能可重新配置馈送电路，并且有选择地控制所述馈送电路 以便根据所述天线的工作模式而动态地与所述天线阻抗匹配。
57. 根据权利要求56所述的改进，其中，有选择地控制所述多 功能可重新配置馈送电路包含有选择地控制至少两根径向短棒和四分 之一波长变换器。
58. 根据权利要求57所述的改进，其中，生成自适应控制信号短棒和四分之一波长变换器，从而实现目标工作模式所需的阻抗匹配。
59.根据权利要求33所述的改进，其中，生成自适应控制信号 包含根据特征在于多个工作频率的所选一个或几个的和特征在于所述辐射场的多个多功能可重新配置极化的所选一个或几个的多功能可重 新配置工作模式应用自适应控制信号。
60. 根据权利要求59所述的改进，其中，所述天线特征在于可 变更架构，并且其中，根据多功能可重新配置工作模式应用自适应控 制信号包含改变所述天线的所述架构。
61. —种优化自适应MIMO通信系统的操作的方法中的改进， 包含操作多个多功能可重新配置天线，以便通过将物理天线阵列配 置和它的辐射/极化和频率特性当作自适应系统参数而引入附加自由 度。
62. —种操作自适应MIMO通信系统的方法中的改进，包含 根据多种自适应编码方案操作多个多功能可重新配置天线，以便最佳 地响应具有快变化多径条件的传播环境中的变化，其中，在快变化多 径条件下动态地将天线特性和阵列配置的重新配置与所述自适应编码 方案的选择相结合，以便提供最佳通信。
63. 根据权利要求62所述的改进，其中，操作多个多功能可重 新配置天线包含通过波束形成或空间-时间编码联合优化通信。
64. 根据权利要求62所述的改进，其中，操作多个多功能可重 新配置天线包含通过结合与所述信道条件有关的自适应传输方案选择 所述天线特性和配置的参数，选择所述特性和阵列配置作为联合优化 所述自适应系统过程中的附加分量。
65. 根据权利要求64所述的改进，其中，结合与所述信道条件 有关的自适应传输方案选择所述天线特性和配置的参数包含改变像 辐射图、极化、工作频率那样的天线特性，以便针对所述传输发信号 方案的优点而调整所述传播环境的特性，从而动态地选择系统参数的 最佳组合。
全文摘要
自适应MIMO通信系统包括具有可有选择变更有效物理天线阵列配置和辐射/极化特性的多功能可重新配置天线，该配置和特性是优化自适应系统参数过程中的分量。多功能可重新配置天线包含多个天线部件、和将多个天线部件的所选几个一起耦合到天线部件的可重新配置子阵列中的多个可有选择控制开关。与多功能可重新配置天线耦合的处理单元为生成到多个可有选择控制开关的自适应控制信号确定通信信道条件，以便根据信道条件，对多个天线部件一起有选择地应用所选空间-时间编码协议或所选波束形成协议。
文档编号H04B7/04GK101438508SQ200580041079
公开日2009年5月20日 申请日期2005年11月28日 优先权日2004年11月30日
发明者哈米德·加法克哈尼, 贝德里·A.·塞迪纳尔 申请人:加利福尼亚大学董事会