[發明專利]一種受總功率約束的開關模擬波束成形系統

有效

• 申請號: 201611113744.X
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106788649B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 張勝利;郭重濤;王滔滔;周義朋
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 溫玉珍

本發明提供一種受總功率約束的開關模擬波束成形系統，包括：發射端射頻鏈、射頻開關組件和接收端射頻鏈，所述發射端射頻鏈與射頻開關組件的輸入端相連接，所述射頻開關組件的輸出端與所述接收端射頻鏈相連接；其中，所述射頻開關組件包括N個發射射頻開關以及N個發射射頻天線，所述射頻開關組件選擇一個射頻開關作為接收射頻開關以實現點對點傳輸，并根據信道信息控制射頻開關組件的射頻開關狀態以最大化接收信噪比；所述射頻開關組件的發射射頻天線的發射功率由發射機的總功率約束，所述發射機的總功率均勻分配給射頻開關組件的所有發射射頻天線。本發明僅使用簡單的模擬開關來實現開關模擬波束形成增益，能夠實現完全復用增益和全部的分集增益。

技術領域

本發明涉及一種模擬波束成形系統，尤其涉及一種受總功率約束的開關模擬波束成形系統。

背景技術

在未來5G的潛在技術中，已經證明大規模多輸入多輸出(MIMO)能夠將系統頻譜效率提高幾倍。典型的大規模MIMO系統是蜂窩通信，其中基站(BS)配備有大量天線以服務移動用戶。此外，隨著高頻通信(特別是高于30GHz)的發展，大量天線不僅是可能的，而且還必須補償由于緊湊的天線尺寸而引起的小陣列增益。

數字波束成形是MIMO系統中發展良好的技術，其具有靈活性，適應性和性能優化的優點。然而，數字波束成形太昂貴并且太耗功率不能應用于大規模MIMO中，因為每個天線均與一個昂貴的RF(射頻)鏈連接，通常由功率放大器、模數或數模轉換器、模擬轉換器和混頻器等組成。

隨著高頻通信的發展，特別是60GHz的發展，由于緊湊型天線的尺寸，大量的天線不但是可能而且是必須用來補償小陣列增益。為了節省數字波束形成中射頻鏈(RF鏈的成本和功耗非常高)的數目，在RF域中對模擬域的波束形成操作采用移相器和功率放大器的方法，重新獲得了更多的關注。模擬RF架構和波束形成算法的設計已在一些出版物被徹底研究。這些工作表明，與使用數字波束形成的傳統架構相比，使用模擬波束形成的性能缺陷通過降低硬件開銷成本是合理的。雖然模擬波束形成有功率和成本方面的優勢，但是在設計RF硬件時，特別是對于毫米波(mm-wave)載波信號，完成模擬波束形成會遇到巨大的挑戰和可靠性問題?，F有技術中也有人提出了一些簡單的模擬波束形成結構來降低其硬件復雜度，但卻是以降低性能為代價實現的。與移相器一樣，具有可變增益的射頻功率放大器也十分必要，這也是使得在實現模擬波束形成時仍具有挑戰性和昂貴的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是需要提供一種合理控制成本、體積小、速度快、線性帶寬且頻率高的受總功率約束的的開關模擬波束成形系統。

對此，本發明提供一種受總功率約束的開關模擬波束成形系統，包括：發射端射頻鏈、射頻開關組件和接收端射頻鏈，所述發射端射頻鏈與射頻開關組件的輸入端相連接，所述射頻開關組件的輸出端與所述接收端射頻鏈相連接；其中，所述射頻開關組件包括N個發射射頻開關以及N個與發射射頻開關相對應的發射射頻天線，N為發射射頻天線的個數，N取自然數；所述射頻開關組件選擇一個射頻開關作為接收射頻開關，以實現發射射頻開關與接收射頻開關之間的點對點傳輸，且所述發射射頻開關與接收射頻開關之間的信道具有高斯分布的獨立分布變量，所述開關模擬波束成形系統根據信道信息控制射頻開關組件的射頻開關狀態以最大化接收信噪比；所述射頻開關組件的發射射頻天線的發射功率由發射機的總功率約束，所述發射機的總功率均勻分配給射頻開關組件的所有發射射頻天線。

本發明的進一步改進在于，所述N個發射射頻開關的輸入端均與所述發射端射頻鏈的輸出端相連接，每一個發射射頻開關的輸出端分別連接至一個與之一一對應的發射射頻天線。

本發明的進一步改進在于，所述射頻開關組件還包括接收射頻開關以及與接收射頻開關相對應的接收射頻天線，所述接收射頻開關的輸入端連接至與之一一對應的接收射頻天線，所述接收射頻開關的輸出端均與所述接收端射頻鏈的輸入端相連接。