[發明專利]一種5G大規模天線陣列波束成型裝置及方法

在審

• 申請號: 201810140268.3
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108390710A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 馬延軍;代新冠;任超;吳舒婷;李國民;朱代先;張燁;張龍妹;李文峰
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所 61219
• 代理人: 張瑞琪

本發明公開了一種適用于5G大規模天線陣列波束成型裝置及方法，包括用于將基帶數據流進行預編碼并輸出的預編碼矩陣F_B，預編碼矩陣F_B的輸出端通過不同數據傳輸線路分別連接至N個射頻鏈路，每個射頻鏈路的輸出端均通過數據傳輸線路連接至天線陣列單元，每個射頻鏈路的輸出線路與天線陣列單元之間均設置有移相器，天線陣列單元均分為N組；移相器組成模擬預編碼矩陣F_R；本發明將大規模天線陣列分組，與每組天線單元相連的移相器數量階梯分布，將階梯分布的移相器分別與射頻鏈路連接起來，整個系統需要的移相器數量大幅度下降將有效降低系統復雜度及成本。

【技術領域】

本發明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種適用于5G大規模天線陣列波束成型裝置及方法。

【背景技術】

2017年12月20日，在3GPP RAN第78次全體會議上，5G NR(New Radio)首發版本正式凍結并發布，5G標準化迎來重要里程碑。中國的相關廠商及機構不僅在3GPP等標準組織中發揮了重要作用，在技術測試、頻譜劃定等方面均走在世界前面。IMT-2020推進組主導的5G技術研發試驗已重點轉向5G商用前的產品研發、驗證和產業協同，開展商用前的互聯互通工作。國內相關廠商從2016年6月開始進行了第二階段測試，構建了規模全球最大的測試網并取得了良好的成績。5G完整的標準預計將在2019年底完成，國際電聯建議書最終將包含IMT-2020的全部技術規范。

5G網絡體系下將允許單個基站達到20Gbps以上的下行速度和10Gbps的上行速度。一個小區的所有用戶共享全部帶寬，每平方公里支持用戶數將達到100萬。其主要采用的技術有：毫米波(mmWave)、大規模天線陣列等。其中，毫米波頻段由于其波長短、路徑損耗大，導致傳播距離受限。因此，必須采用大規模天線陣列以獲得高的方向性增益增加覆蓋。受制于功耗及成本的限制，基站天線單元數量在100-1000個之間、而射頻鏈路數最多幾十個，射頻鏈路數量將遠小于天線單元數量。因此，需要在射頻鏈路到天線之間需要采用移相器以完成波束成型功能。

假定基站射頻鏈路數為N、天線數為M，現有的波束成型方法有如下：全連接的波束成型方案，如圖1所示，該方案中射頻鏈路到天線之間采用移相器連接，則需要的移相器數量為N*M。例如：天線數為64個、射頻鏈路數為8，則需要的移相器數量為512。隨著天線數量及射頻鏈路數增加，其需要的移相器數量將迅速增加，以至于復雜度及成本太高、難以實際大規模應用，實用性較差。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種5G大規模天線陣列波束成型裝置及方法，以解決現有天線陣列成本高、復雜度高、實用性差的問題。

本發明采用以下技術方案：一種適用于5G大規模天線陣列波束成型裝置，包括用于將基帶數據流進行預編碼并輸出的預編碼矩陣F_B，所述預編碼矩陣F_B的輸出端通過不同數據傳輸線路分別連接至N個射頻鏈路，每個所述射頻鏈路的輸出端均通過數據傳輸線路連接至天線陣列單元，每個所述射頻鏈路的輸出線路與所述天線陣列單元之間均設置有移相器，所述天線陣列單元均分為N組；所述移相器組成模擬預編碼矩陣F_R，

其中，G為整數，G＝M/N，M為天線陣列單元的總數，表示第i個射頻鏈路對應的第j個天線陣列單元組中第k個移相器的相位。

進一步地，第i個射頻鏈路的輸出線路為并分別連接至個移相器后與天線陣列單元連接。

進一步地，第j組天線陣列單元中的每個天線陣列單元所連接的移相器的數量為j。

本發明的另一種技術方案，一種適用于5G大規模天線陣列的波束成型方法，使用上述的一種適用于5G大規模天線陣列波束成型裝置，根據N個用戶與基站之間的距離計算鏈路損耗，得出每個用戶的信噪比；

將N個用戶的信噪比由低至高進行排序，得出排序后的用戶1至用戶N；