[发明专利]分离型非对称混合波束成型的传输装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于高频段多输入多输出通信系统的分离型非对称混合波束成型装置及方法。发射机采用分离型数字模拟混合波束成型，数据流经过数字预编码映射到不同射频链路，每一个射频链路分别采用不同的相移器处理模块来实现该射频链路的模拟波束成型，利用相控天线阵列的阵列增益，抵抗信道衰落；接收机采用全数字接收，能在合理的接收机复杂度下充分利用模拟波束成型的阵列、分集增益和数字波束成型的复用、分集增益，提高系统性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种适用于高频段多输入多输出系统的分离型非对称混合波束成型的传输装置及方法。该传输装置及方法采用发射机分离型数字模拟混合波束成型发送，接收机全数字接收的非对称波束成型方案，能在合理的接收机复杂度下充分利用模拟波束成型的阵列、分集增益和数字波束成型的复用、分集增益，提高系统性能。

背景技术

面向2020年及未来移动通信技术和产业将迈入第五代移动通信(5G)的发展阶段，中国在IMT-2020(5G)网络技术架构白皮书中提出100Mbps-1Gbps的数据速率指标。为了实现超高速率的传输，大规模MIMO技术和毫米波通信是未来5G通信领域的关键技术。

毫米波通信带来许多新的问题，其中波束成型方案的设计是研究重点之一。在毫米波通信中，大规模天线阵列由于体积小易于封装，使其能够实现高预编码增益。然而，大规模混合信号使得数字预编码变得相当困难。同时，设计预编码矩阵通常需要完全或者部分信道状态信息，由于毫米波通信天线数多且信噪比较低，这在波束成型之前很难获得所需的信道状态信息。

为了克服射频硬件的约束，提出了模拟波束成型解决方案。其主要思想是利用相移器去控制每根天线所传输信号的相位，发射端在不需要信道信息的情况下通过波束训练算法来设计模拟波束成型权重。模拟波束成型在一定程度上降低了复杂度，但是发送的并行流不能获得复用增益，且当多个用户距离较近时会引起严重的用户间干扰。

为了获得更大的增益以及对多个数据流进行预编码，在毫米波通信中提出了数模混合波束成型。采用数模混合波束成型可以在减少射频链路数的同时保证系统性能。然而目前的毫米波混合波束成型通信系统多采用对称式的，即发射机和接收机均采用混合波束成型方案，这在多用户场景中接收机的复杂度高代价大。

发明内容

发明目的：为了同时利用模拟波束成型的阵列、分集增益和数字波束成型的复用、分集增益，高频段多输入多输出(MIMO：Multiple Input Multiple Output)无线通信系统多采用发射机接收机对称的混合波束成型方案，在多用户场景中，显著增加接收机复杂度及系统开销。考虑现有技术的不足，针对高频段多用户MIMO(MU-MIMO：Multi-userMultiple Input Multiple Output)无线通信系统，本发明提供一种发射机采用分离型数字模拟混合波束成型，接收机采用全数字接收的非对称波束成型装置及方法，能在合理的接收机复杂度下充分利用模拟波束成型的阵列、分集增益和数字波束成型的复用、分集增益，提高系统性能。

技术方案：一种适用于高频段MU-MIMO无线通信系统的分离型非对称混合波束成型的传输装置，包括发射机和接收机，发射机包括数据的基带信号处理模块，射频链路模块以及相控发射天线阵列模块，其中基带信号处理模块与N_RF个射频链路模块连接，射频链路模块与相控发射天线阵列连接，连接的方式为分离型，每个射频链路模块连接有M根射频天线，每一射频天线均有一相移控制器；在接收端有K个用户，每个用户有独立的接收机且每个接收机有一个基带信号处理模块，用户k有根全向天线，所有用户天线总数为

发射机采用分离型数字模拟混合波束成型，基带信号处理模块实现数字波束成型，将N_data路数据流映射到N_RF个射频链路上，实现复用增益和分集增益。对于每一个射频链路，通过其上的M根射频天线分别采用不同的相移来实现该射频链路的模拟波束成型，从而利用相控天线阵列的阵列增益和分集增益，抵抗信道衰落。