[发明专利]模拟波束成形设备

说明书

技术领域

本公开涉及模拟波束成形发送器和模拟波束成形接收器。本公开还涉及模拟极化调整发送器，模拟极化调整接收器，模拟多普勒频移补偿发送器，模拟多普勒频移补偿接收器，模拟延迟补偿发送器，模拟延迟补偿接收器和包括信号分配单元的天线布置。特别地，本公开涉及无线通信系统中的波束成形技术和具有时空处理的宽带极化波束成形方法。

背景技术

毫米波的传播特性不同于通信系统中通常使用的较低频带。其主要特点是由于波长尺寸小而导致的“准光学”行为。因此，粗糙的表面散射效应增强，反射变得更镜面，衍射效果非常小。此外，由于高自由空间衰减，路径损耗增加。通过建筑材料渗透损失明显高于较低频段，将室内通信范围大部分限制在室内应用范围之内。由于这种穿透损失，非视距(non-line-of-sight，NLOS)传输变得比在较低频段更具挑战性。

通常将毫米波信道视为“确定性”，因为与较低频带相比，不同路径叠加引入的衰落效应大大降低。一个图解为单个路径可以用不同的延迟很好地识别和隔离。此外，由于其确定性特点，每个不同的路径具有明确限定的极化。极化随着波与环境的相互作用而变化。特别地，由于波长的小尺寸，增加了通过相互作用和改变极化特性来影响传播路径的对象的数量。这些变化可以是线性极化角的旋转，例如通过在与只反射极化的一个分量的结构相互作用之后消除确定的极化。信道的确定性行为的另一个后果是环境充当空间滤波器，导致每个单个路径的参数不同(例如多普勒和相移、延迟、极化)。

为了抵消高路径损耗，毫米波通信系统预计使用高增益天线，例如可以将能量集中在所需方向上的天线阵列。相对较小尺寸的毫米波天线允许采用紧凑的、非常高阶的MIMO阵列，这使得能够实现窄束波束成形方案。这在定向域中提供了非常高的分辨率。

由于高自由空间传播损耗，毫米波频率的无线传输将主要依赖于波束成形。关键问题是如何进行波束成形以利用毫米波信道的特殊特性，并最大化地提高所述接收信号质量。毫米波信道传播的主要特点之一是其高度的方向性和空间选择性。通常，在发送器(TX)和接收器(RX)之间只有有限数量的传播路径，包括视线(Line-of-Sight，LOS)路径和非视矩(NLOS)路径。由于毫米波信道的高方向选择性和毫米波系统的预期大带宽，可以很好地解析这些路径。对于信号传输，可以将波束指向这些路径的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于改进波束成形的技术，尤其是用于毫米波信道中的无线传输。

该目的通过独立权利要求的特征来实现。根据从属权利要求、说明书和附图，进一步的实现形式是显而易见的。

在本公开中描述的基本概念针对在毫米波频率范围内的新的波束成形技术。所公开的波束成形技术可以通过利用不同传播路径中的信号能量来最大化接收信号质量，并且同时可以通过利用基站和不同用户之间的不同传播信道来最小化干扰。在下文中，传播信道可以包括一定数量的传播路径。

本公开描述了一种用于从多个传播路径中获得最佳效果并且增加总体接收功率以便于即使在NLOS通信中也能促进传输的解决方案。在极化、延迟和多普勒频移方面，关键的解决方案是具有来自不同传播路径的信号的相干和。特别地，在偏振方面为了允许相干相加，考虑了由于与改变极化特性的散射相互作用所引起的信号损耗以及Tx和Rx之间的极化失配。由于涉及到大量天线，这种解决方案的全数字化实现可能不是有效的。因此，应用了基于模拟处理的实现。

所公开的用于宽带毫米波通信的波束成形技术具有利用毫米波通道传播特性的能力，该技术基于不同波束中TX信号的多波束成形和功率调整。多波束成形包括多个波束的空间导向以提供抵抗路径的阴影和动态的鲁棒性，并且增强接收的信号和/或消除不期望的信号，例如干扰。不同波束中TX信号的功率调整考虑了用于优化不同方向(波束)中的总EIRP分配的总功率约束，以使接收信号功率最大化。