[发明专利]一种5G大规模天线阵列波束成型装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于5G大规模天线阵列波束成型装置及方法，包括用于将基带数据流进行预编码并输出的预编码矩阵F_B，预编码矩阵F_B的输出端通过不同数据传输线路分别连接至N个射频链路，每个射频链路的输出端均通过数据传输线路连接至天线阵列单元，每个射频链路的输出线路与天线阵列单元之间均设置有移相器，天线阵列单元均分为N组；移相器组成模拟预编码矩阵F_R；本发明将大规模天线阵列分组，与每组天线单元相连的移相器数量阶梯分布，将阶梯分布的移相器分别与射频链路连接起来，整个系统需要的移相器数量大幅度下降将有效降低系统复杂度及成本。

【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5G大规模天线阵列波束成型装置及方法。

【背景技术】

2017年12月20日，在3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR(New Radio)首发版本正式冻结并发布，5G标准化迎来重要里程碑。中国的相关厂商及机构不仅在3GPP等标准组织中发挥了重要作用，在技术测试、频谱划定等方面均走在世界前面。IMT-2020推进组主导的5G技术研发试验已重点转向5G商用前的产品研发、验证和产业协同，开展商用前的互联互通工作。国内相关厂商从2016年6月开始进行了第二阶段测试，构建了规模全球最大的测试网并取得了良好的成绩。5G完整的标准预计将在2019年底完成，国际电联建议书最终将包含IMT-2020的全部技术规范。

5G网络体系下将允许单个基站达到20Gbps以上的下行速度和10Gbps的上行速度。一个小区的所有用户共享全部带宽，每平方公里支持用户数将达到100万。其主要采用的技术有：毫米波(mmWave)、大规模天线阵列等。其中，毫米波频段由于其波长短、路径损耗大，导致传播距离受限。因此，必须采用大规模天线阵列以获得高的方向性增益增加覆盖。受制于功耗及成本的限制，基站天线单元数量在100-1000个之间、而射频链路数最多几十个，射频链路数量将远小于天线单元数量。因此，需要在射频链路到天线之间需要采用移相器以完成波束成型功能。

假定基站射频链路数为N、天线数为M，现有的波束成型方法有如下：全连接的波束成型方案，如图1所示，该方案中射频链路到天线之间采用移相器连接，则需要的移相器数量为N*M。例如：天线数为64个、射频链路数为8，则需要的移相器数量为512。随着天线数量及射频链路数增加，其需要的移相器数量将迅速增加，以至于复杂度及成本太高、难以实际大规模应用，实用性较差。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种5G大规模天线阵列波束成型装置及方法，以解决现有天线阵列成本高、复杂度高、实用性差的问题。

本发明采用以下技术方案：一种适用于5G大规模天线阵列波束成型装置，包括用于将基带数据流进行预编码并输出的预编码矩阵F_B，所述预编码矩阵F_B的输出端通过不同数据传输线路分别连接至N个射频链路，每个所述射频链路的输出端均通过数据传输线路连接至天线阵列单元，每个所述射频链路的输出线路与所述天线阵列单元之间均设置有移相器，所述天线阵列单元均分为N组；所述移相器组成模拟预编码矩阵F_R，

其中，G为整数，G＝M/N，M为天线阵列单元的总数，表示第i个射频链路对应的第j个天线阵列单元组中第k个移相器的相位。

进一步地，第i个射频链路的输出线路为并分别连接至个移相器后与天线阵列单元连接。

进一步地，第j组天线阵列单元中的每个天线阵列单元所连接的移相器的数量为j。

本发明的另一种技术方案，一种适用于5G大规模天线阵列的波束成型方法，使用上述的一种适用于5G大规模天线阵列波束成型装置，根据N个用户与基站之间的距离计算链路损耗，得出每个用户的信噪比；

将N个用户的信噪比由低至高进行排序，得出排序后的用户1至用户N；