[发明专利]一种5G大规模天线波束控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种5G大规模天线波束控制系统，包括用于发出基带信号的基带信号处理器，基带信号处理器连接有n个射频链路，每个射频链路还分别连接有天线波束控制子系统，n个天线波束控制子系统呈阵列排布，每个天线波束控制子系统均用于发出或联合其它天线波束控制子系统组合发出波束，每个天线波束控制子系统还用于调节或联合其它天线波束控制子系统组合调节发出波束的方位角和俯仰角；该系统所设计的阵列灵活度大，两组移相器可分别控制天线波束的水平及俯仰角，也可进行多个波束同时扫描，直接在实际系统中采用。

【技术领域】

本发明属于无线通讯技术领域，尤其涉及一种5G大规模天线波束控制系统及方法。

【背景技术】

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主要技术指标包括：峰值速率大于10G bit/S，时延小于1毫秒等。为了达到这个速率提升指标，需要大幅度扩展通信频宽。而6GHz以下的频段基本被各类其他通信系统占用，因此需要利用毫米波频段。毫米波频段由于其波长短、路径损耗大、覆盖受限，必须采用大规模天线阵列技术以获得高的方向性增益。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、而射频链路数通常远小于天线数量，一般在几个到几十个之间。因此，需要在射频链路到天线之间采用移相器等以完成波束控制。

目前，采用移相器方案有如下几种：1)全连接的波束成型方案；如图5所示，该方案中每个射频链路到每个天线之间均有移相器连接。2)混合连接方法；如图6所示，该方法将射频链路及天线分别分组，然后在每一组内将每个射频链路与每个天线用移相器连接。全连接方法需要采用大量移相器且相互之间耦合严重，成本高且实用性差。混合连接方案虽然大幅降低了移相器的使用数量，但未考虑实际天线布设方式等方面因素，实用效果仍然较差。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种5G大规模天线波束控制系统及方法，可以控制波束在三维空间进行扫描，还可以分别构建增益最大的单波束和不同增益的多个波束。

本发明采用以下技术方案：一种5G大规模天线波束控制方法，具体方法为：基带信号处理器发出n个基带信号至n个射频链路，并分别通过n个射频链路发送至n个天线波束控制子系统，通过每个天线波束控制子系统调节波束的方位角和俯仰角并发出波束；

每个天线波束控制子系统调节波束方位角和俯仰角的过程为：

通过主路功分器将射频链路发出的信号分为m₁个支路，并分别将发送至m₁个方位角移相器，每个方位角移相器发出的信号相位移动分别为m₁个方位角移相器组成方位角移相器组，每个方位角移相器组的相位移动

将每个方位角移相器发出的信号发送至支路功分器，通过支路功分器将信号分为m₂个支路，并分别发送至m₂个俯仰角移相器，每个俯仰角移相器发出的信号相位移动分别为m₂个俯仰角移相器组成俯仰角移相器组，每个俯仰角移相器组的相位移动其中，n、m₁、m₂均为大于0的整数；m₁＝m₂＝n＝4；

将每个俯仰角移相器的输出信号均通过天线单元发出，得出阵列响应矢量为的波束；