[发明专利]基于组合分辨率移相器的毫米波大规模阵列波束成形系统

权利要求书

1.一种基于组合分辨率移相器的毫米波大规模阵列波束成形系统，其特征在于：包括数字预编码器、模拟预编码器、射频链路、天线，所述数字预编码器输入端接数据流，所述数字预编码器输出端分别通过所述射频链路与所述模拟预编码器相连，所述模拟预编码器与所述天线相连；所述模拟预编码器包括功率分配器、高分辨率移相器、低分辨率移相器、加法器，所述射频链路为条，所述功率分配器、所述高分辨率移相器的数量与所述射频链路数量相同，每条所述射频链路分别与对应的所述功率分配器相连，每个所述功率分配器分别与所述高分辨率移相器、所述低分辨率移相器相连，所述高分辨率移相器与所述加法器相连，所述低分辨率移相器依次与所述加法器和所述天线相连；所述天线、所述低分辨率移相器、所述加法器的数量分别为个，每个所述低分辨率移相器的输入端分别与所述功率分配器相连，每个所述低分辨率移相器的输出端依次与单个所述加法器、对应的单条天线相连；

该毫米波大规模阵列波束成形系统根据理想化波束增益对码本中码字的所需移相器相位具体值通过对应的优化问题进行求解，得到接近理想波束增益的码字，根据所需来波方向从码本中选择最优码字进行信号发射。

2.根据权利要求1所述的毫米波大规模阵列波束成形系统，其特征在于，还包括执行如下步骤：

步骤1：根据系统使用的天线个数，计算天线导引矢量；

步骤2：根据系统实际需求，选择码本容量，码本中的码字分别指向空间方向角度，据此构建码本矩阵；

在所述步骤2中，；

步骤3：根据码字及希望的空间覆盖范围，得到对应波束的理想增益，并计算增益矩阵；

在所述步骤3中，设指向空间方向的理想波束增益为：

其中集合为所需波束的空间覆盖范围；

增益矩阵公式如下：

；

步骤4：以高分辨率移相器的一个随机值作为初始值，设和分别为高分辨率移相器部分和低分辨率移相器部分的波束成形向量，进行变量代换，然后根据闭式最优解，求解对应最优，即；

步骤5：根据计算出的，使用Weiszfeld算法求解以的个顶点所构成多边形的费马——托里拆利点；设托里拆利点为，则为高分辨率移相器的相位值；

步骤6：以步骤5计算出的作为初始值，持续重复步骤4和5，直到达到所需的循环次数；

步骤7：将获得的高分辨率移相器相位和低分辨率移相器相位映射到符合移相器精度的最接近可能值，并输出码字，完成对码字的设计。

3.根据权利要求2所述的毫米波大规模阵列波束成形系统，其特征在于，在所述步骤1中，

其中是波长、是天线间距、是自然对数底数，为向量的转置，为虚数单位。

4.根据权利要求2所述的毫米波大规模阵列波束成形系统，其特征在于，在所述步骤4中，设和分别为高分辨率移相器部分和低分辨率移相器部分的波束成形向量，进行变量代换及，以及、，其中和分别代表实部和虚部。

5.根据权利要求2所述的毫米波大规模阵列波束成形系统，其特征在于，在所述步骤4中，闭式最优解公式如下：

其中代表的第个元素，

求解对应最优公式如下：

。

6.根据权利要求1所述的毫米波大规模阵列波束成形系统，其特征在于：所述天线上设有功率放大器，每个所述低分辨率移相器的输出端依次与单个所述加法器、对应的单条所述天线上的所述功率放大器相连。