非對稱共享型混合波束成型收發(fā)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種非對稱共享型混合波束成型收發(fā)裝 置，該裝置可以實現(xiàn)多用戶多輸入多輸出（MultipleInputMultipleOutput，Mnro)通信， 簡化了接收端波束成型結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)復雜度。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信設備不斷的更新與改進，迅猛增長的各類數(shù)據(jù)業(yè) 務對包括移動數(shù)據(jù)通信和無線局域網(wǎng)在內(nèi)的下一代無線通信系統(tǒng)的傳輸速率提出了更高 的要求。千兆級（Gbps)比特速率的高速無線通信研究已經(jīng)成為學術(shù)界和工業(yè)界的熱點，毫 米波頻段成為了提供Gbps比特傳輸速率的新一代超高速無線局域的主要候選頻段之一， 使得毫米波（Millimeterwave)通信得到了人們的關(guān)注。在毫米波通信系統(tǒng)中，高速率和高 質(zhì)量的通信需要在基站（BaseStation，BS)和用戶端使用大的天線陣列同時服務于多個用 戶，在發(fā)射端需要進行預編碼消除用戶間的干擾，波束成型技術(shù)成為一種關(guān)鍵的補償技術(shù)。
[0003] 在傳統(tǒng)的多輸入多輸出（MultipleInputMultipleOutput，ΜΙΜΟ)系統(tǒng)中，波 束成型技術(shù)在基帶應用，然而在基帶采用波束成型時，一根發(fā)射天線需要一個射頻（Radio Frequency，RF)鏈路，由于RF鏈路硬件成本太高，以至于發(fā)射天線數(shù)受到一定的限制。因 此，人們提出在模擬域使用波束成型技術(shù)即模擬相移器，其幅度為常數(shù)，相位為量化值。但 相移器的使用會限制RF編碼矩陣元素的幅度為常數(shù)值，實現(xiàn)的性能會受到一定的影響。為 了實現(xiàn)更大的波束成型增益以及能夠?qū)Χ鄠€數(shù)據(jù)流進行預編碼，混合波束成型技術(shù)的使用 成為了一種策略。
[0004] 在現(xiàn)有使用混合波束成型技術(shù)的系統(tǒng)中，大部分都是在發(fā)射端和接收端同時使用 混合波束成型技術(shù)。本發(fā)明提出一種非對稱共享型混合波束成型收發(fā)實現(xiàn)裝置，發(fā)射端采 用共享型數(shù)?；旌喜ㄊ尚徒Y(jié)構(gòu)，而接收端使用數(shù)字波束成型結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決無線通信技術(shù)中利用波束成型技術(shù)實現(xiàn)更高 傳輸速率，提高系統(tǒng)性能，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)復雜度，提出一種非對稱共享型混合波 束成型收發(fā)裝置，此裝置可以實現(xiàn)多用戶ΜΙΜΟ通信。該系統(tǒng)模型在發(fā)射端使用共享型數(shù)模 混合波束成型結(jié)構(gòu)，每根發(fā)射天線上傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過數(shù)字預編碼和模擬預編碼混合得到 的信號，在接收端僅采用數(shù)字波束成型結(jié)構(gòu)，簡化了接收端的波束成型結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)復 雜度。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明所述的非對稱共享型混合波束成型收發(fā)裝置，其目的是這樣實 現(xiàn)的：
[0007] -種非對稱共享型混合波束成型收發(fā)裝置，包括發(fā)射端和接收端，所述發(fā)射端使 用共享型數(shù)模混合波束成型結(jié)構(gòu)，即發(fā)射端的每根發(fā)射天線上傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過數(shù)字預編 碼和模擬預編碼混合得到的信號，所述接收端僅使用數(shù)字波束成型結(jié)構(gòu)，該非對稱共享型 混合波束成型收發(fā)實現(xiàn)裝置實現(xiàn)多用戶MIMO(MultipleInputMultipleOutput，多輸入 多輸出）通信。
[0008] 具體的，所述發(fā)射端包括依次連接的基帶預編碼器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、RF預編碼器、混 合器和發(fā)射天線，所述接收端包括依次連接的接收天線、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和基帶均衡處理器， 所述發(fā)射端信號先經(jīng)過基帶預編碼器處理，消除用戶間干擾和數(shù)據(jù)流間干擾形成空時流； 空時流經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DigitalAnalogConverter，DAC)轉(zhuǎn)換到模擬域，生成RF鏈路； 再由相移器組成的RF預編碼器處理，相移器可以提高天線增益，提高抗衰弱的能力；最后 信號經(jīng)過混合器映射到發(fā)射天線上發(fā)送；經(jīng)過信道到達接收天線上的信號由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (AnalogDigitalConverter,ADC)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；再由基帶均衡處理器處理得到相應的 數(shù)據(jù)流。
[0009] 發(fā)射端采用共享型數(shù)?；旌喜ㄊ尚徒Y(jié)構(gòu)，假設本發(fā)明中共有nrf條射頻鏈路和 NBS根發(fā)射天線，發(fā)射端信號經(jīng)基帶預編碼器處理后形成的空時流數(shù)為A^， 射頻鏈路的開關(guān)狀態(tài)可以根據(jù)空時流數(shù)％進行相應的調(diào)整，發(fā)射端動態(tài)地選擇 條RF射頻鏈路并令其處于連接狀態(tài)，令其他i^^RF射頻鏈路處于關(guān)閉狀態(tài)，則 同時這條RF射頻鏈路上相移器與混合器連接的鏈路也處于關(guān)閉狀 ??τ〇
[0010] 發(fā)射端向Κ(κ彡1)個用戶發(fā)射Ns個數(shù)據(jù)流，<表 u~\ 示發(fā)送給用戶U的數(shù)據(jù)流數(shù)，^ ，#:表示用戶u的接收天線數(shù)。數(shù)據(jù)流 先經(jīng)過基帶預編碼器處理后形成空時流，基帶預編碼矩陣FBB的行數(shù)為，列數(shù)為數(shù)據(jù)流 數(shù)Ns。
[0011] 發(fā)射端從能效與復用分集角度動態(tài)地分配用戶相對應的射頻鏈路數(shù)，分配用戶U 的射頻鏈路數(shù)為λu:
^ ?每條射頻鏈路與^^個相移器 連接，相移器受硬件限制，僅有相位可調(diào)而幅度為常數(shù)?？諘r流由DAC轉(zhuǎn)為模擬信號后，經(jīng) 過由模擬相移器構(gòu)成的RF預編碼器處理，RF預編碼矩陣Frf的維度為#BSΧΛ/&且RF預編 碼矩陣的元素要滿足一定的約束條件，如下式所示：
[0012] |[FRF]n，n|=c
[0013] 其中c表示一個常數(shù)，[F#]^表示矩陣的第m行、第η列元素，| |表示取幅度。
[0014] 每一個用戶對應一個波束控制矩陣，RF預編碼矩陣可以表示為Frf= 防，F(xiàn)2,L，F(xiàn)J，其中，F(xiàn)i、F2…匕為分別對應用戶1、用戶2…用戶K的波束控制矩陣，用戶u的 波束控制矩陣為Fu，列數(shù)為λu，每一列對應一個相位控制矢量，相位控制矢量通過波束進 行訓練從現(xiàn)有RF碼本中得到，碼本有Μ個碼字。用戶u的波束控制矩陣Fu的獲取方法具 體包括以下步驟：：
[0015]S1 :根據(jù)分配給用戶u的射頻鏈路數(shù)λu，從碼本中隨機選擇λ。個碼字建立多個 波束控制矩陣筆，= 式表示i個波束控制矩陣；
[0016]S2 :發(fā)射端選擇λu個射頻鏈路且令其處于連接狀態(tài)，其他射頻鏈路以及射頻鏈路 上相移器與混合器連接的鏈路處于關(guān)閉狀態(tài)，對用戶u發(fā)射相同的數(shù)據(jù)流且發(fā)射功率保持 不變，依次用拉進行模擬波束訓練；
[0017]S3:用戶u根據(jù)接收信號的信噪比得到最佳一組碼字Q，并把最佳一組碼字Q的信 息反饋給發(fā)射端，發(fā)射端根據(jù)用戶反饋的信息，得到用戶u的波束控制矩陣Fu。
[0018] 其他用戶的波束訓練過程與用戶u的波束訓練過程相同，可以求出每個用戶的波 束控制矩陣得到RF預編碼矩陣Frf。
[0019] 經(jīng)過RF預編碼器處理后信號再由混合器疊加，混合器的數(shù)目等于發(fā)射天線數(shù)且 一個混合器與一根發(fā)射天線連接。第i個混合器上的輸出信號是所有條射頻鏈路上的 第i個相移器輸出信號的疊加，疊加后的信號映射到nbs根發(fā)射天線上發(fā)送給用戶。
[0020] 接收端采用數(shù)字波束成型結(jié)構(gòu)，發(fā)送信號經(jīng)過信道到達用戶U的接收天線上，接 收信號先經(jīng)過ADC把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號再經(jīng)過基帶均衡處理器恢復 出臂個數(shù)據(jù)流，基帶均衡矩陣『二的維度為心<
[0021] 對于上面描述的非對稱共享型混合波束成型收發(fā)實現(xiàn)裝置，主要目的就是設計發(fā) 射端基帶預編碼矩陣、RF預編碼矩陣和每個用戶的基帶均衡矩陣使總的傳輸速率達到最 大，基帶預編碼矩陣和基帶均衡矩陣可以根據(jù)已有的數(shù)字波束成型技術(shù)中設計數(shù)字預編碼 矩陣的方法得到?？偟膫鬏斔俾实扔诎l(fā)射端與每個用戶之間傳輸速率總和，可以先對單個 用戶傳輸速率進行優(yōu)化，再把所有用戶實現(xiàn)的傳輸速率求和得到總傳輸速率。
[0022] 有益效果：本發(fā)明所述的非對稱共享型混合波束成型收發(fā)裝置，發(fā)射端采用共享 型數(shù)?；旌喜ㄊ尚徒Y(jié)構(gòu)，接收端采用數(shù)字波束成型結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)ΜΜ0通信中采用數(shù)字波 束成型架構(gòu)的系統(tǒng)相比，發(fā)射端使用由模擬相移器構(gòu)成的RF預編碼器可以減少射頻鏈路 數(shù)，降低成本，減少總的發(fā)射功率。與發(fā)射端和接收端同時使用混合數(shù)模波束成型結(jié)構(gòu)的系 統(tǒng)相比，該系統(tǒng)模型的接收端僅使用數(shù)字波束成型結(jié)構(gòu)，使接收端波束成型結(jié)構(gòu)更加簡單， 整個系統(tǒng)復雜度降低。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明所述收發(fā)裝置的系統(tǒng)原理示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明所述收發(fā)裝置的流程示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實施例中所對應的收發(fā)裝置的系統(tǒng)原理示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳述，該 實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0027] 參見圖1所示，一種非對稱共享型混合波束成型收發(fā)裝置，包括發(fā)射端和接收端， 所述發(fā)射端采用共享型數(shù)?；旌喜ㄊ尚徒Y(jié)構(gòu)，即發(fā)射端的每根天線上傳輸?shù)男盘柺墙?jīng)過 數(shù)字預編碼和模擬預編碼混合得到的信號，所述接收端僅使用數(shù)字波束成型結(jié)構(gòu)，該收發(fā) 實現(xiàn)裝置實現(xiàn)多用戶Μ頂0通信。
[0028] 所述發(fā)射端包括依次連接的基帶預編碼器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、RF預編碼器、混合器和 發(fā)射天線，所述接收端包括依次連接的接收天線、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和基帶均衡處理器。圖