一种大规模MIMO天线阵列的降维方法，利用无源变换网络在空域中形成若干具有不同空间指向的基波束，并将阵列的输入输出与这些基波束相对应建立阵列输入输出与角空间覆盖的一一对应关系；之后依据目标角空间覆盖范围的具体需求对基波束进行加窗操作，仅保留目标角空间覆盖范围内部及其附近的基波束，实现降维，降维既可以是二维的，也可以是一维的，依据目标角空间覆盖的具体要求进行灵活配置；本发明专利技术还提供了相应的系统，阵面和变换网络可以是分立设计，也可以是一体化设计，本发明专利技术可大幅度减小大规模MIMO天线阵列中的射频链路数，在硬件层面上对大规模MIMO系统的复杂度进行降低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线阵列
，特别涉及一种大规模MMO天线阵列的降维方法 及利用该方法的系统。
技术介绍
近年来，伴随着第三代移动通信技术的普及和第四代移动通信技术的推广，移动 通信系统的信道容量和系统容量上取得了长足的进步。多入多出（Mnro)技术，作为利用空 域资源的一项新兴无线通信技术，成为这一进步的一项重要支柱。它利用发射和接收端的 天线阵列，在空域中对多径信道进行分离，并在分离的信道上同时收发多个空域码流，从而 在不占用额外的频域和时域资源的前提下，实现空分复用，成倍的提高无线通信的速率。 随着第五代移动通信技术的提出，Mnro技术正向大规模，多用户方向进行演进。相 较于传统的Mnro技术，大规模MMO技术（Massive MHTO)在基站端采用了大规模的天线阵 列形式（阵列阵元数达到几百个甚至上千个），从而更有效的对多径信道进行分离，并进一 步将辐射能量汇聚，提高频谱复用率和信噪比。 然而，为了实现对多径信道的探测与分离，MHTO天线阵列中每个阵元都具有独立 的射频链路，它包含天线辐射阵元、射频放大器、上下变频器以及数模/模数转换器等。考 虑到大规模MIMO系统拥有大量的阵元，系统的复杂度、成本和功耗相对于传统的MIMO天线 阵列会急剧上升，这将很大程度限制该技术的部署和应用。 在现有的大规模MMO天线阵列的研究中，研究人员主要关注了快速信道特征检 测和基带信号的快速处理算法等技术的研究，力图从软件层面来降低大规模MMO天线阵 列在后端信号处理上的复杂度。然而，这些技术无法降低大规模Mnro系统的硬件复杂度。 在硬件层面上，目前的解决方案主要是采用低成本、低功耗的阵元射频链路设计，来降低系 统的整体成本、功耗和复杂度。然而，这一方案是以牺牲性能为代价的，需要进一步采取补 偿算法等补偿措施。因此，如何在不损失性能的前提下，降低大规模MMO系统的复杂度，是 大规模MIMO技术研究和应用中的一个核心问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种大规模MMO天线阵 列的降维方法及利用该方法的系统，可大幅度减小大规模M頂0天线阵列中的射频链路数， 从而在硬件层面上对大规模M頂0系统的复杂度进行降低， 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是： -种大规模MMO天线阵列的降维方法，利用无源变换网络，在空域中形成若干具 有不同空间指向的基波束，并将阵列的输入输出与这些基波束相对应，以建立阵列输入输 出与角空间覆盖的一一对应关系；即：在接收时，将阵列中阵元上的幅相分布，变换为基波 束上的幅相分布；在发射时，将应用于阵列中阵元上的幅相加权，变换为应用于基波束上 的幅相加权；之后，依据目标角空间覆盖范围的具体需求，对所述基波束进行加窗操作，仅 保留对目标角空间覆盖范围贡献大于设定阈值的基波束，而丢弃贡献小于设定阈值的基波 束，即，仅保留目标角空间覆盖范围内部及其附近的基波束，实现降维。 所述无源变换网络为正交变换网络、近似正交或非正交的变换网络；当采用正交 变换网络时，无源变换网络为离散傅里叶变换网络；它形成的基波束具有定向性和正交性， 构成空域中的一组完备集；而采用近似正交或非正交网络时，不要求基波束在空域中具备 正交性，仅要求基波束具有定向性；无论采用那一类型的变换网络，其生成的基波束都应具 有不同的空间指向，并与一定的角空间覆盖相对应，以建立角空间覆盖与阵列输入输出的 --对应关系。 根据不同应用目标角空间覆盖范围的不同，进行针对性的降维：其中，对水平面和 俯仰面均为部分覆盖的应用，目标角空间覆盖范围在两个维度均具有冗余，则在二个维度 上，建立角空间覆盖与阵列输入输出的一一对应关系，并依据目标角空间覆盖范围进行加 窗，实现二维降维；对水平面角空间全覆盖、俯仰面角空间部分覆盖，或俯仰面角空间全覆 盖、水平面角空间部分覆盖的应用，目标角空间覆盖范围仅在单一维度具有冗余，则仅在具 有冗余的维度上建立角空间覆盖与阵列输入输出的一一对应关系，依据目标角空间覆盖范 围进行加窗，而在另一维度上采用传统的馈电形式，实现单一维度的降维。 本专利技术还提供了利用所述大规模MMO天线阵列的降维方法的系统，包括大规模 MHTO阵面21和射频链路阵列26,其中，大规模MMO阵面21具有MXN个阵元，射频链路阵 列26规模为M1XN 1, M1S M，N A N ;其特征在于，还包括连接于大规模MMO阵面21和射 频链路阵列26之间的无源变换网络23,无源变换网络23用以形成MXN个具有不同空间指 向的基波束，建立角空间覆盖与阵列输入输出的一一对应关系，即，在接收时，使得原作用 于大规模MHTO阵面21阵元上的幅相分布变换为基波束上的幅相分布；在发射时，使得原作 用于阵面大规模MMO阵面21阵元上的幅相加权变换为基波束上的幅相加权； 在未加窗前，无源变换网络23与射频链路阵列26相连处具有MXN个端口，与空 间中的MXN个正交基波束相对应； 在加窗后，在与射频链路阵列26相连处仅保留对应于目标角空间覆盖范围内的 M1X N1个端口，实现降维。 所述射频链路阵列26在接收时，对无源变换网络23输出的信号进行放大、下变 频、AD变换以及幅相分布的检测；在发射时，用于对馈入无源变换网络23的信号进行DA变 换、上变频和放大，实现输入幅相加权。 所述大规模MIMO阵面21为微带贴片阵、偶极子阵、波导缝隙阵、介质天线阵、反射 阵、透射阵或抛物面阵；所述无源变换网络23为无源微波网络或无源介质网络，所述无源 微波网络包括Bulter矩阵、Blass矩阵及其变种，所述无源介质网络包括Luneburg透镜、 Rotman透镜及其变种。 所述无源变换网络23与大规模MIMO阵面21 -体化设计，其具体实现形式包括反 射阵、透射阵以及抛物面等具有无源空馈网络的阵列。 所述无源变换网络23为二维无源变换网络或一维无源变换网络，对于水平面和 俯仰面角空间均为部分覆盖的应用，无源变换网络23为二维无源变换网络，在加窗后，无 源变换网络23与射频链路阵列26连接处具有M 1XN1个端口，对应着阵列在目标角空间覆 盖范围内的基波束；对于水平面角空间全覆盖、俯仰面角空间部分覆盖，或俯仰面角空间全 覆盖，水平面角空间部分覆盖的应用，无源变换网络23为一维无源变换网络；对水平面角 空间全覆盖的应用，在加窗后，无源变换网络23与射频链路阵列26连接处具有MXN1个端 口，其中纵向维度中的N 1个端口，对应着阵列在俯仰面目标角空间覆盖范围内的基波束；对 俯仰面角空间全覆盖的应用，在加窗后，变换网络与射频链路阵列26连接处具有M 1XN个 端口，其中横向维度中的M1个端口，对应着阵列在水平面目标角空间覆盖范围内的基波束。 所述加窗过程为： 将无源变换网络23的输入输出维度，由接收时的MXN输入/发射时的MXN输 出、接收时的M X N输出/发射时的M X N输入，降至接收时的M1X N1输入/发射时的M i X N1 输出、接收时的M1XN1输出/发射时的M iXNi输入，从而使射频链路阵列26所需的射频链 路数量，从M X N降至M1X N1;加窗操作中，在无源变换网络23的接收时的M X N输出/发射 时的M X本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大规模MIMO天线阵列的降维方法，其特征在于，利用无源变换网络，在空域中形成若干具有不同空间指向的基波束，并将阵列的输入输出与这些基波束相对应，以建立阵列输入输出与角空间覆盖的一一对应关系；即：在接收时，将阵列中阵元上的幅相分布，变换为基波束上的幅相分布；在发射时，将应用于阵列中阵元上的幅相加权，变换为应用于基波束上的幅相加权；之后，依据目标角空间覆盖范围的具体需求，对所述基波束进行加窗操作，仅保留对目标角空间覆盖范围贡献大于设定阈值的基波束，而丢弃贡献小于设定阈值的基波束，即，仅保留目标角空间覆盖范围内部及其附近的基波束，实现降维。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张志军，王涵，常乐，冯正和，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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