一种小型化5G大规模MIMO通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种小型化5G大规模MIMO通信系统，包括独立设计的天线阵面、射频前端收发单元、基带数字处理阵面和频率合成器；频率合成器产生系统所需的频率源，供射频前端收发单元使用；射频前端收发单元连接天线阵面；基带数字处理阵面实现对射频前端收发单元的控制。本发明专利技术有效实现了5G大规模MIMO通信系统的小型化。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化5G大规模MIMO通信系统
本专利技术涉及5G大规模MIMO领域，特别是涉及5G大规模MIMO通信系统。
技术介绍
第五代移动通信(FifthGenerationMobileCommunicationSystems，5G)是面向2020年及未来移动通信的下一代移动通信系统。相比4G，5G的数据传输速率和频谱资源利用率会提升一个数量级甚至更高，其无线覆盖能力、传输时延、系统的安全性等方面也会显著的提高，用户体验更好。目前，5G已经成为了全世界移动通信领域的研究热点，国内外各研究机构正在对5G移动通信系统的系统架构、技术指标和候选频段等课题进行研究和探讨。2012年，欧盟正式启动了METIS(MobileandwirelesscommunicationsEnablersfor2020InformationSociety)项目，进行5G通信解决方案的研究。除此之外，欧盟还启动了5GPPP(The5GInfrastructurePublicPrivatePartnership)项目，为下一代通信基础设施提供解决方案、架构、技术和标准，旨在加速5G进程、确立欧盟在5G研发中的主导地位。中国也于2013成立了IMT-2020推进组，以推进5G技术标准的发展。目前，5G的发展已经进入了关键阶段，2016年3GPP启动了5G标准化工作，并将于2020年开始5G商用。2015年11月，2015年世界无线电通信大会(WorldRadiocommunicationConference2015，WRC-15)在日内瓦召开。会上审议并修订了《无线电规则》，即无线电频谱和卫星轨道资源使用的国际公约，并为国际移动通信(IMT)新增频谱进行了讨论。C波段的3400～3600MH频段成为全球一致的IMT频段，是IMT未来发展的重点频段，同时部分国家新增3300～3400MHz频段及3600～3800MHz频段。大会同时设立了一个关于IMT的WRC-19大会议题，研究将24.25～86GHz中的部分频段用于IMT系统，以满足下一代移动通信系统高速率大容量业务需求，并建议在24.25～27.5GHz，37～43.5GHz等频段进行研究。2017年6月，工信部发布了《公开征求对第五代国际移动通信系统(IMT-2020)使用3300～3600MHz和4800～5000MHz频段的意见》。拟在3300～3600MHz和4800～5000MHz两个频段上部署5G，其中3300～3400MHz频段限于室内使用。提升5G的业务能力，满足ITU的相关标准，5G须在无线传输技术等方面有新的突破。在众多5G候选技术中，大规模MIMO(MassiveMIMO)技术已成为达成共识的5G关键技术之一。多天线技术能够大大提高频谱效率、系统容量和传输可靠性，并在3G、4G系统中得到了应用，例如在LTE系统中最多有4根天线，而在LTE-A中最多有8根天线。根据信息论公式，频谱效率和可靠性随天线数量的增多而有显著的提高。在大规模MIMO(MassiveMIMO)中，基站通常配置了几十根甚至几百根的天线阵列，以在同一个时频上同时服务多个用户。大规模MIMO技术有以下优点：1)大规模MIMO能够显著增强空间分辨率，深度挖掘空间维度资源，使多个用户同时与基站通信，从而利用多天线系统在无需增加基站密度和带宽的前提下大幅提高频谱效率和系统容量；2)大规模MIMO通过波束合成将波束集中在比较窄的范围内，增加了波束的定向性，可以显著降低干扰；3)大规模MIMO通过多天线系统，降低了单通道的发射功率，进而提高了功率效率；4)通过大幅增加天线数量，使得相互干扰和噪声影响降到很低。然而，现有技术中的5G大规模MIMO通信系统往往体积较大。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种小型化的5G大规模MIMO通信系统。技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术所述的小型化5G大规模MIMO通信系统，包括独立设计的天线阵面、射频前端收发单元、基带数字处理阵面和频率合成器；频率合成器产生系统所需的频率源，供射频前端收发单元使用；射频前端收发单元连接天线阵面；基带数字处理阵面实现对射频前端收发单元的控制。进一步，所述射频前端收发单元包括16块4通道的射频子单元，每个射频子单元均包括射频收发信机、时钟处理单元和电源模块。进一步，所述基带数字处理阵面包括FPGA、ARM、电源模块和时钟分配模块，将射频前端收发单元接收的数字基带信号经过基带处理传输到FPGA。进一步，所述频率合成器产生系统所需的频率源，并用分路器将频率源分成64路，供射频前端收发单元使用。进一步，所述射频收发信机包括接收通道和发射通道，接收通道和发射通道通过射频开关与天线阵面连接，接收通道包括依次连接的低噪声放大器、带通滤波器、射频放大器、数控衰减器和巴伦，发射通道包括依次连接的巴伦、射频放大器、带通滤波器和功率放大器。有益效果：本专利技术公开了一种小型化5G大规模MIMO通信系统，与现有技术相比，具有如下的有益效果：1)本专利技术简化了通信系统的结构，降低了生产成本，有利于大规模生产，降低产品成本；2)本专利技术采用了分模块式的设计方案，便于产品售后服务。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中系统的示意图；图2为本专利技术具体实施方式中射频子单元的框图；图3为本专利技术具体实施方式中射频收发信机的示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步的介绍。本具体实施方式公开了一种小型化5G大规模MIMO通信系统，如图1所示，包括独立设计的64通道天线阵面、射频前端收发单元、基带数字处理阵面和频率合成器；频率合成器产生系统所需的频率源，供射频前端收发单元使用；射频前端收发单元连接天线阵面；基带数字处理阵面实现对射频前端收发单元的控制。射频前端收发单元包括16块4通道的射频子单元，每个射频子单元均包括射频收发信机、时钟处理单元和电源模块。射频子单元如图2所示。基带数字处理阵面包括FPGA、ARM、电源模块和时钟分配模块，实现对射频收发信机的一些芯片进行控制，同时将射频收发信机产生的数字基带信号转换到高速光口，通过光缆将每个通道的基带信号传输到对应的FPGA。频率合成器产生系统所需的频率源，并用分路器将频率源分成64路，供射频前端收发单元使用。如图3所示，射频收发信机包括接收通道和发射通道，接收通道和发射通道通过射频开关与天线阵面连接，接收通道包括依次连接的低噪声放大器、带通滤波器、射频放大器、数控衰减器和巴伦，发射通道包括依次连接的巴伦、射频放大器、带通滤波器和功率放大器。接收和发射的射频链路设计符合3.5GHz的5G应用频段，100MHz通带带宽。实现接收机前端的增益约为28.5dB，100MHz带宽内增益平坦度为0.73dB，噪声系数小于3dB；接收机整机在100MHz带宽内的单音信号边带抑制比小于-78.4dBc，直流偏移小于-76.8dBFS，线性动态范围为70dB。发射机整机在100MHz带宽内增益平坦度为0.93dB，单音信号的边带抑制比在-50.2dBc以下，载波抑制比在-64.5dBc以下。对于符号速率80Msps的64QAM调制信号，发射机上下相邻信道的ACPR分别为-57.8dBc和-60.5dB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化5G大规模MIMO通信系统，其特征在于：包括独立设计的天线阵面、射频前端收发单元、基带数字处理阵面和频率合成器；频率合成器产生系统所需的频率源，供射频前端收发单元使用；射频前端收发单元连接天线阵面；基带数字处理阵面实现对射频前端收发单元的控制。

【技术特征摘要】
1.一种小型化5G大规模MIMO通信系统，其特征在于：包括独立设计的天线阵面、射频前端收发单元、基带数字处理阵面和频率合成器；频率合成器产生系统所需的频率源，供射频前端收发单元使用；射频前端收发单元连接天线阵面；基带数字处理阵面实现对射频前端收发单元的控制。2.根据权利要求1所述的小型化5G大规模MIMO通信系统，其特征在于：所述射频前端收发单元包括16块4通道的射频子单元，每个射频子单元均包括射频收发信机、时钟处理单元和电源模块。3.根据权利要求1所述的小型化5G大规模MIMO通信系统，其特征在于：所述基带数字处理阵面包括FPGA、ARM...

【专利技术属性】
技术研发人员：田玲，洪伟，孙涛，郭翀，李严，舒畅，黄菲，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32