一种特殊布阵的混合波束成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种特殊布阵的混合波束成形装置，解决现有混合波束成形计算复杂度高及时变特性差的问题。该装置包括有一套N阵元阵列天线，并按特殊布阵方式划分为M个L阵元子阵，每个子阵对应有一个射频‑中频‑基带信号处理通道。每个子阵的L阵元接收信号经射频移相、合并为一个信号后送到它对应的通道，输出M个基带复信号进行自适应数字波束成形，其权值矢量自适应地迭代优化后，既用于数字波束成形，同时用于计算子阵中各射频移相器的最佳移相值，以实现混合波束成形。它所形成波束的增益提高量近似等于N倍，而其硬件复杂度比全数字波束成形降低L倍，其计算复杂度比常规混合波束成形降低许多倍；在宽带卫星通信和地空通信中有重要实用价值。

A Hybrid Beam Forming Device and Method for Special Array Array

The invention discloses a hybrid beam forming device with special array arrangement, which solves the problems of high computational complexity and poor time-varying characteristics of the existing hybrid beam forming. The device consists of a set of N-element array antennas and is divided into M L-element subarrays according to the special array arrangement. Each subarray corresponds to a radio frequency, intermediate frequency and baseband signal processing channel. The received signal of L-element of each subarray is transmitted to its corresponding channel by RF phase shifting and merging into one signal. M baseband complex signals are output for adaptive digital beamforming. The weight vector of L-element of each subarray is optimized adaptively and iteratively. It is used not only for digital beamforming, but also for calculating the optimal phase shifting value of each RF phase shifter in the subarray to realize hybrid beamforming. The increase of beam gain is approximately N times, and its hardware complexity is L times lower than that of full digital beamforming, and its computational complexity is many times lower than that of conventional hybrid beamforming. It has important practical value in broadband satellite communication and ground-to-air communication.

【技术实现步骤摘要】
一种特殊布阵的混合波束成形装置及方法
本专利技术属于通信
，涉及大规模阵列天线接收信号处理，具体地讲是一种基于特殊阵列布局方式与子阵列分组的混合波束成形方法，应用于构成较大规模阵列的接收与发送天线系统。
技术介绍
随着阵列天线技术的发展，可获得高增益的大规模阵列天线受到广泛关注，然而随着阵列天线规模的扩大，纯数字波束成形方法的硬件设备复杂度可能很高，以至于令人无法接受，混合波束成形是解决这一问题的有效方法。中国专利技术专利(申请公布号CN105206934A)公开了一种相控阵接收天线系统及其运行方法，相控阵接收天线系统包括接收信号的多个信号接收单元、连接多个信号接收单元的功率合路器、连接功率合路器计算输出功率值的功率计算单元、连接功率计算单元的自适应波束成形模块，自适应波束成形模块计算得出的移相值输入到信号接收单元，使得天线波束指向来波方向。该专利技术提供的相控阵接收天线系统，通过自适应DOA估计与波束输出功能，解决了相控阵天线必须结合接收机工作的问题，具有可脱离接收机独立运行、成本低的优点。但由于只能获得功率合路器后的功率值，而无法获得原始接收信号，当阵列规模扩大时，该专利技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特殊布阵的混合波束成形装置，其特征在于：1)接收端包括有一套N阵元的阵列天线，N个射频移相器，M个射频、中频及基带信号处理通道，M个产生基带复数字信号的正交下变频器及采样量化信号处理单元、一个自适应波束成形计算单元；将N个天线阵元及其移相器划分为各有L个阵元及移相器的M个天线子阵(N＝ML)，每个子阵的L个阵元接收信号，分别经射频移相后合并为一个，送到M个射频、中频及基带信号处理通道之一，经正交下变频器及模数转换器采样量化得到M个基带复数字信号；其后信号处理步骤如下：(1a)将如此所得M个基带复信号表示为矢量X(k)＝[X1(k),X2(k)...,XM(k)]

【技术特征摘要】
1.一种特殊布阵的混合波束成形装置，其特征在于：1)接收端包括有一套N阵元的阵列天线，N个射频移相器，M个射频、中频及基带信号处理通道，M个产生基带复数字信号的正交下变频器及采样量化信号处理单元、一个自适应波束成形计算单元；将N个天线阵元及其移相器划分为各有L个阵元及移相器的M个天线子阵(N＝ML)，每个子阵的L个阵元接收信号，分别经射频移相后合并为一个，送到M个射频、中频及基带信号处理通道之一，经正交下变频器及模数转换器采样量化得到M个基带复数字信号；其后信号处理步骤如下：(1a)将如此所得M个基带复信号表示为矢量X(k)＝[X1(k),X2(k)...,XM(k)]T，送到自适应波束成形计算单元；(1b)在该单元中对数字波束成形所用权矢量W(k)＝[w1(k),w2(k),…,wM(k)]进行自适应迭代更新；(1c)在该单元中，利用所得到的权矢量W(k)及特殊布阵规则，计算出各个子阵模拟波束成形所用的L个射频移相值，即矢量的L个元素；(1d)在该单元中进行混合波束成形：将F(k)的L个相位值按照子阵划分规律送到N个射频移相器,将权矢量W(k)与M个通道所得接收信号X(k)相乘，得到混合波束成形的输出信号y(k)＝W(k)·X(k)；2)发送端与接收端，通过双工耦合器共享一套N阵元的阵列天线以及对应的N个射频移相器；发送端还包括有M个发送信号处理通道，每个通道将基带复信号进行正交载波调制后，经1：L功分器，各输出L个射频信号；其输出信号经双工耦合器连接到N个射频移相器，由N个阵元发射；发射端的混合波束成形的信号处理步骤如下：(2a)将接收端自适应迭代所得到的权矢量W(k)与待发送的基带复信号u(k)相乘，得到V(k)＝W(k)H·u(k)，其中V(k)表示为V(k)＝[v1(k),v2(k)...,vM(k)...

【专利技术属性】
技术研发人员：田斌，杭玉婷，易克初，辛国庆，蓝财洲，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61