Hybrid Beamforming 混合波束成形 HBF

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5G关键技术之波束成型 - 知乎 (zhihu.com)

 

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在传统的多天线系统中, 波束成形是在基带上以数字方式完成的, 所以又称为数字波束成形。 全数字的波束成形技术能够通过调节基带信号的振幅和相位来保证毫米波大规模 MIMO 系统的最优性能。传统数字波束成形需要为每个天线元件连接一个独有的射频链,因此随着收发天线数量的增加, 射频链的数量也需要增加, 这会造成极高的硬件成本、系统复杂度和高功率消耗。

由移相器网络控制的模拟波束成形一般仅能调整射频域中的信号相位, 并且模拟波束成形器中的每个元件都具有由移相器施加的恒模约束等限制。

a 每一条天线都与一条独有的射频链相连接

b 使用大量的移相器

c 将在基带中进行的数字波束成形和在模拟域中进行的模拟波束成形相结合

 

进一步降低移相器的使用数量, 每条射频链只与由一小部分天线组成的天线子阵列相连接的部分连接混合波束成形结构  以牺牲部分阵列增益为代价

 

a 表示全连接结构, 每个射频链与所有天线单元连接并且其模拟波束成形需要总共 M × NRF个移相

b 非重叠的固定子阵列连接结构, 其每个射频链仅与所有天线的一个子阵列相连接, 并且每个子阵列间是连续不重合的

c 每个射频链依然至只与一个天线子阵列连接, 但是每个子阵列被允许相互重叠

表示动态子阵列所构成的混合波束成形, 显而易见, 与固定子阵列结构不同的是, 每个射频链通过开关网络与移相器相连接, 动态的与某个天线子阵列进行组合, 同时每个天线子阵列的天线数目及位置都可以进行调整。

 

 

 

[1]徐向乾,钱莹晶,张仁民.结构和算法设计视角下的混合波束成形技术研究进展[J].湖南文理学院学报(自然科学版),2022,34(03):30-38.

 

 

 

图中数据处理部分，除了 发送端数字域的数据处理， 还需要包括

发送端的DAC （数字信号转模拟信号）
发送端的上变频操作
接收端的ADC（模拟信号转数字信号）
接收端的下变频操作
用于实现这一系列操作的被称为射频链路 (Radio Frequency chain， RF chain)。