无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种用于无线通信系统中能效多模混合 波束成型的传输装置及方法。该传输方法和装置通过无线通信设备，兼容多种模式的波束 成形传输，有效地提高了系统的鲁棒性，强健性。根据数据空时流数动态自适应调整发射机 波束成形方案，节省了发射机功率消耗，并在最大程度上利用大规模天线阵列的增益。提供 了进行自适应的传输波束成形的能力。
【背景技术】
[0002] 信息化的高速发展，无线智能终端的大规模普及，以及迅猛增长的各类数据业务 对包括移动数据通信和无线局域网在内的下一代无线通信系统的通信速率提出了更高的 要求。千兆级（Gbps)比特速率的高速无线通信研宄也已经成为学术界和工业界的热点。大 规模MMO技术、异构网络、能效通信和自组织网络等各项新技术已成为提高下一代无线通 信系统速率的关键技术，也都是未来5G通信领域的重要研宄方向。与此同时，由于丰富的 免授权频谱资源及无线局域网技术受到广大移动用户的青睐的背景，毫米波频段成为了提 供Gbps比特传输速率的新一代超高速无线局域的主要候选频段之一。
[0003] 大规模MMO技术即在基站端配置天线阵列可以进一步挖掘空间维度资源，显著 的提高通信系统的频谱效率。对于集成了大规模天线阵列的收发系统，传统的数字基带处 理，如预编码，需要大量的基带信号处理链路，在大规模MMO系统中每个发送天线连接一 个射频链路由于硬件成本过高而不可行。
[0004] 最近，能效问题和绿色通信等问题越来越受到普遍的关注。解决通信的能效意义 重大。一方面，高效率的通信系统可以减少电力的消耗，而目前电力资源主要来源是通过矿 石燃料，另一方面，低功率消耗的传输方案意味着手机和平板电脑等便携式设备可以消耗 更少的能量完成通信，这对于提高设备的续航能力，减少芯片发热，提高芯片的使用寿命具 有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种无线通信系统中 能效多模混合波束成型的传输装置及方法，根据空时流数动态自适应调整多种模式的发射 机波束成形方案，节省了发射机功率消耗，并在最大程度上利用大规模天线阵列的增益。
[0006] 技术方案：一种无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输装置，包括发射机 和接收机，发射机包括接收数据流的基带信号处理模块，射频链路模块，以及相控发射天线 阵列；接收机具体包括发送数据流的基带信号处理模块，射频链路模块，以及相控发射天线 阵列；所述基带信号处理模块与射频链路模块连接，射频链路模块与相控发射天线阵列连 接；基带信号处理模块、射频链路模块和相控控制器之间存在控制链路；每个射频链路模 块固定连接有相同数量的射频天线，每一射频天线均有一相移控制器。每个射频链路模块 对应固定连接的相控器、射频天线组成相控发射阵列天线单元。与此同时，每个射频链路与 其他相控发射阵列天线单元之间有可控的连接。射频链路数目与相控发射阵列天线单元数 目相同，也与发射机支持的最大空时流数相同。
[0007] -种适用于上述无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输装置的传输方法， 具体发射方案如下：
[0008] 兼容模式：当发射机不是按最大空时流数传输数据即不满流传送时，Nllata个数据 流经过基带信号处理后，通过数字域波束成形转换成Nsts个空时流。由于发射的空时流数 小于射频链路所能支持的最大空时流数，即NSTS<NDA，Nda表示DA(DigitaVAnalogy)射频 链路数。此时只需使用Nsts个DA射频链路，其余的（Nda-Nsts)个射频链路予以关闭，节省功 率消耗。此时使用的Nsts个射频链路与其他未使用的（Nda-Nsts)个射频链路所对应的相控 发射天线阵列的连接开关置为连接状态。具体连接配置原则如下：
[0009] 对于每一射频链路来说，其能连接的相控发射天线阵列由剩余未使用的（Nda-Nsts) 个射频链路对应的相控发射天线阵列平均分配给这Nsts个射频链路。当不能整除时，某 些射频链路连接的相控发射天线阵列数量可能会比其他射频链路多一些或少一些；对 于每一未使用的射频链路对应的相控发射天线阵列来说，其只能接受一个射频链路的控 制。应保证任意数量空时流数Nsts发射时，Nsts个射频链路与未使用的（Nda-Nsts)个射频 链路所对应的相控发射天线阵列之间的连接配置关系是唯一的，便于接收机确定以相同 方案进行配置接收。下面提供一个具体连接配置方案，但本发明所指连接配置原则不局 限于实施为此种连接配置方案。具体可以表述为：前（Nsts-I)个射频链路每个链路所连接
【主权项】
1. 一种无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输装置，其特征在于：包括发射机 和接收机，发射机包括接收数据流的基带信号处理模块，射频链路模块，W及相控发射天线 阵列；接收机具体包括发送数据流的基带信号处理模块，射频链路模块，W及相控发射天线 阵列；所述基带信号处理模块与射频链路模块连接，射频链路模块与相控发射天线阵列连 接；基带信号处理模块、射频链路模块和相控控制器之间存在控制链路。
2. 如权利要求1所述的无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输装置，其特征在 于；每个射频链路模块固定连接有相同数量的射频天线，每一射频天线均有一相移控制器； 每个射频链路模块对应固定连接的相控器、射频天线组成相控发射天线阵列单元；与此同 时，每个射频链路与其他相控发射天线阵列单元之间有可控的连接；射频链路数目与相控 发射天线阵列单元数目相同，也与发射机支持的最大空时流数相同。
3. -种无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输方法，其特征在于：具体发射方 案如下： 当发射机不是按最大空时流数传输数据即不满流传送时，Ndw。个数据流经过基带信号 处理后，通过数字域波束成形转换成Nsts个空时流。由于发射的空时流数小于射频链路所 能支持的最大空时流数，即Nsts< NDA，Nda表示DA射频链路数；此时只需使用N STS个DA射频 链路，其余的（Nda-Nsts)个射频链路予W关闭；此时使用的Nsts个射频链路与其他未使用的 (Nda-Nsts)个射频链路所对应的相控发射天线阵列的连接开关置为连接状态；接收方案与发 射方案相同。
4. 如权利要求3所述的无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输方法，其特征在 于： 对于每一射频链路来说，其能连接的相控发射天线阵列由剩余未使用的（Nda-Nsts)个 射频链路对应的相控发射天线阵列平均分配给该Nsts个射频链路；当不能整除时，某些射 频链路连接的相控发射天线阵列数量可能会比其他射频链路多一些或少一些；对于每一未 使用的射频链路对应的相控发射天线阵列来说，其只能接受一个射频链路的控制；应保证 任意数量空时流数Nsts发射时，Nsts个射频链路与未使用的（Nda-Nsts)个射频链路所对应的 相控发射天线阵列之间的连接配置关系是唯一的，便于接收机确定W相同方案进行配置接 收。
5. 如权利要求4所述的无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输方法，其特征在 于： 连接配置方案可W为：前（Nsts-1)个射频链路每个链路所连接的相控发射天线阵列数 为
个，第Nsts个射频链路所连接的相控发射天线阵列数为
个，射频链路与相控发射天线阵列之间依次就近连接； Nsts个射频链路与其所能连接控制的相控发射天线阵列组成一个新的相控发射单元， 在新的相控发射单元上进行波束成形传输；该样，在不满流发射情况下，即减少了射频链路 功耗，又充分地利用了所有的相控发射天线阵列。
6. 如权利要求3所述的无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输方法，其特征在 于：当发射机按最大空时流数传输数据即满流传输时，Ndata个数据流经过基带信号处理后，
通过数字域波束成形转换成Nsts个空时流；每一空时流经过一路射频链路；此时最大空时 流数即为射频链路个数，可记为Nda;每一空时流经一个射频链路后，由此射频链路对应的 相控发射阵列天线单元进行发射；每一传输的空时流在相控发射天线阵列端完成波束成形 发射；此种情况下，各射频链路与其他相控发射阵列天线单元之间的连接设为断开。
【专利摘要】本发明公开了一种用于无线通信系统中能效多模混合波束成型的传输装置及方法。提供了具有自适应传输波束成形能力的发射装置。在数字域，通过多空时流映射实现基带波束成形。在模拟域射频端，通过相位控制实现射频波束成形。通过数字域和模拟域混合波束成形多流传输可以提高无线数据传输速率。在多流情况下可同时进行数字域模拟域波束成形。在满流情况下，按传统方式空时流与射频链路一一对应进行传输；在不满流情况下，可关闭一部分射频链路，但仍可使用全部的相控发射天线阵列进行全域相控，节省了基带链路能量消耗的同时最大限度利用了阵列天线增益，进而实现能效节省和多模式兼容的优势。
【IPC分类】H04B7-06, H04W52-02
【公开号】CN104601211
【申请号】CN201510014187
【发明人】何世文, 余光识, 王海明, 黄永明, 杨绿溪, 张军, 洪伟, 江华
【申请人】江苏中兴微通信息科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月12日