CN109660285B - 一种mimo体制中基于共参考的波束赋形实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现方法，包括：低频参考源、放大器、功分器、鉴频鉴相器PD、环路滤波LPF、功率VCO、移相器PH、N分频器及天线阵列；其中，低频参考源，用于向收发单元提供低频参考信号；将低频的参考信号通过放大器放大后由功分器分为多路，每一路通过一路锁相环单元后在通过天线阵列进入收发单元；锁相环单元包括鉴频鉴相器PD、环路滤波LPF、功率VCO、N分频器，鉴频鉴相器PD、环路滤波LPF、功率VCO、N分频器依次电连接形成环路，鉴频鉴相器PD输入端是环路的输入端，功率VCO的输出端是环路的输出端，功率VCO的输出端也是鉴频鉴相器PD的控制端。本发明具有硬件电路简单、电路成本低的特点。

Description

一种MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现方法
技术领域
本发明涉及无线通信，雷达导航等领域，尤其涉及一种MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现方法。
背景技术
多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术是指在发射端和接收端分别布置多个发射天线和接收天线，通过多个天线实现多发多收，充分利用空间资源，改善信号质量，成倍增加通信系统信道容量。
第五代移动通信系统（5G）使用了大规模的多输入多输出（Massive MIMO）技术，基站天线部署多个天线单元，同时在移动终端布置多个天线，大幅的增强了空间复用能力，在无线传输技术上实现突破性创新，大幅度提高频谱效率以及功率效率。为了对抗高频信道损耗大的问题，并降低设备成本，5G引入了波束赋形技术。Massive MIMO系统中波束赋形的实现分为全数字实现和模拟电路实现。波束赋形的实现方式是一个天线单元与一个有移相功能的收发模块连接。
发送端在射频链路之后增加移相器, 改变射频信号的相位, 通过不同天线阵子发送到自由空间, 弥补了由于天线阵子间距所带来的相位差, 使得各天线阵子发出的信号在波束方向上能够达到同相叠加的效果。在接收端, 信号被各个天线阵子接收, 通过移相器调整相位之后加权求和, 最后下变频到基带进行处理。接收端的接收波束和发射端的发射波束如果能够对准, 就能得到理想的定向增益。
目前传统的模拟收发模块通常是共本振模式。该电路如图2所示包括本振源，功分器，放大器，移相器天线阵列。
由于本振源提供的信号为高频信号，使得高频功分器的实现难度增大，并且需要通过多级功率放大电路。因此基于共本振模式的电路存在着硬件电路复杂度高和电路成本高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬件电路简单、电路成本低的MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现方法。
本发明的目的是这样实现的，一种MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现方法，包括：低频参考源、放大器、功分器、鉴频鉴相器PD、环路滤波LPF、功率VCO、移相器PH、N分频器及天线阵列；其中，低频参考源，用于向收发单元提供低频参考信号；将低频的参考信号通过放大器放大后由功分器分为多路，每一路通过一路锁相环单元后在通过天线阵列进入收发单元；锁相环单元包括鉴频鉴相器PD、环路滤波LPF、功率VCO、N分频器，鉴频鉴相器PD、环路滤波LPF、功率VCO、N分频器依次电连接形成环路，鉴频鉴相器PD输入端是环路的输入端，功率VCO的输出端是环路的输出端，功率VCO的输出端也是鉴频鉴相器PD的控制端。
所述的移相器PH在环路滤波LPF和功率VCO之间；或者，在功率VCO与N分频器之间；或者在N分频器与鉴频鉴相器PD之间；或者在鉴频鉴相器PD与环路滤波LPF之间。
所述的移相器PH的输出将控制功率VCO分两路输出信号，一路输出到天线阵列中的一个单元，另一路作为反馈接入N分频器的输入端，功率VCO输出天线阵列中的一个单元的载波信号，由天线阵列中的一个单元发射所需功率的信号。
所述的功分器功分后的每一路与锁相环单元的功率VCO的反馈输出信号进行鉴相处理，利用锁相环单元的将频率移至天线阵列中对应的天线单元发射所需频率。
本发明利用锁相环技术，在将频率由低频参考信号变换为高频本振信号的同时实现相位移动的操作，将低频参考信号直接功分然后利用锁相环技术对其进行倍频移相操作形成波束赋形。电路中，利用功率VCO直接生成大功率高频信号而不必使用多级功率放大电路，并且利用锁相环调相原理进行移相操作，因此这种MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现电路不仅解决了高频信号功分器难以实现的问题，而且降低了电路成本及能耗，极大的弥补了基于共本振电路的不足。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：
图1是MIMO体制中基于共参考的波束赋形电路实现的流程图；
图2是传统基于共参考的波束赋形电路实现的流程图。
图中，1、低频参考源；2、放大器；3、功分器；4、鉴频鉴相器PD ；5、环路滤波LPF ；6、功率VCO ；7、移相器PH ；8、N分频器；9、天线阵列。
具体实施方式
如图1所示，本发明的目的是这样实现的，包括：低频参考源1、放大器2、功分器3、鉴频鉴相器PD4、环路滤波LPF5、功率VCO6、移相器PH7、N分频器8及天线阵列9；其中，低频参考源1，用于向收发单元提供低频参考信号；将低频的参考信号通过放大器2放大后由功分器3分为多路，每一路通过一路锁相环单元后在通过天线阵列9进入收发单元；锁相环单元包括鉴频鉴相器PD4、环路滤波LPF5、功率VCO6、N分频器8，鉴频鉴相器PD4、环路滤波LPF4、功率VCO6、N分频器8依次电连接形成环路，鉴频鉴相器PD4输入端是环路的输入端，功率VCO6的输出端是环路的输出端，功率VCO6的输出端也是鉴频鉴相器PD4的控制端。
所述的移相器PH的使用比较灵活，所述的移相器PH7在环路滤波LPF5和功率VCO6之间；或者，在功率VCO6与N分频器8之间；或者在N分频器8与鉴频鉴相器PD4之间；或者在鉴频鉴相器PD4与环路滤波LPF5之间。
移相器PH7的输出将控制功率VCO分两路输出信号，一路输出到天线阵列9中的一个单元，另一路作为反馈接入N分频器8的输入端，功率VCO输出天线阵列9中的一个单元的载波信号，由天线阵列9中的一个单元发射所需功率的信号。
所述的功分器3功分后的每一路与锁相环单元的功率VCO6的反馈输出信号进行鉴相处理，利用锁相环单元的将频率移至天线阵列9中对应的天线单元发射所需频率。
本发明利用锁相环技术，在将频率由低频参考信号变换为高频本振信号的同时实现相位移相的操作，将低频参考信号直接功分然后利用锁相环技术对其进行倍频移相操作形成波束赋形。电路中，利用功率VCO直接生成大功率高频信号而不必使用多级功率放大电路，并且利用锁相环调相原理进行移相操作，因此这种MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现电路不仅解决了高频信号功分器难以实现的问题，而且降低了电路成本及能耗，极大的弥补了基于共本振电路的不足。
本发明不同于共本振电路，需要对高频信号直接进行功分移相操作，共参考电路只需对低频的参考的信号进行处理。低频的参考信号功分后接入鉴相器中利用锁相环将低频的参考信号倍频至天线单元所需的高频，同时在锁相环中也可进行移相操作，将锁相环的输出信号输送至天线阵列。此锁相环中的VCO为大功率器件，目的为输出高频大功率的信号以取代多级放大电路的使用。
基于共参考的波束赋形电路模型不仅解决了基于共本振电路的模拟波束赋形电路存在的问题。而且降低了电路成本及能源损耗。
因此，本发明是一种经济，高效且易于实现的模拟波束赋形电路模型。

Claims (1)

1.一种MIMO体制中基于共参考的波束赋形实现方法，其特征是：包括：低频参考源（1）、放大器（2）、功分器（3）、鉴频鉴相器PD（4）、环路滤波LPF（5）、功率VCO（6）、移相器PH（7）、N分频器（8）及天线阵列（9）；其中，低频参考源（1），用于向收发单元提供低频参考信号；将低频的参考信号通过放大器（2）放大后由功分器（3）分为多路，每一路通过一路锁相环单元后在通过天线阵列（9）进入收发单元；锁相环单元包括鉴频鉴相器PD（4）、环路滤波LPF（5）、功率VCO（6）、N分频器（8），鉴频鉴相器PD（4）、环路滤波LPF（5）、功率VCO（6）、N分频器（8）依次电连接形成环路，鉴频鉴相器PD（4）输入端是环路的输入端，功率VCO（6）的输出端是环路的输出端，功率VCO（6）的输出端也是鉴频鉴相器PD（4）的控制端；
所述的移相器PH（7）在环路滤波LPF（5）和功率VCO（6）之间；或者，在功率VCO（6）与N分频器（8）之间；或者在N分频器（8）与鉴频鉴相器PD（4）之间；或者在鉴频鉴相器PD（4）与环路滤波LPF（5）之间；
所述的移相器PH（7）的输出将控制功率VCO分两路输出信号，一路输出到天线阵列（9）中的一个单元，另一路作为反馈接入N分频器（8）的输入端，功率VCO输出天线阵列（9）中的一个单元的载波信号，由天线阵列（9）中的一个单元发射所需功率的信号；
所述的功分器（3）功分后的每一路与锁相环单元的功率VCO（6）的反馈输出信号进行鉴相处理，利用锁相环单元将频率移至天线阵列（9）中对应的天线单元发射所需频率。
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