[发明专利]一种波束赋形架构、方法和基站

说明书

本发明涉及无线领域，特别涉及一种波束赋形架构、方法和基站。根据本发明实施例提供的方案，PA可以采用化合物工艺实现以提升其输出功率，从而在改进后的波束赋形架构下，使用较少的PA数目，便可以达到设定的EIRP的要求，减少模拟通道数量，降低成本，同时波束赋形的自由度不会受到影响。且在相同的基站的重量、体积要求下，由于PA输出功率的提升，也可以有效提升EIRP上限。

技术领域

本发明涉及无线领域，特别涉及一种波束赋形架构、方法和基站。

背景技术

与以往的第二代移动通信(2G)到第四代移动通信(4G)不同，第五代移动通信(5G)需要满足更加多样的业务类型与场景。为了满足国际电信联盟(ITU)定义的5G三大场景八项关键性能指标，5G系统需要逐渐面向高频段，高频段主要用于满足城市热点、郊区热点与室内场景极高的用户体验速率和峰值容量需求。2017年7月3日，工信部新增批复4.8-5GHz，24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段开展5G技术试验，明确释放5G面向高频段的信号。

随着频率的增加，传播损耗显著增加。5G高频基站相比中、低频基站的传播损耗可以增加20～30dB。为了保证覆盖范围需要通过增加天线数目进行波束赋形的方式获得一定的赋形增益。5G高频基站采用的主流方案是大规模天线阵列，目前业界普遍认为5G高频基站模拟通道数至少在64通道以上。由于5G高频基站信号带宽将达到800MHz以上，数模转换模块(数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC))、数字处理芯片(如傅里叶变换(FFT/IFFT))、数字预失真(DPD)等)的处理容量会变得非常巨大。大规模天线阵列不宜采用纯数字波束赋形架构。

基于上述原因，5G高频基站比较合适的架构是数模混合波束赋形架构，主流的数模混合波束赋形架构如图1所示。该数模混合波束赋形架构中，在基带处理芯片(在图1中简单标记为基带)之后，每一个数字通道中，DAC/ADC、本振、混频器、滤波器依次连接，每一个数字通道可以对应N个模拟通道，N个模拟通道中，N路功分器的每一路依次连接有移相器，功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)和开关，以及一组天线。数字通道(可以理解为DAC和ADC)与模拟通道(可以理解为PA和LNA)的数量比例为1：N，其中N一般远大于1。一组天线中天线阵子的数量为Y，Y一般不大于10。

如图1所示的数模混合波束赋形架构中，通过基带处理芯片以及位于模拟高频部分的移相器实现相位控制，达到波束赋形的目的。其中，N路功分器、移相器、PA、LNA和开关通常是一个集成芯片实现，称为波束形成(Beamformer)芯片。该芯片采用硅基工艺(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)、硅(Si),硅锗(SiGe))实现。一个芯片包括4路、8路、16路或者更多个通道(即可以理解为PA、LNA的数目)。

如图1所示的数模混合波束赋形架构存在以下问题：

由于PA采用硅基工艺实现,受工艺限制，PA的平均输出功率一般小于10分贝毫瓦(dBm)。由于PA的平均输出功率较低，为实现一定的有效全向辐射功率(EIRP)，需要使用多路PA，使得模拟通道规模异常巨大，例如EIRP为65dBm时，至少需要512路PA。由于使用的模拟通道数量较多，造成成本较高。且由于5G高频基站实际布放时的限制，对基站的重量、体积等都有一定的要求，波束赋形架构中模拟通道数量不能无上限的增加，造成EIRP到达一定值之后便很难提升(65dBm的EIRP已经到如图1所示的数模混合波束赋形架构的极限)。

发明内容

本发明实施例提供一种波束赋形架构、方法和基站，由于解决现有的波束赋形架构下，模拟通道数量较多、成本较高，且EIRP提升困难的问题。

一种波束赋形架构，包括基带处理芯片、数字通道和模拟通道，所述基带处理芯片和所述数字通道连接：

每一个数字通道，用于与L个模拟通道连接,其中，L为正整数；