毫米波通信系统架构及多个射频通道的解决方案

MIMO 是利用频谱效率实现高吞吐量、宽覆盖范围以及改善用户体验的关键技术。MIMO 系统配备了更多的射频链和多个天线阵列，以增加大规模部署的网络容量，并通过波束成形技术为多用户提供服务。得益于TMYTEK毫米波MIMO解决方案，它可以快速将理论转化为原型。该解决方案具有重新构建波束成形测试平台以形成多组阵列天线前端的灵活性，能够进行大规模MIMO天线矩阵测试平台，并为波束成形管理提供算法开发平台。SPI控制功能实现了满足3GPP要求的超低延迟波束切换。

MIMO（多输入多输出）是一种能够实现更高吞吐量和链路可靠性的无线电技术。通过在发射器和接收器端部署多个天线，利用更高的频谱效率，以及减少信号衰落和提高SNR的多路复用散射效应，特别是对于毫米波频段通信。

MIMO有两种类型：SU-MIMO（单用户MIMO）可以仅将多个数据流传输到一个设备，以提高吞吐量和可靠性，MU-MIMO（多用户MIMO）可以同时向多个设备发送多个数据流，以改善用户体验，提供持续可靠的通信并减少延迟。

大规模MIMO是射频链和多个天线阵列的扩展和聚合，以最大限度地提高空间多样性和多路复用，以传输多个独立信号。这种方法可以显著提高吞吐量和覆盖范围。关键是采用波束成形技术来管理天线阵列辐射的波束，能够同时将不同的波束传输给不同的用户。

波束成形是一种先进的天线技术，可调整相位和增益以将信号聚焦在特定方向上。它可以提高对不同用户的范围和数据速率，同时减少来自非目标区域/设备的干扰。波束成形是实现大规模MIMO和MU-MIMO的关键技术。

毫米波通信系统架构

采用多个波束成形系统可以轻松构建MIMO开发平台，并且空中接口可控，以辐射设计的波束模式。基带 开发 人员 可以 从 该 MIMO 解决 方案 中受益， 因为它 允许 试验 用于 5G NR 毫米波 系统 的 高级 波束 管理 算法， 例如 波束 控制 和 波束 跟踪。在 该 毫米波 通信 系统 中， 它 简单 地 演示 了 具有 不同 组 件 的 波束 成形 架构 和 MIMO 系统：TMYTEK MIMO解决方案作为关键组件发挥着重要作用，例如频率上/下变频器 - UDBox，波束成型前端 - BBox和阵列天线 - AAkit。

模拟波束成形使用具有不同天线的移相器来形成天线阵列，以便能够控制波束 在不同的方向上使用相同的信号源。

这种模拟前端的优点是可以通过多个相对低成本的天线元件改善覆盖范围，但 仅采用单个射频链。这通常适用于在密集区域部署毫米波小基站以覆盖死区 区。

了解有关产品的更多信息：UDBox & BBox 5 个天线元件的 16G 和 5 个天线元件的 BBox Lite 4G 高级 SPI 快速控制功能：符合 3GPP 标准的波束切换：基于 BBox 的 SPI 控制

数字波束成形是在基带中应用波束成形算法进行数字移相器控制，用于每个单独的RF链，来自不同的信号。

基带工艺的优势在于，它可以实现灵活的数字波束成形，并有利于MIMO通过多个RF天线路径使用空间复用。这种方法通常用于天线较少的室内RF1系统，因为RF链的成本要高得多。

混合波束成形结合了数字和模拟波束成形，后者在 基带并形成天线阵列发射的辐射方向图。

这种先进的架构可以提高成本和能源。它最大限度地减少了射频链，降低了总功率 消耗和设计复杂性。它也可以应用于传输不同数据的大规模MIMO和MU-MIMO 同时将光束流式传输并引导到不同的用户。FR2毫米波频段需要该解决方案 应用。

例如，2x2 MIMO 混合波束成形：2 个 UDBox 分别与 16/4 天线元件的 BBox 连接，用于 4x4：3D/1x4：2D 波束成形。

毫米波波束成形和大规模 MIMO

在将5G通信扩展到毫米波频段的过程中，出现了一个重要的问题。如何将波束成形和大规模MIMO技术集成到基站的运行中？本文将讨论这一重要主题。由于毫米波的高衰减特性，波束成形成为毫米波通信的关键技术。波束成形具有增加传输距离和减少不同射频信道之间干扰的优点。然而，在部署到5G通信时，它仍然需要改进。高温、功耗、硬件成本等问题都是需要进一步解决的话题。

毫米波大规模MIMO系统需要结合大量的 天线、复杂算法和波束控制。用大 天线数量多，无线电信号集中在一个小 空间面积，为特定用户形成较窄的光束。这可以 显著提高传输容量并减少干扰 邻近用户。随着5G NR网络的设计，大规模MIMO已经 成为 5G NR 部署的关键。作为天线数量 增加，基站和用户的设计和实施 为了协调MIMO操作，设备将更加复杂。所有这些进步对于改善用户体验至关重要。

如图1所示，TMYTEK和NI合作提供的毫米波大规模MIMO解决方案包。该系统由四个部分组成：波束成形器（或喇叭天线）、上/下变频器、射频收发器和MIMO处理器。该系统目前在基站最多支持128个信道，可以同时支持12个用户。它还能够进行快速的三维波束成形控制。

TMYTEK提供的波束成形器和上/下转换器被命名为BBox One和UD Box。BBox One有16个独立的射频通道。通过控制每个通道的相位和幅度，它可以在水平和垂直方向上实现高达90度的光束控制范围。如下图2（a）所示。BBox One有两种频率版本：28 GHz和39 GHz。另一款产品UD Box是一款宽带上下变频器。中频的频率范围为 0.01 至 14 GHz，射频的频率范围为 24 至 44 GHz，如下图 2（b） 所示。此外，TMYTEK还专门为5G频段制造喇叭天线，如图2（c）所示。

TMYTEK认为，技术诀窍的积累以及大规模MIMO和波束成形的应用是使能5G/B5G毫米波通信系统的关键技术。TMYTEK希望构建毫米波大规模MIMO的原型，以帮助研究和系统开发。该系统可用于广泛的研究领域，包括算法研究、毫米波场数据采集和验证、RU系统开发......等，以进一步提升和加强通信世界。

编辑：黄飞