如何实现毫米波波束成形和大规模MiMo？

概述

本文介绍了通过波束成形器与虹科TMYTEK UD Box 5G上/下变频器的集成，来将现有的sub-6GHz设备简单便捷地实现5G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，存在两个重要问题：

• 如何克服毫米波的高衰减特性？
• 如何将大规模多输入多输出(MiMo) 集成到基站的运行中？

波束成形是毫米波通信的关键技术之一，它增加了传输距离并减少了不同射频通道之间的干扰。而随着对5G NR网络的设计研发，大规模MiMo也已成为5G NR部署的关键技术，毫米波大规模MiMo系统需要大量天线、复杂算法和波束控制装置，从而改善用户在5G中的体验。

虹科TMYTEK UD Box 5G的主要特点

• 工作频率：26.5-29.5GHz、37-40GHz
• 专为5G n257频段设计的天线
• 多达16个可控射频通道，每个通道提供：
  • 360°移相器覆盖范围，5°每步
  • 15dB衰减范围，0.5dB每步
• T/R半双工操作
• 通过RJ-45以太网或SPI接口进行软件控制

解决方案

• 用sub-6GHz设备实现5G波束成形、相控阵和大规模MiMo
• 适用于5G NR应用的波束可控、即用型、可拆卸毫米波天线
• 集成软件/硬件以及易于访问的编程体系

天线设计人员、5G算法开发人员和基带/系统通信研究人员一直在寻找更好的解决方案，以将现有的sub-6 GHz设备扩展到5G毫米波频段。随着5G通信向更高频率扩展，衰减和信号损耗变得更加突出。因此，将5G通信扩展到毫米波存在一些障碍，例如，如何克服这些频率的高衰减？该解决方案是否能与大规模MiMo技术集成到基站的运行中？

波束成形

由于毫米波的高衰减特性，波束成形成为5G毫米波通信的关键之一，它能够增加传输范围、降低射频通道噪声、增加增益和方向性。然而，在部署到5G通信上时，它仍然需要进行改进。

大规模MiMo

毫米波大规模MiMo系统需要结合大量此类波束成形天线，以显著提高传输容量并减少对相邻用户的干扰。它们结合了复杂的算法和波束控制装置，从而将无线电信号集中起来，为特定应用形成更窄的波束。

扩展Sub-6 GHz设备到毫米波

虹科TMYTEK UD Box 5G上/下变频器和波束成形设备集成解决方案的集成可用于：

• 毫米波波束成形、5G天线阵列设计和相控阵
• 多输入多输出（MiMo）技术研发

扩展到5G毫米波波束成形的Sub-6 GHz的设备

虹科TMYTEK UD Box 5G上/下变频器

虹科TMYTEK UD Box 5G上/下变频器是一款覆盖高达44GHz的超宽带5G NR毫米波变频设备，它是一个上/下变频器，具有集成混频器、内部LO以及可选的IF和RF滤波器，专门用于5G和卫星通信领域。

它可以广泛用于多种5G应用场景中：

5G毫米波远场测量

通过使用多个UD Box 5G和波束成形设备，实现将sub-6GHz设备应用于毫米波远场测量。

可编程5G毫米波解决方案

虹科TMYTEK UD Box 5G上/下变频器允许5G协议开发人员和工程师根据应用需求控制参数，使其成为研究和开发波束成形算法和协议的理想选择。

大规模MiMo应用

虹科毫米波大规模MiMo解决方案

如图所示，毫米波大规模MiMo解决方案由4部分组成：波束形成器、上/下变频器、RF收发器和MiMo处理器。该系统目前在基站最多可支持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形成控制。通过控制每个通道的相位和幅度，可以在水平和垂直方向上实现高达90度的波束控制范围。

总结

事实证明，这种毫米波大规模MiMo解决方案对研究和系统开发非常有帮助，该解决方案可用于广泛的研究领域，包括算法研究、毫米波领域数据采集和验证、RU系统开发等。技术的积累以及大规模MiMo和波束成形的应用是实现5G/B5G毫米波通信系统最重要的技术之一。