多波束相控阵接收机混合波束成型功耗优势的定量分析: power-advantage-of-hybrid-beamforming_cn.pdf

本文对模拟、数字和混合波束成型架构的能效比进行了比较，并针对接收相控阵开发了这三种架构的功耗的详细方程模型。该模型清楚说明了各种器件对总功耗的贡献，以及功耗如何随阵列的各种参数而变化。对不同阵列架构的功耗/波束带宽积的比较表明，对于具有大量元件的毫米波相控阵，混合方法具有优势。

本文比较了不同波束成型方法，重点关注这些方法创建多个同时波束的能力和能效比。相控阵在现代雷达和通信系统中发挥着越来越重要的作用，这使人们对提高系统性能和效率重新产生了兴趣。数十年来，数字波束成型(DBF)及其与传统模拟方法相比的优势已广为人知，但与数字信号处理相关的各种挑战阻碍了它的应用。随着特征尺寸的不断缩小以及由此带来的计算能力的指数级增长，我们看到，现在大家普遍有兴趣采用数字相控阵。虽然DBF具有许多吸引人的特性，但更高的功耗和成本仍然是一个问题。混合波束成型方法具有出色的能效比，可能适合于许多应用。

波束成型的核心是延迟和求和运算，它可以发生在模拟域或数字域中。根据延迟或相移在信号链中应用的位置，模拟波束成型又可以分为多个子类别。本文仅考虑射频波束成型。如图1a所示，来自天线元件的信号经过加权和合并，产生一个波束，然后由混频器和信号链其余部分加以处理，这就是相控阵的传统实现方式。