基于混合波束赋形的低轨通信卫星相控阵天线架构研究

胡荣; 李秀梅; 邓娟; 周骏; 董姝婧; 刘玲; 马文英

doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021025

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基于混合波束赋形的低轨通信卫星相控阵天线架构研究

研究 | 更新时间：2024-06-03

- 基于混合波束赋形的低轨通信卫星相控阵天线架构研究
- Research on the Architecture of Phased Array Antenna of LEO Communication Satellites Based on Hybrid Beamforming
- 天地一体化信息网络 2021年2卷第2期页码：90-97
- 作者机构：
  
  1. 成都铱通科技有限公司，四川成都 610095
  2. 中国电子科技集团有限公司第十研究所，四川成都 610036
  3. 成都信息工程大学通信工程学院（微电子学院），四川成都 610225
- 作者简介：
  
  [ "胡荣（1985-），男，成都铱通科技有限公司研发部应用工程师，主要研究方向为射频与毫米波电路设计，主要从事基于硅基CMOS工艺的低成本瓦片式相控阵阵面设计工作" ]
  [ "李秀梅（1976-），女，硕士，中国电子科技集团公司第十研究所高级工程师，主要研究方向为天线设计，主要从事相控阵天线设计工作" ]
  [ "邓娟（1999-），女，成都信息工程大学硕士生，主要研究方向为通信专用集成电路与微电子系统，主要从事硅基射频前端芯片研究工作" ]
  [ "周骏（1997-），男，成都信息工程大学硕士生，主要研究方向为电子信息材料与射频集成器件，主要从事相控阵天线研究设计工作" ]
- 基金信息：
  
  四川省科技厅科技计划项目;Science and Technology Project of Sichuan Province(18SYXHZ0076)
- DOI：10.11959/j.issn.2096-8930.2021025
  中图分类号： TN927
- 网络出版日期：2021-06，
  
  纸质出版日期：2021-06-20
- 稿件说明：
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胡荣, 李秀梅, 邓娟, 等. 基于混合波束赋形的低轨通信卫星相控阵天线架构研究[J]. 天地一体化信息网络, 2021,2(2):90-97.

Rong HU, Xiumei LI, Juan DENG, et al. Research on the Architecture of Phased Array Antenna of LEO Communication Satellites Based on Hybrid Beamforming[J]. Space-integrated-ground information networks, 2021, 2(2): 90-97.
胡荣, 李秀梅, 邓娟, 等. 基于混合波束赋形的低轨通信卫星相控阵天线架构研究[J]. 天地一体化信息网络, 2021,2(2):90-97. DOI： 10.11959/j.issn.2096-8930.2021025.

Rong HU, Xiumei LI, Juan DENG, et al. Research on the Architecture of Phased Array Antenna of LEO Communication Satellites Based on Hybrid Beamforming[J]. Space-integrated-ground information networks, 2021, 2(2): 90-97. DOI： 10.11959/j.issn.2096-8930.2021025.

摘要

针对低轨通信卫星系统低损耗、低时延和高指向精度等特点，基于对混合波束赋形技术原理与优势的分析，研究一种适用于低轨通信卫星系统的混合波束赋形架构——“模拟波束赋形网络+数字波束赋形网络”，采用多通道射频前端芯片、混频芯片及数字波束赋形专用芯片（ASIC），与瓦片式相控阵天线阵列高度集成，在满足可扩展/拼接阵面的基础上，实现性能、成本、复杂性和功耗等因素的综合优化，为未来我国实现天基物联和可重构相控阵天线系统提供参考。

Abstract

Due to the characteristics of low earth orbit (LEO) communication satellite system like low propagation loss

small propagation delay and high pointing accuracy

a hybrid architecture-“analog beamforming stage and digital beamforming (DBF) stage” was proposed

and the principle and advantages of hybrid beamforming were analyzed.Through three dimensional integrating of multi-channel RF frontend chips

mixers

dedicated DBF ASIC chips

and tiles phased array anntena arrays

the proposed hybrid beamforming could be expanded or spliced.This hybrid architecture achieved the optimization of performance

cost

complexity and power consumption

and provided a reference for China to build space based internet of things system and reconfi gurable phased array antenna system in the future.

关键词

Keywords

references

汪春霆 , 翟立君 , 徐晓帆 . 天地一体化信息网络发展与展望 [J ] . 无线电通信技术 , 2020 , 46 ( 5 ): 493 - 504 .

WANG C T , ZHAI L J , XU X F . Development and prospect of the integrated information network of world [J ] . Radio Communication Technology , 2020 , 46 ( 5 ): 493 - 504 .

孙晨华 , 章劲松 , 赵伟松 , 等 . 高低轨宽带卫星通信系统特点对比分析 [J ] . 无线电通信技术 , 2020 , 46 ( 5 ): 505 - 510 .

SUN C H , ZHANG J S , ZHAO W S , et al . Comparative analysis of the characteristics of broadband satellite communication systems in high and low orbits [J ] . Radio Communication Technology , 2020 , 46 ( 5 ): 505 - 510 .

章罗娜 , 马忠成 , 饶建兵 . 低轨卫星互联网发展趋势及市场展望 [J ] . 国际太空 , 2020 , 503 ( 11 ): 30 - 33 .

ZHANG L N , MA Z C , RAO J B . The development trend and market outlook of LEO satellite internet [J ] . International Space , 2020 , 503 ( 11 ): 30 - 33 .

YOU L , LI K X , WANG J , et al . Massive MIMO transmission for LEO satellite communications [J ] . IEEE Journal on Selected Areas in Communications , 2020 , 38 ( 8 ): 1851 - 1865 .

肖永伟 , 孙晨华 , 赵伟松 . 低轨通信星座发展的思考 [J ] . 国际太空 , 2018 ( 11 ): 24 - 32 .

XIAO Y W , SUN C H , ZHAO W S . Thoughts on the development of low orbit communication constellation [J ] . Space International , 2018 ( 11 ): 24 - 32 .

张光义 , 华海根 , 邵润朋 . 相控阵接收多波束的数字形成方法及计算机模拟实验 [J ] . 电子学报 , 1982 ( 4 ): 47 - 53 .

ZHANG G Y , HUA H G , SHAO R P . Digital forming method and computer simulation experiment of phased array receiving multibeam [J ] . Electronic Journal , 1982 ( 4 ): 47 - 53 .

朱洪涛 , 郭庆 . 面向低轨卫星网络的动态虚拟化分布式移动性管理方法研究 [J ] . 天地一体化信息网络 , 2020 , 1 ( 1 ): 88 - 94 .

ZHU H T , GUO Q . Research on dynamic virtualization distributed mobility management method for LEO satellite network [J ] . SpaceIntegrated-Ground Information Networks , 2020 , 1 ( 1 ): 88 - 94 .

BLANDINO S , MANGRAVITI G , DESSET C , et al . Multiuser hybrid MIMO at 60 GHz using 16-antenna transmitters [J ] . IEEE Transactions on Circuits and Systems I:Regular Papers , 2019 , 66 ( 2 ): 848 - 858 .

ZHANG W , XIA X , FU Y , et al . Hybrid and full-digital beamforming in mmWave massive MIMO systems:A comparison considering low-resolution ADCs [J ] . China Communications , 2019 , 16 ( 6 ): 91 - 102 .

SHEU J S . Hybrid digital and analogue beamforming design for millimeter wave relaying systems [J ] . Journal of Communications＆ Networks , 2017 , 19 ( 5 ): 461 - 469 .

梁广 , 龚文斌 , 刘会杰 . 可重构星载多波束相控阵天线设计与实现 [J ] . 电波科学学报 , 2010 ( 1 ): 184 - 189 .

LIANG G , GONG W B , LIU H J . Design and implementation of reconfigurable spaceborne multi-beam phased array antenna [J ] . Journal of Radio Science , 2010 ( 1 ): 184 - 189 .

ZHANG R Q , ZHOU J Y , LAN J , et al . A high precision hybrid analog and digital beamforming transceiver system for 5G millimeterwave communication [J ] . IEEE Access , 2019 , 7 ( 99 ): 83012 - 83023 .

TAN M C , LI M , ABBASI Q H , et al . A flexible low-cost hybrid beamforming structure for practical beamforming applications [C ] // 2019 IEEE International Symposium on RadioFrequency Integration Technology (RFIT) . Piscataway:IEEE Press , 2019 .

HAN S F , CHIH-LIN I , XU Z K , et al . Reference signals design for hybrid analog and digital beamforming [J ] . IEEE Communications Letters , 2014 , 18 ( 7 ): 1191 - 1193 .

MORSALI A , CHAMPAGNE B . Achieving fully-digital performance by hybrid analog/digital beamforming in wideband massive-MIMO systems [C ] // ICASSP 2020-2020 IEEE International Conference on Acoustics,Speech and Signal Processing (ICASSP) . Piscataway:IEEE Press , 2020 .

SOHRABI F , YU W . Hybrid digital and analog beamforming design for large-scale antenna arrays [J ] . IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing , 2016 , 10 ( 3 ): 501 - 513 .

YOON H J , OH T K , LEE Y , et al . Phased array antennas and antenna interference control for hybrid adaptive beamforming [C ] // The 2015 International Workshop on Antenna Technology . Piscataway:IEEE Press , 2015 .

ZAGHLOUL A I , KILIC O . Hybrid beam former for distributedaperture electronically steered arrays [J ] . IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters , 2010 ( 9 ): 678 - 681 .

EISENBEIS J , LOPEZ P R , MAHLER T , et al . Low complexity antenna array concept using overlapped subarray based hybrid beamforming [C ] // 2018 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC) . Piscataway:IEEE Press , 2018 .

SAMIMI M K , AKDENIZ M R , LIU Y P , et al . Millimeter wave channel modeling and cellular capacity evaluation [J ] . IEEE Journal on Selected Areas in Communications , 2014 , 32 ( 6 ): 1164 - 1179 .

徐华正 , 朱诗兵 , 席有猷 . 毫米波大规模MIMO系统混合波束成形技术综述 [J ] . 电讯技术 , 2019 , 59 ( 2 ): 121 - 128 .

XU H Z , ZHU S B , XI Y Y . Summary of hybrid beamforming technology for millimeter wave massive MIMO system [J ] . Telecommunications Technology , 2019 , 59 ( 2 ): 121 - 128 .

刘乃金 , 陈东 , 梁宗闯 , 等 . 移动通信卫星星载数字处理器件需求分析与方案设计 [J ] . 航天标准化 , 2011 ( 3 ): 13 - 17 .

LIU N J , CHEN D , LIANG Z C , et al . Demand analysis and scheme design of on-board digital processing devices for mobile communication satellites [J ] . Aerospace Standardization , 2011 ( 3 ): 13 - 17 .

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