毫米波大规模MIMO的混合波束成形技术研究

更新时间：2026-06-23 20:33:21 大小：21K 上传用户：江岚查看TA发布的资源 标签：毫米波 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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第五代（5G）以及第六代（6G）移动通信系统对传输速率、连接密度和时延提出了指数级增长的需求，传统Sub-6GHz频段已无法满足百Gbps级别的传输容量要求。毫米波频段拥有高达数十GHz的可用带宽，能够为高速传输提供充足的频谱资源，成为下一代移动通信的核心候选频段之一。大规模多输入多输出（Massive MIMO）技术通过在基站端配置数十甚至数百根天线，能够在同一时频资源上复用多个用户数据流，大幅提升频谱利用率。将毫米波通信与大规模MIMO技术结合，是实现Tbps级传输速率的核心技术路径。

然而，毫米波大规模MIMO系统若采用全数字波束成形架构，需要为每一根天线配置一条独立的射频链路，包括功率放大器、模数转换器、混频器等器件，这会带来极高的硬件成本与能耗，尤其是在天线数量达到上百量级时，全数字架构几乎无法商用。为解决这一矛盾，混合波束成形（Hybrid Beamforming, HBF）技术应运而生，该技术将波束成形拆分为基带域的数字波束成形和射频域的模拟波束成形两个部分，通过大幅减少射频链路的数量，在保证接近全数字波束成形性能的同时，显著降低硬件成本与能耗，成为毫米波大规模MIMO系统的主流架构方案。

一、毫米波大规模MIMO混合波束成形的技术背景

1.1 毫米波通信的信道特性

毫米波的波长在1mm~10mm之间，对应频段为30GHz~300GHz，其传播特性与Sub-6GHz频段存在显著差异。首先，毫米波的路径损耗远高于低频段，根据自由空间路径损耗公式，路径损耗与载波频率的平方成正比，因此28GHz毫米波的路径损耗比1GHz低频高约29dB，严重限制了传输距离。其次，毫米波具有较强的穿透损耗，对建筑物、人体遮挡都较为敏感，容易发生链路中断，但毫米波的波长较短，允许在较小的面积内部署更多天线，为大规模天线阵列的实现提供了物理基础。

此外，毫米波信道具有稀疏性，由于散射体数量有限，毫米波信道的多径分量数量远小于天线阵列的孔径数量，即信道矩阵具有低秩特性，这为混合波束成形中模拟域实现多径能量聚集提供了理论基础。多数场景下，毫米波信道的有效路径数通常不超过10，远小于基站侧的天线数量，因此仅需要比天线数量少得多的射频链路就可以捕获几乎全部多径能量，为混合架构提供了可行性支撑。

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