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2020年11月04日 | 技术揭秘： 紫光展锐AiP结构波束检测方法
2020-11-04 来源：集微网
紫光展锐的AiP结构的波束检测发明，包括多个ULA和UPA天线阵列，利用ULA阵列检测UPA阵列的发射信号并存储特征参数等检测结果，基于此，终端可以选择波束最优配置、提高波束调整效率、节约系统功耗。
毫米波是5G通信的重要组成部分，可实现更高的通信传输速率、更低的时延，在未来网络、工业互联网等领域具有广阔的应用前景。前不久，通信芯片供应商紫光展锐宣布了其基于AiP（天线芯片一体化封装）的5G毫米波终端原型已完成关键的技术和业务数据测试，展示了其在毫米波通信领域雄厚的技术实力。
为对抗毫米波的高路损特性，5G通信系统通常需要在芯片中使用阵列天线与波束赋形技术，实现更窄的波束以聚集能量，与此同时，需要使用波束管理和波束追踪技术快速准确的实现收发端波束对齐和跟踪。现有的一种方案是结合RRC协议在基带上进行波束扫描并结合相关对准策略完成波束管理，然而，这种方法占用的网络和资源较多，终端侧功耗较大。另一种是在射频端增设专用于环境检测的天线或感应装置、调谐元件、控制电路等，难以集成在系统芯片中，并增加了终端的体积和成本。
在这一背景下，紫光展锐于2019年1月31日提出了一项名为“基于AiP结构的波束检测方法及装置、计算机可读存储介质”的发明专利（申请号：201910097995.0），申请人为展讯通信（上海）有限公司（隶属于紫光展锐）。
图1 AiP示意图
本发明经过研究，发现终端在实际应用中最为常见的遮挡来自于天线射频模块安装附近的其它器件、人体遮挡、射频反射物体等，这些因素与网络状态的相关性低。如果天线射频模块可直接感知附近的射频环境，就可以本地检测并调整波束，提高波束调整效率、节约功耗。为此本发明提出了一种AiP结构，如图1所示，AiP包括一组由多个天线单元101构成的ULA天线阵列和一组由多个天线单元102构成的UPA天线阵列，且二者一一对应。其中UPA阵列是AiP的主阵列，由于相控阵列在偏离波束指向侧一定角度后，出现主瓣增益下降同时旁瓣增益上升的问题，通常设定主阵列UPA在某个最大工作角度外不再作为工作通道，而此空间区域由ULA阵列覆盖。因此AiP中同时设计有UPA和ULA至少两组阵列，并为它们配置相应独立的电路与控制处理通道。
图2 基于AiP结构的波束检测方法流程图
图2是基于发明提出的AiP结构所对应的波束检测方法流程图，首先ULA阵列检测对应的UPA阵列发射的信号（S201），当AiP结构设计定型后，ULA阵列与UPA阵列之间即形成了固定的物理通道，因此当UPA阵列发射特定的信号时，ULA阵列的通道可以检测到相对固定的信号。然后，ULA阵列存储第一组检测结果，包括UPA阵列发射信号的特征参数值（S203），波束的方向角、主瓣和旁瓣的比值、旁瓣抑制和波束的功率等等，并将结果存在基带处理器的查找表内存中。当AiP结构周围存在遮挡时，可以将检测到的UPA阵列发射的信号的特征参数值与存储的预设特征参数值进行比较，基于比较结果可以判断出实际发射的波束与原先设计中存在一定偏离，进而调整波束，优化波束设置。
而为进一步提高实际环境中的全向通信能力并实现MIMO (多输入多输出)功能，系统可包括多个AiP，并被布置于各个方向协同工作。当某个AiP中的UPA阵列发射信号时，其他AiP中的ULA阵列也可以检测到相对固定的信号，进一步提高波束检测的准确性和高效性。
简而言之，紫光展锐的这一发明专利提供了一种基于AiP结构的波束检测方法，包括多个ULA和UPA天线阵列，并利用ULA阵列检测UPA阵列的发射信号并存储检测结果，如特征参数等，基于此，终端可以选择波束最优配置、提高波调整效率、节约系统功耗。
毫米波作为5G核心技术，必将在今后结合一系列产业需求诞生多种创新技术和产品，并应用于更多领域。紫光展锐作为国内领先的集成电路设计企业，凭借其强大的技术创新实力，相信今后在毫米波终端芯片领域必将大放异彩。
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