殷锋，邱玲，梁晓雯

(中国科学技术大学中国科学院无线光电通信重点实验室， 合肥 230027)

在大规模多输入多输出(massive multi-input multi-output, MIMO)系统中，通过在收发端部署大量的天线，可以大幅提高系统吞吐量。因此大规模MIMO技术被认为是第5代移动通信系统(5G)的重要组成部分[1]。近年来，基于毫米波(mmWave)的移动通信系统受到研究者和工程师的广泛关注。相比于低频段的电磁波，毫米波的特点是频率较高，能够带来极大的带宽提升；另外其波长较短，使得系统的天线尺寸大大减小。对于毫米波大规模MIMO系统，物理尺寸较小的阵列中可以封装数百根天线，具备服务大量用户的能力。

在传统的MIMO通信系统中，为消除数据流之间的干扰，提升系统传输性能，需要对基带信号做波束成形(beamforming)处理[2]。常见的波束成形技术包括最大比传输(maximum ratio tranmission, MRT)、迫零(zero forcing, ZF)和块对角化(block diagonalization, BD)等[1]。这类数字波束成形方案，需要为每根天线配置一条射频(radio frequency, RF)链路。而对于毫米波大规模MIMO系统，大量的RF链路将造成昂贵的硬件成本和过高的能耗，因此全数字的方案不再适用。

为了以合理的硬件复杂度和能量损耗达到较为满意的频谱效率，一种数字/模拟混合波束成形(hybrid beamforming, HBF)方案被提出。HBF最早作为一种“天线软选择”方案被引入毫米波通信系统[3]。其主要思想是将传统的全数字波束成形器(beamformer)分为一个低维度的数字波束成形器和一个模拟波束成形器。其中数字波束成形器由少量的RF链路实现，模拟波束成形器由一个模拟移相器网络实现。总的来说，现有两种被广泛认可的HBF硬件架构：全连接架构[4-10]和部分连接架构[11-14]。……