中國信科陳山枝：多天線與波束賦形技術(shù)仍是6G系統(tǒng)的核心利器

在日前舉行的“6G協(xié)同創(chuàng)新研討會”上，中國信息通信科技集團(tuán)有限公司副總經(jīng)理、總工程師陳山枝表示，多天線與波束賦形技術(shù)相輔相成，密不可分：多天線陣列為波束賦形提供了平臺，賦能MIMO與波束賦形；波束賦形技術(shù)提升了系統(tǒng)覆蓋和容量，擴(kuò)展了應(yīng)用場景。

陳山枝介紹，3G時(shí)代，中信科移動（大唐移動）在TD-SCDMA系統(tǒng)中首次引入基于智能天線的波束賦形技術(shù)，為波束賦形技術(shù)的后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；4G系統(tǒng)中，波束賦形技術(shù)進(jìn)入全面發(fā)展階段，波束賦形的空間復(fù)用維度不斷得到擴(kuò)展；5G時(shí)代，大規(guī)模天線技術(shù)開啟大規(guī)模波束賦形應(yīng)用，伴隨著頻段資源向毫米波波段擴(kuò)展，多天線技術(shù)對于彌補(bǔ)高頻段的傳輸損耗發(fā)揮了更為關(guān)鍵性的作用。

面向6G，多天線與大規(guī)模波束賦形面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)：天線數(shù)與通道數(shù)越來越多，越來越大，需要尋找更低功耗、更低成本的天線陣列；頻段越來越高，帶寬越來越大，容量和譜效要求不斷提高，基于分布式MIMO能夠提升天線增益，保障系統(tǒng)覆蓋和容量；多天線技術(shù)的應(yīng)用場景越來越廣，迫切需要擴(kuò)展天線功能維度適應(yīng)更多場景。

分布式超大規(guī)模天線由“以網(wǎng)絡(luò)為中心的分布式”向“以用戶為中心的分布式”發(fā)展

陳山枝介紹，可配置智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS）通過控制電路可以實(shí)現(xiàn)單元電磁特性的動態(tài)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)無線信號傳播特性的智能化重構(gòu)，從而突破傳統(tǒng)無線環(huán)境被動適應(yīng)的局限。作為一種基礎(chǔ)性創(chuàng)新技術(shù)，RIS具有低成本、低功耗和易部署等特點(diǎn)，業(yè)界典型應(yīng)用場景包括：基于RIS的信號發(fā)射進(jìn)行補(bǔ)盲或者擴(kuò)展，以及基于RIS的信號分集等。

中信科移動業(yè)界首創(chuàng)提出利用智能超表面構(gòu)造新型天線陣列的設(shè)想，解決6G多天線技術(shù)提升性能、降低功耗等技術(shù)挑戰(zhàn)，以及天線陣列體積、重量等工程化難題，能夠有效擴(kuò)展多天線系統(tǒng)的天線維度，促進(jìn)6G朝著更高譜效、更低能耗的方向發(fā)展。

今年4月，中信科移動在業(yè)界首個(gè)研制完成基于RIS的新型天線陣列，以及與毫米波基站BBU的對接試驗(yàn)，成功接入毫米波手持終端，完成了多流波束賦形高效傳輸試驗(yàn)，單用戶下行數(shù)據(jù)速率超過5Gbps（載頻26GHz、帶寬800MHz）。驗(yàn)證了智能超表面技術(shù)用于超大規(guī)模天線系統(tǒng)并支持多流波束賦形功能，實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行浴?/p>

陳山枝進(jìn)一步介紹，大規(guī)模天線的兩種應(yīng)用模式是集中式和分布式：集中式MIMO對單點(diǎn)要求高，協(xié)調(diào)傳輸弱；分布式MIMO要求多點(diǎn)協(xié)同，對回傳部署要求高。分布式MIMO可通過分布式多點(diǎn)協(xié)同形成虛擬大規(guī)模天線陣列，有效擴(kuò)展多天線系統(tǒng)空間維度；小區(qū)間干擾也可以被較好地抑制，邊緣吞吐量得以提升，服務(wù)質(zhì)量更加均衡；同時(shí)減少了越區(qū)切換過程，更加符合以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架發(fā)展趨勢。

當(dāng)前，分布式超大規(guī)模天線由“以網(wǎng)絡(luò)為中心的分布式”向“以用戶為中心的分布式”發(fā)展，即以用戶為中心形成專屬協(xié)作簇，解決小區(qū)間干擾問題，獲得均致的用戶體驗(yàn)。其關(guān)鍵要素是先進(jìn)信號處理技術(shù)、以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和場景自適應(yīng)的部署技術(shù)。

可折疊天線是實(shí)現(xiàn)星載超大規(guī)模天線陣列的重要技術(shù)途徑

面向6G星地融合，陳山枝指出，當(dāng)前手機(jī)直連衛(wèi)星尚存諸多技術(shù)挑戰(zhàn)：手機(jī)天線增益低、星地路徑損耗大、傳統(tǒng)衛(wèi)星天線增益有限等。而星載數(shù)字化大規(guī)模相控陣具有低功耗、可折疊、高增益和天線子陣間的協(xié)同賦形等優(yōu)勢，因此“可折疊天線成為實(shí)現(xiàn)星載超大規(guī)模天線陣列的重要技術(shù)途徑”。

衛(wèi)星通信存在星上資源（體積、重量、功耗）受限，只能支持少量的波束數(shù)目；衛(wèi)星的覆蓋面積大，需要保證覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有用戶都能夠得到服務(wù)；用戶的業(yè)務(wù)變化快，位置分布隨機(jī)等問題。

陳山枝介紹，星載大規(guī)模天線的跳波束技術(shù)支持用戶的廣域接入和基于用戶位置的精準(zhǔn)調(diào)度，將接入和數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行波束分離，既降低接入的資源需求，又帶來業(yè)務(wù)資源分配的靈活性；基于信令波束進(jìn)行廣域掃描支持用戶接入；依據(jù)用戶位置信息采用業(yè)務(wù)波束進(jìn)行精準(zhǔn)指向和調(diào)度。

其中，單星多波束多用戶波束賦形在衛(wèi)星側(cè)基于多個(gè)波束構(gòu)建聯(lián)合MU-MIMO，利用用戶位置信息和統(tǒng)計(jì)CSI抑制各個(gè)波束間的相互干擾。中國信科團(tuán)隊(duì)研究表明，采用MMSE算法消除波束間相互干擾后，提升衛(wèi)星的總傳輸速率約50%。

多星多波束協(xié)同傳輸基于虛擬MIMO思想，多顆衛(wèi)星與終端的多根天線構(gòu)成MIMO傳輸；克服多星之間同步問題，采用以錨點(diǎn)衛(wèi)星為基準(zhǔn)的時(shí)頻補(bǔ)償技術(shù)。相對于單星單波束傳輸，雙星協(xié)同傳輸能帶來約50%的速率增益，而四星協(xié)同傳輸能帶來約160%的速率增益。

陳山枝表示，多天線技術(shù)是移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)性技術(shù)，是提升頻譜效率和容量的基本手段。6G時(shí)代，多天線技術(shù)將朝著更大規(guī)模、更低功耗、更高容量、更多功能的多維度邁進(jìn)。中國信科從3G開始在多天線的技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)業(yè)化方面具有獨(dú)特優(yōu)勢并將持續(xù)壓強(qiáng)投入到多天線技術(shù)研究，為6G移動通信的核心技術(shù)突破、標(biāo)準(zhǔn)制定與產(chǎn)業(yè)化做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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