中國信科陳山枝：多天線與波束賦形技術仍是6G系統的核心利器

　　在日前舉行的“6G協同創新研討會”上，中國信息通信科技集團有限公司副總經理、總工程師陳山枝表示，多天線與波束賦形技術相輔相成，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;波束賦形技術提升了系統覆蓋和容量，擴展了應用場景。

　　陳山枝介紹，3G時代，中信科移動(大唐移動)在TD-SCDMA系統中首次引入基于智能天線的波束賦形技術，為波束賦形技術的后續發展奠定了基礎;4G系統中，波束賦形技術進入全面發展階段，波束賦形的空間復用維度不斷得到擴展;5G時代，大規模天線技術開啟大規模波束賦形應用，伴隨著頻段資源向毫米波波段擴展，多天線技術對于彌補高頻段的傳輸損耗發揮了更為關鍵性的作用。

　　面向6G，多天線與大規模波束賦形面臨多重技術挑戰：天線數與通道數越來越多，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，保障系統覆蓋和容量;多天線技術的應用場景越來越廣，迫切需要擴展天線功能維度適應更多場景。

　　分布式超大規模天線由“以網絡為中心的分布式”向“以用戶為中心的分布式”發展

　　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現單元電磁特性的動態調控，實現三維空間內無線信號傳播特性的智能化重構，從而突破傳統無線環境被動適應的局限。作為一種基礎性創新技術，RIS具有低成本、低功耗和易部署等特點，業界典型應用場景包括：基于RIS的信號發射進行補盲或者擴展，以及基于RIS的信號分集等。

　　中信科移動業界首創提出利用智能超表面構造新型天線陣列的設想，解決6G多天線技術提升性能、降低功耗等技術挑戰，以及天線陣列體積、重量等工程化難題，能夠有效擴展多天線系統的天線維度，促進6G朝著更高譜效、更低能耗的方向發展。

　　今年4月，中信科移動在業界首個研制完成基于RIS的新型天線陣列，以及與毫米波基站BBU的對接試驗，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，單用戶下行數據速率超過5Gbps(載頻26GHz、帶寬800MHz)。驗證了智能超表面技術用于超大規模天線系統并支持多流波束賦形功能，實現高速率數據傳輸的可行性。

　　陳山枝進一步介紹，大規模天線的兩種應用模式是集中式和分布式：集中式MIMO對單點要求高，協調傳輸弱;分布式MIMO要求多點協同，對回傳部署要求高。分布式MIMO可通過分布式多點協同形成虛擬大規模天線陣列，有效擴展多天線系統空間維度;小區間干擾也可以被較好地抑制，邊緣吞吐量得以提升，服務質量更加均衡;同時減少了越區切換過程，更加符合以用戶為中心的網絡構架發展趨勢。

　　當前，分布式超大規模天線由“以網絡為中心的分布式”向“以用戶為中心的分布式”發展，即以用戶為中心形成專屬協作簇，解決小區間干擾問題，獲得均致的用戶體驗。其關鍵要素是先進信號處理技術、以用戶為中心的網絡架構和場景自適應的部署技術。

　　可折疊天線是實現星載超大規模天線陣列的重要技術途徑

　　面向6G星地融合，陳山枝指出，當前手機直連衛星尚存諸多技術挑戰：手機天線增益低、星地路徑損耗大、傳統衛星天線增益有限等。而星載數字化大規模相控陣具有低功耗、可折疊、高增益和天線子陣間的協同賦形等優勢，因此“可折疊天線成為實現星載超大規模天線陣列的重要技術途徑”。

　　衛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目;衛星的覆蓋面積大，需要保證覆蓋區域內的所有用戶都能夠得到服務;用戶的業務變化快，位置分布隨機等問題。

　　陳山枝介紹，星載大規模天線的跳波束技術支持用戶的廣域接入和基于用戶位置的精準調度，將接入和數據傳輸進行波束分離，既降低接入的資源需求，又帶來業務資源分配的靈活性;基于信令波束進行廣域掃描支持用戶接入;依據用戶位置信息采用業務波束進行精準指向和調度。

　　其中，單星多波束多用戶波束賦形在衛星側基于多個波束構建聯合MU-MIMO，利用用戶位置信息和統計CSI抑制各個波束間的相互干擾。中國信科團隊研究表明，采用MMSE算法消除波束間相互干擾后，提升衛星的總傳輸速率約50%。

　　多星多波束協同傳輸基于虛擬MIMO思想，多顆衛星與終端的多根天線構成MIMO傳輸;克服多星之間同步問題，采用以錨點衛星為基準的時頻補償技術。相對于單星單波束傳輸，雙星協同傳輸能帶來約50%的速率增益，而四星協同傳輸能帶來約160%的速率增益。

　　陳山枝表示，多天線技術是移動通信系統的基礎性技術，是提升頻譜效率和容量的基本手段。6G時代，多天線技術將朝著更大規模、更低功耗、更高容量、更多功能的多維度邁進。中國信科從3G開始在多天線的技術創新、標準化及產業化方面具有獨特優勢并將持續壓強投入到多天線技術研究，為6G移動通信的核心技術突破、標準制定與產業化做出應有的貢獻。