中国信科陈山枝：多天线与波束赋形技术仍是6G系统的核心利器

　　在日前举行的“6G协同创新研讨会”上，中国信息通信科技集团有限公司副总经理、总工程师陈山枝表示，多天线与波束赋形技术相辅相成，密不可分：多天线阵列为波束赋形提供了平台，赋能MIMO与波束赋形;波束赋形技术提升了系统覆盖和容量，扩展了应用场景。

　　陈山枝介绍，3G时代，中信科移动(大唐移动)在TD-SCDMA系统中首次引入基于智能天线的波束赋形技术，为波束赋形技术的后续发展奠定了基础;4G系统中，波束赋形技术进入全面发展阶段，波束赋形的空间复用维度不断得到扩展;5G时代，大规模天线技术开启大规模波束赋形应用，伴随着频段资源向毫米波波段扩展，多天线技术对于弥补高频段的传输损耗发挥了更为关键性的作用。

　　面向6G，多天线与大规模波束赋形面临多重技术挑战：天线数与通道数越来越多，越来越大，需要寻找更低功耗、更低成本的天线阵列;频段越来越高，带宽越来越大，容量和谱效要求不断提高，基于分布式MIMO能够提升天线增益，保障系统覆盖和容量;多天线技术的应用场景越来越广，迫切需要扩展天线功能维度适应更多场景。

　　分布式超大规模天线由“以网络为中心的分布式”向“以用户为中心的分布式”发展

　　陈山枝介绍，可配置智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)通过控制电路可以实现单元电磁特性的动态调控，实现三维空间内无线信号传播特性的智能化重构，从而突破传统无线环境被动适应的局限。作为一种基础性创新技术，RIS具有低成本、低功耗和易部署等特点，业界典型应用场景包括：基于RIS的信号发射进行补盲或者扩展，以及基于RIS的信号分集等。

　　中信科移动业界首创提出利用智能超表面构造新型天线阵列的设想，解决6G多天线技术提升性能、降低功耗等技术挑战，以及天线阵列体积、重量等工程化难题，能够有效扩展多天线系统的天线维度，促进6G朝着更高谱效、更低能耗的方向发展。

　　今年4月，中信科移动在业界首个研制完成基于RIS的新型天线阵列，以及与毫米波基站BBU的对接试验，成功接入毫米波手持终端，完成了多流波束赋形高效传输试验，单用户下行数据速率超过5Gbps(载频26GHz、带宽800MHz)。验证了智能超表面技术用于超大规模天线系统并支持多流波束赋形功能，实现高速率数据传输的可行性。

　　陈山枝进一步介绍，大规模天线的两种应用模式是集中式和分布式：集中式MIMO对单点要求高，协调传输弱;分布式MIMO要求多点协同，对回传部署要求高。分布式MIMO可通过分布式多点协同形成虚拟大规模天线阵列，有效扩展多天线系统空间维度;小区间干扰也可以被较好地抑制，边缘吞吐量得以提升，服务质量更加均衡;同时减少了越区切换过程，更加符合以用户为中心的网络构架发展趋势。

　　当前，分布式超大规模天线由“以网络为中心的分布式”向“以用户为中心的分布式”发展，即以用户为中心形成专属协作簇，解决小区间干扰问题，获得均致的用户体验。其关键要素是先进信号处理技术、以用户为中心的网络架构和场景自适应的部署技术。

　　可折叠天线是实现星载超大规模天线阵列的重要技术途径

　　面向6G星地融合，陈山枝指出，当前手机直连卫星尚存诸多技术挑战：手机天线增益低、星地路径损耗大、传统卫星天线增益有限等。而星载数字化大规模相控阵具有低功耗、可折叠、高增益和天线子阵间的协同赋形等优势，因此“可折叠天线成为实现星载超大规模天线阵列的重要技术途径”。

　　卫星通信存在星上资源(体积、重量、功耗)受限，只能支持少量的波束数目;卫星的覆盖面积大，需要保证覆盖区域内的所有用户都能够得到服务;用户的业务变化快，位置分布随机等问题。

　　陈山枝介绍，星载大规模天线的跳波束技术支持用户的广域接入和基于用户位置的精准调度，将接入和数据传输进行波束分离，既降低接入的资源需求，又带来业务资源分配的灵活性;基于信令波束进行广域扫描支持用户接入;依据用户位置信息采用业务波束进行精准指向和调度。

　　其中，单星多波束多用户波束赋形在卫星侧基于多个波束构建联合MU-MIMO，利用用户位置信息和统计CSI抑制各个波束间的相互干扰。中国信科团队研究表明，采用MMSE算法消除波束间相互干扰后，提升卫星的总传输速率约50%。

　　多星多波束协同传输基于虚拟MIMO思想，多颗卫星与终端的多根天线构成MIMO传输;克服多星之间同步问题，采用以锚点卫星为基准的时频补偿技术。相对于单星单波束传输，双星协同传输能带来约50%的速率增益，而四星协同传输能带来约160%的速率增益。

　　陈山枝表示，多天线技术是移动通信系统的基础性技术，是提升频谱效率和容量的基本手段。6G时代，多天线技术将朝着更大规模、更低功耗、更高容量、更多功能的多维度迈进。中国信科从3G开始在多天线的技术创新、标准化及产业化方面具有独特优势并将持续压强投入到多天线技术研究，为6G移动通信的核心技术突破、标准制定与产业化做出应有的贡献。