抢局6G：多天线技术如何“多”？

当前新一代信息技术快速演变，产业数字化、智能化、绿色化的转型不断加速，数字经济蓬勃发展，已经成为全球经济发展的新引擎，信息通信技术在促进产业升级，改善社会生活，推动科技创新等方面发挥着重要的作用。

在这之中，多天线技术已经在移动通信系统中得到了成功的应用，面向下一代移动通信系统6G，作为能够促进系统性能进一步提升，推动系统业务与应用领域进一步拓展的核心技术之一，多天线技术仍是关键支撑。

近日，在6G协同创新研讨会上，以“多天线的演进与发展”为主题，来自产业链的专家学者紧密围绕着6G系统的宏观格局、未来产业的发展态势以及关键技术的应用前景展开了深入的讨论，头脑风暴背后，6G的天线技术发展之路愈发清晰。

高效而可靠的信息传输是通信系统能够为信息化社会所提供的最为核心的支撑力，而坚实稳固的底层技术体系则是通信系统传输能力与效能持续提升的重要根基。由于多天线技术在频谱效率提升、传输可靠性增强、覆盖扩展以及干扰抑制能力改善等方面的显著优势。

3G时代，多天线技术就已经开始展现出令人瞩目的技术优势，自4G系统开始，多天线技术已经逐渐成为移动通信系统物理层技术体系中最具代表性的一个分支，伴随着大规模天线理论的出现与深入发展，在同样是构建于 MIMO+OFDM技术框架之上的5G系统之中，多天线技术的功能、业务应用范围与适用频段得到了进一步大幅度的扩展。

在5G网络中中，随着频段资源向毫米波波段的扩展，多天线技术对于弥补非理想传播因素以及保证系统稳健性和有效覆盖发挥了更为关键的作用，频段的扩展也对多天线系统结构、多天线工作模式以及具体的物理信道与信号设计等方面都带来了新的影响。

如今，面对多种多样的新兴业务形态以及终端连接数和数据流量规模的爆炸式增长，未来移动通信系统对于无线链路传输能力的提升有着更为迫切的需求，为了应对这一巨大挑战，对无线信道资源的进一步拓展和更为高效的利用，仍将是移动通信系统中最为核心的两大问题。

面向下一代系统，多天线技术仍将发挥重要的基础性作用，为系统频谱利用效率、传输可靠性、覆盖能力及干扰抑制能力的进一步提升提供更加坚实的支撑。随着理论研究的进一步深入以及更多支撑技术的涌现，多天线技术将以更大的规模在更为广阔的场景中得到部署和应用，也会更加深入地渗透到系统的各个层面。

中国工程院院士张平表示，从3G到5G我国走出一条自己特有的发展道路，6G提出了更高的需求，AI与整个通信系统的结合，特别是在无线空口完成AI的贯通是一件极具挑战的工作，传统的通信技术受到单模块优化的约束，急需打破瓶颈，改变通信的范式。

事实上，在未来的移动通信系统中，多天线技术作为一种重要的支撑技术仍将持续发挥更为重大的作用，成为6G系统应对更为严苛的技术挑战并拓展更加广阔的业务与应用领域的关键之所在。

在多天线技术的未来发展过程中，空间维度的持续扩展将始终是其向前演进的一条主要线索之一。这一发展趋势既能够很好地迎合业务与应用的发展需求，也符合相关技术理论所指引的发展方向，而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。

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。

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。

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。

除了以上挑战之外，为了更好地实现新型系统构架下的分布式大规模天线系统，还需要考虑以下三方面的问题。

一是弹性可扩展架构。分布式系统需要有足够的弹性和可扩展性，当网络中因为业务需要增加 /启动或者去除 / 关闭部分网络传输点之后，网络的算法可以自适应调整，而不需要重新进行网络规划。

二是移动性管理。以用户为中心的系统架构中，用户的专属服务区域与物理协作簇之间为动态映射，需要高效的移动性管理方案以支持专属服务区域的物理协作簇建立、变更、增加、删除等操作。

三是低成本快速部署方案。分布式节点的部署需要考虑供电、数据回传等因素。分布式系统能否大规模应用，取决于分布式传输点的成本及部署方案的便利性，如是否可实现即插即用等。

值得一提的是，在陈山枝看来，6G也推动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。其中，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，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。

当前，6G作为产业数字化转型升级的重要基础设施与使能技术，正在成为我国构建现代化产业体系、强化国家战略科技力量、驱动产业与经济高质量发展的重要引擎，作为全球通信的技术强国，我国在5G网络建设方面已经取得了举世瞩目的成就。6G技术的研究和应用，对于进一步提升我国科技实力，推动全球移动通信产业的持续发展，具有重要的战略意义。

中国工程院院士邬贺铨表示，从1G到4G基本上是需求牵引，市场在等待一旦网络就绪新应用就能顺势而为，但5G的网络能力与产业链上下游生态脱节，6G尤其要注重产业链上下游生态的培育，着力与相关行业的协同创新。

邬贺铨表示，从3G到5G持续提升业务的宽带能力，有每一代峰值速率提高1000倍之说，主要靠展宽频谱和扩展天线数，增加空分复用率，与此同时，频率是6G发展生态的前置条件，但毫米波频段面临传播损耗与于扰限制，超大规模天线将是6G研究的主要发力点，将重点研究千级规模的天线阵子、3D MIMO、智能超表面 (RIS)分布式MIMO、通感融合MIMO等，但面临复杂度高、成本高和功耗大的挑战。

典型场景上，面向工业互联网场景，现场工控系统早于工业互联网就存在，既是工业互联网的底座，也是工业互联网发展的关键，但标准碎片化、协议欠开放，抬高了5G进入工业互联网的门槛，限制了对生产现场数据的采集；面向车联网场景，车联网是通信、IT和汽车三个产业的交汇，是5G/6G主要应用领域，车载电子及联网服务将打造万亿元量级的新兴产，目前不依赖于道路协同的智能座舱和单车智能已经在开放道路无驾驶员出租车试验，然而车路协同基础设施建设与运营主体不明确，商业模式不清晰，生态不完善，制约了5G/6G V2X发展。

值得一提的是，非地面移动通信网(NTN)以地面移动通信网(TN)为中心，将卫星通信融合到移动通信网络中，实现更广覆盖和应急时提供对TN的备份同时将公众网移动终端纳入卫星用户范畴，增强卫星通信的用户覆盖。

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。

对于未来6G协同创新发展以及6G标准研究，中国通信标准化协会理事长闻库认为，基础研究是6G发展的基石，前期我们已经做了很多技术探索，有些技术已经初步形成了轮廓的结论，要加大对这些技术的落地，要加大对这些技术进行实验验证；无论从技术特点还是应用场景来看，要多要素的融合，均是6G技术的核心特征。以应用需求为牵引，持续推进多领域、多要素融合创新，在6G技术研究架构设计阶段，要充分考虑不断优化6G垂直行业的应用能力，为未来6G赋能全社会数字化转型奠定基础。

无疑，随着理论研究的进一步深入以及众多支撑技术的涌现，多天线技术将以更大的规模在更为广阔的场景中得到部署和应用，也会更加深入地渗透到系统的各个层面。在这一过程之中，多天线系统的发展将逐渐向其他维度延伸，并全方位融入下一代通信系统的新型网络架构之中，在超维度天线的总体框架之下实现空间维度的有效扩展、智能维度的深度挖掘、功能维度的显著增强以及能效维度的充分优化。

采写：党博文

编辑、校对：博文

指导：新文