B5G/6G天線系統(tǒng)應(yīng)向何種路線演進和創(chuàng)新？FITEE Forum共商大計

1月15日消息（水易）近年來，隨著第五代移動通信（5G）國際標準推進和5G牌照發(fā)放，5G進入基站和終端產(chǎn)品測試和成熟的關(guān)鍵時期。與此同時，移動通信向后5G和第六代移動通信系統(tǒng)（6G）演進，逐漸成為學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點領(lǐng)域。

為促進信息與電子工程領(lǐng)域?qū)W術(shù)交流，提升我國天線與射頻技術(shù)水平，促進我國天線系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中國工程院信息與電子工程學部和中國通信學會聯(lián)合舉辦第3期“信息與電子工程前沿論壇-后5G和6G天線系統(tǒng)技術(shù)演進與創(chuàng)新”。本期論壇由中國工程院院刊Engineering和Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (FITEE)、西安電子科技大學、天線與微波技術(shù)重點實驗室、天線系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共同組織。

天線系統(tǒng)是移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，為滿足后5G及6G系統(tǒng)中更高接入速率、更低接入時延、更廣更深的通信覆蓋等需求，未來天線系統(tǒng)迫切需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計、微波計算、新材料應(yīng)用等方面不斷演進和創(chuàng)新，以解決更大規(guī)模、更高頻段和更大帶寬以及更低功率和更小尺寸等挑戰(zhàn)，并掌握其天線傳播特性及測試等方面的新方法，加速其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和商業(yè)化進程。

中國工程院院士、天線系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主席段寶巖

中國通信學會副理事長、秘書長張延川

在此背景下，中國工程院信息與電子工程前沿論壇聚焦“后5G和6G天線系統(tǒng)技術(shù)演進和創(chuàng)新”，針對后5G和6G天線系統(tǒng)前沿基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵共性技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等進行深入研討。中國工程院信息與電子工程學部院士段寶巖、中國通信學會副理事長和秘書長張延川、浙江大學出版社社長魯東明教授發(fā)表講話。

中國科學院院士崔鐵軍

中國科學院院士崔鐵軍表示，大規(guī)模天線陣列技術(shù)以及毫米波的全頻譜接入技術(shù)可以很好的實現(xiàn)5G時代大容量的移動通信。不過，上述兩種技術(shù)面臨包括要使用大量射頻器件、系統(tǒng)復雜度高，成本高等問題。因而如何盡量少用射頻器件、天線數(shù)目，同時減少成本，成為后5G以及6G時代的討論重點。為此崔鐵軍提出信息超材料的概念，進行空間和時間的時空二維編碼，同時調(diào)控電磁波束和電磁頻譜，可以對不同頻譜的波束進行調(diào)控，這樣可以做多通道無線通信，

澳大利亞工程院院士郭英杰

澳大利亞工程院院士郭英杰認為，B5G時代，移動通信將實現(xiàn)從地面到太空，無縫集成。因為未來的無線通信天線需要實現(xiàn)低功耗、低成本、超帶寬、高增益、可重構(gòu)以及多波束等需求。對于此，郭英杰表示，由于其低成本和低能耗，模擬多波束天線可能會成為后5G系統(tǒng)的主要候選者，同時可重構(gòu)的漏波天線可以產(chǎn)生固定頻率的波束掃描和多波束，另外需要更多創(chuàng)新的解決方案來增加獲取可單獨掃描的多波束的靈活性

新加披工程院院士陳志寧

新加披工程院院士陳志寧表示，移動通信的天線技術(shù)從1G時代的全向天線，到2G時代的平面天線，到3G時代的多頻段天線，到4G時代的MIMO天線，再到5G時代的大規(guī)模陣列天線以及毫米波技術(shù)，那么往后的天線將向哪個方向演進？陳志寧表示，未來的天線的材料勢必會從天然材料轉(zhuǎn)向超材料，超表面可實現(xiàn)對電磁波偏振、振幅、相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調(diào)控。

東南大學教授洪偉

業(yè)界都說，毫米波將成為5G時代的必經(jīng)之路，目前我國已經(jīng)批準了24.75-27.5GHz和37-42.5GHz作為實驗頻段。東南大學教授洪偉指出，目前基于大規(guī)模MIMO的5G毫米波技術(shù)已趨于成熟，關(guān)鍵技術(shù)驗證已基本完成，預(yù)計在2022年左右開始商用。到了6G時代，毫米波將是星間鏈路、用戶鏈路、饋電鏈路的首選寬帶傳輸技術(shù)。SpaceX的Starlink主要采用了Ka和Q波段。可以肯定，毫米波技術(shù)將是6G網(wǎng)絡(luò)最重要的支持技術(shù)之一。不過受限于半導體工藝特性，在太赫茲頻段，發(fā)射功率、接收機噪聲系數(shù)、制造難度、成本等都是應(yīng)用太赫茲需要突破的瓶頸。

中國電子科技集團公司第14研究所首席科學家周志鵬

中國電子科技集團公司第14研究所首席科學家周志鵬認為，毫米波電子系統(tǒng)無論在軍事裝備或民用電子領(lǐng)域，都具有廣闊應(yīng)用前景，隨著技術(shù)發(fā)展，成本下降，毫米波系統(tǒng)將占據(jù)更多市場份額，甚至占據(jù)主導地位。與此同時，在移動通信領(lǐng)域中，5G通信領(lǐng)域中的毫米波應(yīng)用發(fā)展?jié)摿薮?，特別是在“天地一體化”和6G概念所提出的立體多維信息網(wǎng)絡(luò)空間中，傳統(tǒng)反射面體制的電子設(shè)備在靈活性上遠不如先進相控陣體制，毫米波相控陣技術(shù)在替代此類應(yīng)用方面，存在較大潛力。另外，隨著多功能需求的發(fā)展，通信與雷達探測技術(shù)的融合也將進一步加深，同時，毫米波通信技術(shù)嵌入大型雷達，用于替代有線傳輸將成為可能。

中國信息通信科技集團有限公司陳山枝

中國信息通信科技集團有限公司陳山枝博士提到，B5G主要是陸地與衛(wèi)星融合的移動通信，通過5G陸地移動通信與低軌衛(wèi)星移動通信融合而成。B5G能夠通過5G的低時延以及全球?qū)Ш叫l(wèi)星技術(shù)實現(xiàn)高精度定位。同時B5G將實現(xiàn)通信與計算、存儲的深度融合，降低時延，提升用戶體驗以及系統(tǒng)業(yè)務(wù)支撐能力。另外，B5G將實現(xiàn)通信與雷達的融合，實現(xiàn)一體化設(shè)計，從而降低成本、功耗，提高探測準確度，實現(xiàn)更全面的感知效果。而在6G方面，陳山枝認為6G將融合陸地無線移動通信、中高低軌衛(wèi)星移動通信以及短距離直接通信等技術(shù)，融合通信與計算、導航、感知、智能等技術(shù)，通過智能化移動性管理控制，建立空、天、地海泛在移動通信網(wǎng)，實現(xiàn)全球泛在覆蓋的高速寬帶通信。目前中國信科正在NR-V2X，6G以及基于5G的地面和衛(wèi)星綜合移動通信領(lǐng)域開展研究工作。

北京郵電大學教授張建華

北京郵電大學教授張建華表示，移動通信從1G發(fā)展到5G離不開無線信道的建模，信道研究的意義在于確定頻譜以及探索新技術(shù)。張建華指出，3.5GHz從研究到成為全球5G頻段經(jīng)歷了10余年，而通過對垂直維空域傳播特性的探索、建模和分析，促進了3D MIMO技術(shù)從理論到應(yīng)用的實現(xiàn)。到了6G時代更是如此，不過由于6G無線信道數(shù)據(jù)量急劇增加，各維度跨度大，建模復雜度也會提高。為了支撐6G潛在的技術(shù)研究和應(yīng)用，基礎(chǔ)性的是要探索和掌握信道的特性和模型。在張建華看來，B5G/6G信道研究應(yīng)該重點傾向于太赫茲信道、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信道、空天地一體化信道以及智能化信道建模方法。

西安電子科技大學教授劉英

西安電子科技大學教授劉英指出，5G時代，物聯(lián)網(wǎng)，人工智能，智慧城市等應(yīng)用場景離不開大容量的需求，同時4K/8K超高清視頻，AR/VR應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，使得人們對數(shù)據(jù)傳輸速率呈現(xiàn)指數(shù)級增長的需求。利用MIMO技術(shù)，能夠有效提高信道容量和頻譜利用率，同時不需要使用額外的頻譜資源以及增加發(fā)射功率。當然在MIMO設(shè)計層面，需要滿足尺寸緊湊，高隔離度，低ECC以及減少外部去耦結(jié)構(gòu)使用的需求。針對這些需求，西安電子科技大學提出了基于共享口徑模塊多天線設(shè)計，并進行了相應(yīng)的理論研究和測試驗證。

清華大學教授陳文華

眾所周知5G時代，基站能耗大一直是困擾運營商建網(wǎng)的一大問題。清華大學教授陳文華從能耗的角度，闡述了功率放大器（PA）仍然對發(fā)射器效率起主要作用，必須不斷提高平均效率。另外，Doherty拓撲在5G大規(guī)模MIMO發(fā)射器架構(gòu)中仍然具有強大的潛力。同時功放模塊或FEM將在5G massive MIMO中的數(shù)十個通道中流行。而為了提高整體效率，可以考慮權(quán)衡系統(tǒng)級別的效率和線性度，同時必須發(fā)明新穎的DPD線性化技術(shù)以降低系統(tǒng)復雜性和成本。

北京理工大學教授胡偉

北京理工大學教授胡偉東認為，太赫茲科學和技術(shù)可以被廣泛的應(yīng)用到天文觀測、大氣遙感、軍事應(yīng)用、6G通信、汽車雷達、安全成像和生物醫(yī)療。經(jīng)過多年的發(fā)展，太赫茲通信技術(shù)正從實驗室階段在向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)型。目前，飛行器艙內(nèi)高速WLAN和高速總線、飛行器間鏈路及行星原位鏈路受到美國等發(fā)達國家持續(xù)關(guān)注，太赫茲列入規(guī)劃頻段。同時，太赫茲部件正向單片集成化發(fā)展，尤其是220GHz以上部件，太赫茲頻段的半導體仍以GaAs和InP等第二代半導體為主。另外，發(fā)達國家已經(jīng)開始在更高頻段（0.5THz）以上頻段開展通信實驗，嘗試單片系統(tǒng)等，通信頻譜搶占日超白熱化。需要指出的是，太赫茲空間通信技術(shù)定點通信技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)趨于成熟，需要進一步解決波束自適應(yīng)跟蹤和捷變控制問題。

北京郵電大學教授姚遠

北京郵電大學教授姚遠表示，毫米波和太赫茲在軍事和明用方面有著廣泛的用途，但是相應(yīng)的在天線測量方面挑戰(zhàn)重重。為此，北京郵件大學自主設(shè)計和搭建的一套可工作在毫米波太赫茲頻段下的緊縮場天線測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)可以獲得實時的系統(tǒng)位置參數(shù)，通過一系列穩(wěn)向、同步與校準技術(shù)，保證測試結(jié)果的真實性和準確性。為5G毫米波甚至是6G的天線測量需求進行了技術(shù)儲備。

北京航空航天大學教授王正鵬

北京航空航天大學教授王正鵬表示，5G甚至是未來的B5G和6G對射頻和天線提出全新的需求，也就對射頻和天線測量提出了全新的挑戰(zhàn)。近年來，為了滿足測量需求，國內(nèi)外各大廠商出現(xiàn)了多種基站天線相關(guān)OTA測量系統(tǒng)，各家形式不同，分別基于不同的空口測量技術(shù)。王正鵬介紹，國外廠商產(chǎn)品多成完整系列和完整系統(tǒng)，而國內(nèi)產(chǎn)品以單品為主，影響力較低。為此，北京航空航天大學在空口測量領(lǐng)域進行深入研究，研制適用于Sub6G研發(fā)階段平面波模擬器，研制適用于基站產(chǎn)線的平面波模擬器以及研究基于球形探頭墻的信道仿真環(huán)境，并取得顯著成績。

5G已來，熱面向未來的B5G以及6G的天線與射頻技術(shù)，在本次論壇上，各位專家學者分別給出了相應(yīng)的研究成果以及思考，在提出前沿基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵共性技術(shù)的同時，也是在為未來的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用鋪路。

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