自主产业链已然成熟 毫米波迎来商用元年

近日，学会副理事长、FuTURE论坛毫米波工作组主席、东南大学首席教授、IEEE Fellow洪伟发布了《6G毫米波非对称大规模阵列架构白皮书》，得到了行业广泛关注。

洪伟在接受采访时表示，频谱是移动通信产业发展的宝贵资源，毫米波拥有丰富的频谱资源，可以支持更高速率、更大容量、更低时延，在XR/VR、工业互联网、通感一体、智慧家庭等诸多场景中拥有广泛的应用前景。目前，我国毫米波产业在频谱、标准、关键核心技术、产业链等方面都已经成熟，迎来了商用元年。

面向6G时代：毫米波技术愈发重要

洪伟指出，毫米波与太赫兹是无线通信、雷达、制导、遥感、智慧交通、射电天文等领域的共性使能技术。在移动通信的演进历史中，5G第一次将毫米波列为关键技术之一，目前已开始商用。

面向6G时代100Gbps+的超高速率需求，技术演进将呈现双轨突破：在频谱维度将向中频段、毫米波甚至太赫兹频段拓展，突破传统6GHz以下的频谱资源瓶颈；在空域维度将采用大规模甚至超大规模阵列，同时生成几十个甚至数百个波束实现超大规模空间复用。

此外，毫米波与太赫兹相较于低频段，有更高的感知精度。于是，为适应未来6G通信与感知的需求，毫米波与太赫兹技术将扮演越来越重要的角色。

毫米波产业链已趋于成熟 支持大规模商用

洪伟表示，毫米波技术之前主要应用于国防军工和射电天文等领域，近十几年来在民用领域得到了广泛的研究和应用。

在频谱方面，今年年初，工业和信息化部批复同意相关基础电信企业使用26GHz频段5G毫米波试验频率，支持其围绕8K转播、通感一体、高中低频段协同组网等开展技术验证，这也是工信部首次批复26GHz频段试验频率，这为产业发展奠定了基础。

在核心关键技术方面，洪伟认为，6G毫米波太赫兹研究中最重要限制在于核心芯片，目前国内已在该领域实现了突破，在与国内一线设备企业迭代开发过程中已经展现出国内产业联合的优势。

在产业链成熟度方面，成本一直是困扰毫米波规模应用的瓶颈。洪伟表示，得益于IC技术的快速迭代，毫米波相控阵芯片成本已经大幅下降，从最初的单通道几百元下降到单通道不足一美元，完全可以支持大规模商用。尤其值得一提的是，毫米波波束成形芯片等已经实现国产化替代。

毫米波持续演进：希望在6G标准中占据一席之地

洪伟指出，目前，5G毫米波基站有源天线单元（AAU）采用的是相控子阵与数字域波束成形相结合的混合波束成形大规模MIMO阵列架构，其每个二维毫米波相控子阵连接一路上下变频器和ADC/DAC，然后在数字域再进行一次波束成形，这将导致波束调控自由度受限。因此实际部署中常常会舍弃数字域波束成形环节，以保持每个子阵波束的独立调控能力，这样做又会导致每个波束仅能获得子阵增益，无法获得阵列全口径增益，结果是系统能效降低。

全数字波束成形阵列具备支撑数十至数百个并发数据流的能力，这将带来系统容量的数量级提升。从性能上讲，该架构是所有波束成形阵列中最佳的阵列架构，但其面临的瓶颈同样明显：大量高速ADC、海量数据的实时处理导致系统复杂度、成本和功耗偏高。

为了克服上述瓶颈问题，东南大学于2018年提出了一种新的阵列架构，即："非对称全数字大规模波束成形阵列架构"，在逼近对称全数字波束成形阵列架构极致性能的同时，大幅度降低系统复杂度和成本，是一种次优的大规模波束成形阵列架构，"新架构可实现性能、复杂度、功耗和成本之间的良好平衡，希望能成为支撑实现6G通信愿景的核心使能技术"。

今年被认为是5G毫米波商用元年，我国首次实现了毫米波在大型赛事的规模应用，让这一技术概念走入大众视野。与此同时，作为新一代通信技术，6G对性能、功耗、成本的优化备受关注，面向6G的毫米波已开始研究。《6G毫米波非对称大规模阵列架构白皮书》提出，非对称全数字大规模波束成形架构是支撑6G高速率愿景的核心路径之一，也将成为6G核心候选技术之一。

洪伟介绍，面向无线通信的非对称毫米波太赫兹大规模阵列架构，其核心设计理念在于基站侧采用大规模发射阵列与小规模接收阵列，终端侧保持对称或非对称配置。相较于传统对称架构，非对称设计可在性能与功耗、成本间实现平衡。

室内外试验验证表明，非对称架构在传输速率、每比特能耗等方面都有更好表现，在高清通信、工业互联网等场景具有商用潜力，可为未来超高速无线通信提供技术储备。

另外，毫米波太赫兹频段作为6G的重要拓展方向，其芯片与传输技术取得显著突破。“近年来，国内外在毫米波太赫兹技术领域取得了丰富的研究成果，基本形成了从芯片到系统的完整可实施技术体系。”洪伟说，鉴于毫米波与太赫兹的海量频谱资源以及芯片和系统新架构等方面的研究进展，其在6G中的重要性也会越来越受到关注。

谈及未来应用场景，洪伟表示，毫米波太赫兹大规模阵列架构的先期研究已得到众多企业的参与和广泛关注，后期会将该架构作为物理层的核心架构之一，积极向国内外6G标准化组织提交标准化建议。