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[導讀]本文來源：腦極體本文作者：燕良回看無線電通信技術，從1895年意大利科學家馬可尼向大洋彼岸拍出第一封無線電報以來，其已經(jīng)走過了120多個年頭，在社會生活、航空航天、軍事等領域發(fā)揮了無可替代的作用。而與普通人貼近的移動通信，則給我們的生活與工作帶來了極大的便利，如今的人類完全無法想...

回看無線電通信技術，從1895年意大利科學家馬可尼向大洋彼岸拍出第一封無線電報以來，其已經(jīng)走過了120多個年頭，在社會生活、航空航天、軍事等領域發(fā)揮了無可替代的作用。而與普通人貼近的移動通信，則給我們的生活與工作帶來了極大的便利，如今的人類完全無法想象沒有網(wǎng)絡的生活會是什么樣子。

在移動通信網(wǎng)絡中，整個系統(tǒng)最前端關鍵的部分——天線，也從未停下升級的腳步。天線承載著通信系統(tǒng)收發(fā)信號的重要作用，所有通信數(shù)據(jù)都需要通過天線來進行傳輸，因此天線性能的好壞直接影響著整個無線通信系統(tǒng)的性能。天線的發(fā)展也從最初的全向天線、單頻單通道，到現(xiàn)在的多頻多通道、大規(guī)模天線技術等。

隨著信息化、數(shù)字化、大數(shù)據(jù)的不斷進展，天線技術的發(fā)展也有了更高的要求，通信系統(tǒng)不斷向更高的頻段，更大的帶寬進行發(fā)展。為了應對逐漸復雜的場景變化，比如樓宇內信號差情形，廣域的高通信質量需求等，大規(guī)模天線技術的需求不斷疊加。很多讀者可能不太了解大規(guī)模天線技術是什么，它給產業(yè)帶來了什么價值，和5G又有什么關系，以及未來會有什么趨勢變化。我們今天就就著這些話題一起探討一下。

Massive MIMO技術價值幾何？

在討論大規(guī)模天線技術以及帶給產業(yè)的價值前，先來簡單介紹下大規(guī)模天線技術（Massive MIMO）的含義。在基站中采用大規(guī)模的天線陣列被稱為Massive MIMO，為了便于理解，我們從區(qū)別傳統(tǒng)設備的角度來剖析，大規(guī)模天線技術主要有兩個關鍵的變化：

1.天線數(shù)列的變化。與傳統(tǒng)設備的2天線、4天線、8天線相比，采用Massive MIMO技術的通道數(shù)可達32或者64，天線陣子數(shù)可做到192、512甚至更高，其增益大大超越傳統(tǒng)設備。2.信號覆蓋的維度方面。從之前只能水平方向的移動，轉變?yōu)樗椒较蚝痛怪笨沼虻囊苿?，信號的輻射呈電磁波束?/span>

Massive MIMO這個技術的功能主要是用來提升網(wǎng)絡覆蓋、用戶體驗、系統(tǒng)容量的作用，目前該技術在無線通信領域已經(jīng)得到了廣泛的應用，比如4G時代人們日常生活中主要用的通信網(wǎng)絡和Wi-Fi熱點。從理論上來看天線的數(shù)量對通信系統(tǒng)的頻率效率，傳輸速率，可靠性都有直接的影響。為了保證通信服務質量，通信基站會配備了大量的天線，用于提高通信頻譜的效率。而采用Massive MIMO技術可以使通信波數(shù)集中在規(guī)劃的范圍內，有效避免信號在不同區(qū)域之間的干擾問題，降低通信的傳輸功率。從應用場景的角度來描述的話，大規(guī)模天線技術的價值主要包括：

1.在城區(qū)覆蓋的場景中，比如在城市環(huán)境中的寫字樓，用戶在空間上立體分布，人員密集但是分布比較分散。傳統(tǒng)設備因為墻體的損耗，網(wǎng)絡的覆蓋相對比較差，大規(guī)模天線技術可以在這類場景中滿足高質量的數(shù)據(jù)傳輸需求，極大地提升了城市用戶的移動網(wǎng)絡體驗。

2. 局部熱點方面，主要針對的是大型賽事、演唱會、商場、露天集會、交通樞紐等用戶密度高的區(qū)域。這些地方干擾多、地形復雜，人員流動分散，整體的傳輸數(shù)據(jù)量大，大規(guī)模天線技術可以為其提供高質量數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?，帶給用戶網(wǎng)上沖浪的快感。

3. 郊區(qū)覆蓋與無線回傳的場景中，郊區(qū)覆蓋主要解決偏遠地區(qū)的無線傳輸問題，無線回傳主要解決基站之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，特別是宏站與Small Cell之間的數(shù)據(jù)傳輸問題。

大規(guī)模的天線技術應用提高了網(wǎng)絡覆蓋能力和通信系統(tǒng)的能力，也可以幫助通信運營商充分利用現(xiàn)有的基站地址和頻譜資源，這為5G通信系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)提供了巨大的資源便利，也深刻影響了基站天線行業(yè)的發(fā)展趨勢。

5G帶來逐漸提升的競爭力

5G網(wǎng)絡建設正在如火如荼地進行中，我們可以看到5G的應用已經(jīng)深入到萬千行業(yè)中，比如工業(yè)制造、醫(yī)療領域、礦產能源等，5G為行業(yè)帶來了效率和成本的改造，在這些產業(yè)不斷深入發(fā)展趨勢的背景下，也深刻影響了基站天線產業(yè)的發(fā)展。

我們知道5G最大的核心特征是廣連接、低時延、大帶寬，而大帶寬的能力與Massive MIMO的多通道能力完美地契合成為5G特性的放大器。

我們知道在4G時代多天線技術就被引入，最大的改變就是提高了小區(qū)峰值速率和小區(qū)邊緣覆蓋性能。到了5G時代，隨著部署頻段的升級，多天線技術的規(guī)模進一步擴大，Massive MIMO為用戶帶來了更好的立體網(wǎng)絡覆蓋性能和效率體驗。比如在地鐵的場景中，華為與電信聯(lián)手的Massive MIMO技術引入有效解決了室內5G小區(qū)間的干擾問題，用戶的網(wǎng)絡速率提升40%以上，這個場景的成果也可以復制到商超、餐飲店、體育場等場景中，為用戶和產業(yè)帶來多場景5G升級的千兆體驗。

5G時代，也需要把多天線的技術帶入到網(wǎng)絡通信的各個頻段中，在這些各類頻段中去釋放大帶寬的能力與體驗。在產業(yè)的實踐中，5GMassive MIMO設備的基站尺寸有新的革新，變得更加小巧，降低了5G網(wǎng)絡的更新部署成本并且?guī)砹讼鄬?G十倍的體驗升級。

在室外場景中，我們知道城市化的建設中，有很多人流密集的地方，比如景區(qū)、交通樞紐等，這類地方的特點是在一些時間點會有成百上千的人同時駐留集中，從而在某一個區(qū)域產生巨大的數(shù)據(jù)量。在這類的場景中無線環(huán)境比較復雜，人的流動比較大，通過更加密集化的網(wǎng)絡設施以及5G Massive MIMO部署方式，可以解決網(wǎng)絡容量集中且大的需求。

Massive MIMO在這些場景中的實踐應用，我們可以發(fā)現(xiàn)其不斷提升的產業(yè)競爭力。在實際的落地應用中，不僅僅帶來了5G價值的升級，也為一些5GtoB的業(yè)務探明了方向。而在未來Massive MIMO也會持續(xù)地升級迭代，不僅僅是天線規(guī)模的增加，也會向創(chuàng)新的天線陣列實現(xiàn)方式、創(chuàng)新的部署形式、創(chuàng)新的應用等發(fā)展。朝著超大規(guī)模天線進一步演進升級，提供更高的頻譜效率、能量效率以及更多的創(chuàng)新應用。

深入未來的數(shù)智空間

對于無線通信領域來說，未來主要的發(fā)展基調是向著帶寬和速率更快、更強的方向發(fā)展。Massive MIMO在這個發(fā)展的基調上，技術層面也會向著超大規(guī)模的方向邁進，同時在低碳環(huán)保的數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的趨勢下，深入綠色環(huán)保、低碳節(jié)能的方向，具體而言包含以下三個方向：

1.不斷滿足后5G、6G時代新場景與新應用的需求。

超大規(guī)模天線技術的提出是基于未來數(shù)字時代新場景與應用的需求，隨著天線數(shù)量與芯片集成度的不斷提升，通過部署超大規(guī)模的天線陣列，應用新的材料與工具，通信的頻譜效率與網(wǎng)絡覆蓋都可以得到極大的升級，向著更廣泛、更靈活、更高的精度與能耗效率等方向提升。舉例來說，Massive MIMO具備在三維空間內進行波束調整的能力，超大規(guī)模的天線技術還可以提供非地面覆蓋的服務，比如無人機、客機、地軌衛(wèi)星等的通信服務。從用戶的角度來看，分布式的超大規(guī)模天線也可以提供更高的空間分辨率，什么意思呢？就是未來網(wǎng)絡的傳輸方式也有可能向著由網(wǎng)絡中心轉變?yōu)橐杂脩魹橹行牡姆绞桨l(fā)展，精準地覆蓋個體用戶網(wǎng)絡的需求。

2.智能化方向的演進。

隨著人工智能和機器學習的不斷進化和深入發(fā)展，整個通信網(wǎng)絡的進化也將向著支持自動配置、自動部署、自動優(yōu)化等網(wǎng)絡智能化的方向演進。而潛在的一些新的應用場景將出現(xiàn)，集中式和分布式超大規(guī)模天線靈活部署，將進一步滿足信息應用的需求，為新的應用提供更好的覆蓋和連接性能。尤其是在應急通信場景中，超大規(guī)模天線在空地一體化場景的應用與衛(wèi)星通信的結合業(yè)務中，為用戶提供無處不在的鏈接。

3.低碳綠色的發(fā)展。

綠色Massive MIMO需要在站點、功率多方面進行突破式創(chuàng)新。Massive MIMO的技術需要向在更窄的業(yè)務信道演進，從而降低基站的發(fā)射功率，進而降低基站的能耗。而面向基站的建設成本，需要技術的迭代推動覆蓋范圍的最大化，使其發(fā)射功率和覆蓋范圍能夠達到最低功耗的配置。與此同時也需要確保運營商效益與用戶體驗的升級。這種多贏的局面需要產業(yè)和技術的不斷打磨升級，無線通信產業(yè)的價值進化任重道遠。

超大規(guī)模天線技術的發(fā)展，給未來的數(shù)字世界帶來很多的想象空間，可能在未來，我們在城市空間的任何角落中都能流暢無阻礙進入數(shù)字世界，視頻會議、大型游戲、視頻內容的下載，甚至是元宇宙數(shù)字世界的遨游都不再被密集的人群和高數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡需求限制。

通信產業(yè)的終極形態(tài)到底是什么樣子？超大規(guī)模天線技術的產業(yè)形態(tài)會長成什么模樣？我們能夠預測窺探到的也只是一小部分。

從3G到4G時代的跨越將近用了6年的時間，現(xiàn)在正在由4G 向5G跨越中，這些年通信能力、網(wǎng)絡速率的不斷升級改造帶給我們數(shù)字生活極大地變化。

從資訊內容的角度來看，從剛開始文字的盛行到圖片再到視頻的極度發(fā)展，我們獲取信息的效率和內容的呈現(xiàn)形式都發(fā)生了顛覆的改變。而未來在超大規(guī)模天線技術賦能的6G時代，數(shù)字世界將會如何變化，能寫出來的也只是冰山一角，更大的產業(yè)潛能如何釋放，想象力實在是有限，空白的大腦只剩下對未來的期待。

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