5G毫米波的需求或?qū)⑦M一步大規(guī)模的提升

為進一步推動5G毫米波的發(fā)展，10月12日，由GSMA主辦，信通傳媒·通信世界全媒體承辦，高通作為技術(shù)合作伙伴的以“釋放5G全部潛能”為主題的“5G毫米波產(chǎn)業(yè)高峰論壇”在北京麗晶酒店隆重召開。東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授/博導(dǎo)、電磁場與微波工程系主任陳繼新應(yīng)邀出席大會并以“5G毫米波芯片與技術(shù)演進”為題發(fā)表了精彩的演講。陳繼新指出：“毫米波多通道芯片是5G、B5G/6G移動通信的核心器件，毫米波芯片隨著移動通信的進化而演進。”

毫米波與太赫茲頻段正成為關(guān)注的焦點

5G正式商用即將迎來一周年，同時5G下一個階段的關(guān)鍵技術(shù)也開始引起人們的關(guān)注。毫米波頻段作為5G部署的頻段之一，由于其高帶寬、低時延以及多方面優(yōu)勢，將成為釋放5G潛能的重要抓手。

陳繼新表示：“隨著移動通信的發(fā)展進程，現(xiàn)在可把目光和焦點逐漸往更高的頻段去瞄準(zhǔn)?！睆恼w的電磁波頻譜拓展開來看，在大的應(yīng)用背景下，目前人類開發(fā)利用的頻段僅是冰山一角，但毫米波和太赫茲頻段處于電子學(xué)向光子學(xué)的過渡頻段，頻譜資源極其豐富，且在信息、生活、國防、航天等領(lǐng)域具有較高的學(xué)術(shù)和工程研究價值。GSMA預(yù)測，毫米波作為高速接入工業(yè)自動化、醫(yī)療健康、智能交通、虛擬現(xiàn)實等方面的核心使能技術(shù)，將在2035年之前對全球GDP作出6560億美元的貢獻，占5G總貢獻的25%。

但在5G演進過程中，5G對毫米波和太赫茲也提出了相應(yīng)的需求。如在移動寬帶方面，5G毫米波單站速率從現(xiàn)有的20Gbps，提高到Tbps，在時延和連接密度方面，5G毫米波的需求都會需要進一步大規(guī)模的提升。此外，各類毫米波應(yīng)用陣列化發(fā)展的趨勢對于多通道芯片的迫切需求。

陳繼新指出，現(xiàn)階段采用的混合式大規(guī)模MIMO架構(gòu)，是一種折中的混合型架構(gòu)，全數(shù)字架構(gòu)在性能上會達到最優(yōu)，但是考慮到當(dāng)前器件實現(xiàn)的難度，特別是接收端多通道高速率的ADC和基帶處理器件的限制，全數(shù)字架構(gòu)中的移相衰減單元放到了射頻通道。與此同時，當(dāng)前5G毫米波芯片以射頻性能優(yōu)化的硅基工藝為重點。

面向下一代通信的非對稱大規(guī)模 MIMO 架構(gòu)

“我們在洪偉教授的帶領(lǐng)下和產(chǎn)業(yè)界的幫助下，除實現(xiàn)了達到國際水平的5G毫米波多通道波束成型芯片與上下變頻芯片，同時也將目光瞄準(zhǔn)了下一代移動通信架構(gòu)。”陳繼新介紹道，毫米波全數(shù)字大規(guī)模MIMO系統(tǒng)將是B5G乃至6G系統(tǒng)的最佳選擇。為有效降低毫米波全數(shù)字多波束陣列的復(fù)雜度、成本、可實現(xiàn)性，實驗室提出了非對稱毫米波大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的概念。

陳繼新表示，非對稱大規(guī)模 MIMO 波束具有以下特點：

一是，發(fā)射和接收陣列波束不對稱。非對稱大規(guī)模 MIMO 波束采用全口徑，實現(xiàn)發(fā)射陣列高增益窄波束和接收陣列低增益寬波束，保持鏈路增益一致或更高。

二是，波束掃描范圍大。由于非對稱系統(tǒng)采用全數(shù)字多波束陣列架構(gòu)，其波束掃描范圍與對稱全數(shù)字多波束系統(tǒng)一致，具有完全收斂性。

三是，DOA計算難度降低。在基站側(cè)，接收通道規(guī)模大幅度降低，例如，通道數(shù)從64減少為16。這將大幅降低硬件成本，尤其是針對寬帶信號的高精度ADC芯片和射頻通道，同時，這會大幅降低基帶信號的處理量和處理算法的實現(xiàn)難度。

四是，系統(tǒng)容量高。非對稱大規(guī)模MIMO陣列系統(tǒng)的波束數(shù)量可以支持更多的數(shù)據(jù)流，增加系統(tǒng)容量。

但是，毫米波非對稱大規(guī)模MIMO系統(tǒng)帶來優(yōu)勢的同時，也將迎來相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)。如由于采用了非對稱的發(fā)射和接收陣列，導(dǎo)致上下行信道非互易，對此，與會期間，陳繼新也分享了可能的芯片解決方案。

毫米波芯片的架構(gòu)隨著系統(tǒng)架構(gòu)的改變需作出相應(yīng)的改變。陳繼新表示：“如何應(yīng)對這些新系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，設(shè)計合理的架構(gòu)，包括對應(yīng)的芯片的實現(xiàn)，是我們東南大學(xué)毫米波國家重點實驗室當(dāng)前面臨的非常關(guān)鍵的任務(wù)。此外，我們學(xué)校也非常希望更多的參與到毫米波產(chǎn)業(yè)化的進程，為我們國家5G毫米波的建設(shè)貢獻一份力量。”
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