5G毫米波的需求或将进一步大规模的提升

为进一步推动5G毫米波的发展，10月12日，由GSMA主办，信通传媒·通信世界全媒体承办，高通作为技术合作伙伴的以“释放5G全部潜能”为主题的“5G毫米波产业高峰论坛”在北京丽晶酒店隆重召开。东南大学信息科学与工程学院教授/博导、电磁场与微波工程系主任陈继新应邀出席大会并以“5G毫米波芯片与技术演进”为题发表了精彩的演讲。陈继新指出：“毫米波多通道芯片是5G、B5G/6G移动通信的核心器件，毫米波芯片随着移动通信的进化而演进。”

毫米波与太赫兹频段正成为关注的焦点

5G正式商用即将迎来一周年，同时5G下一个阶段的关键技术也开始引起人们的关注。毫米波频段作为5G部署的频段之一，由于其高带宽、低时延以及多方面优势，将成为释放5G潜能的重要抓手。

陈继新表示：“随着移动通信的发展进程，现在可把目光和焦点逐渐往更高的频段去瞄准。”从整体的电磁波频谱拓展开来看，在大的应用背景下，目前人类开发利用的频段仅是冰山一角，但毫米波和太赫兹频段处于电子学向光子学的过渡频段，频谱资源极其丰富，且在信息、生活、国防、航天等领域具有较高的学术和工程研究价值。GSMA预测，毫米波作为高速接入工业自动化、医疗健康、智能交通、虚拟现实等方面的核心使能技术，将在2035年之前对全球GDP作出6560亿美元的贡献，占5G总贡献的25%。

但在5G演进过程中，5G对毫米波和太赫兹也提出了相应的需求。如在移动宽带方面，5G毫米波单站速率从现有的20Gbps，提高到Tbps，在时延和连接密度方面，5G毫米波的需求都会需要进一步大规模的提升。此外，各类毫米波应用阵列化发展的趋势对于多通道芯片的迫切需求。

陈继新指出，现阶段采用的混合式大规模MIMO架构，是一种折中的混合型架构，全数字架构在性能上会达到最优，但是考虑到当前器件实现的难度，特别是接收端多通道高速率的ADC和基带处理器件的限制，全数字架构中的移相衰减单元放到了射频通道。与此同时，当前5G毫米波芯片以射频性能优化的硅基工艺为重点。

面向下一代通信的非对称大规模 MIMO 架构

“我们在洪伟教授的带领下和产业界的帮助下，除实现了达到国际水平的5G毫米波多通道波束成型芯片与上下变频芯片，同时也将目光瞄准了下一代移动通信架构。”陈继新介绍道，毫米波全数字大规模MIMO系统将是B5G乃至6G系统的最佳选择。为有效降低毫米波全数字多波束阵列的复杂度、成本、可实现性，实验室提出了非对称毫米波大规模MIMO系统的概念。

陈继新表示，非对称大规模 MIMO 波束具有以下特点：

一是，发射和接收阵列波束不对称。非对称大规模 MIMO 波束采用全口径，实现发射阵列高增益窄波束和接收阵列低增益宽波束，保持链路增益一致或更高。

二是，波束扫描范围大。由于非对称系统采用全数字多波束阵列架构，其波束扫描范围与对称全数字多波束系统一致，具有完全收敛性。

三是，DOA计算难度降低。在基站侧，接收通道规模大幅度降低，例如，通道数从64减少为16。这将大幅降低硬件成本，尤其是针对宽带信号的高精度ADC芯片和射频通道，同时，这会大幅降低基带信号的处理量和处理算法的实现难度。

四是，系统容量高。非对称大规模MIMO阵列系统的波束数量可以支持更多的数据流，增加系统容量。

但是，毫米波非对称大规模MIMO系统带来优势的同时，也将迎来相应关键技术的挑战。如由于采用了非对称的发射和接收阵列，导致上下行信道非互易，对此，与会期间，陈继新也分享了可能的芯片解决方案。

毫米波芯片的架构随着系统架构的改变需作出相应的改变。陈继新表示：“如何应对这些新系统的挑战，设计合理的架构，包括对应的芯片的实现，是我们东南大学毫米波国家重点实验室当前面临的非常关键的任务。此外，我们学校也非常希望更多的参与到毫米波产业化的进程，为我们国家5G毫米波的建设贡献一份力量。”
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