文丨腦極體
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，其已經走過了120多個年頭，在社會生活、航空航天、軍事等領域發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絡的生活會是什麼樣子。
在移動通信網絡中，整個系統最前端關鍵的部分——天線，也從未停下更新的腳步。天線承載着通信系統收發信号的重要作用，所有通信資料都需要通過天線來進行傳輸，是以天線性能的好壞直接影響着整個無線通信系統的性能。天線的發展也從最初的全向天線、單頻單通道，到現在的多頻多通道、大規模天線技術等。
随着資訊化、數字化、大資料的不斷進展，天線技術的發展也有了更高的要求，通信系統不斷向更高的頻段，更大的帶寬進行發展。為了應對逐漸複雜的場景變化，比如樓宇内信号差情形，廣域的高通信品質需求等，大規模天線技術的需求不斷疊加。很多讀者可能不太了解大規模天線技術是什麼，它給産業帶來了什麼價值，和5g又有什麼關系，以及未來會有什麼趨勢變化。我們今天就就着這些話題一起探讨一下。
在讨論大規模天線技術以及帶給産業的價值前，先來簡單介紹下大規模天線技術（massive mimo）的含義。在基站中采用大規模的天線陣列被稱為massive mimo，為了便于了解，我們從差別傳統裝置的角度來剖析，大規模天線技術主要有兩個關鍵的變化：
1.天線數列的變化。與傳統裝置的2天線、4天線、8天線相比，采用massive mimo技術的通道數可達32或者64，天線陣子數可做到192、512甚至更高，其增益大大超越傳統裝置。
2.信号覆寫的次元方面。從之前隻能水準方向的移動，轉變為水準方向和垂直空域的移動，信号的輻射呈電磁波束。
massive mimo這個技術的功能主要是用來提升網絡覆寫、使用者體驗、系統容量的作用，目前該技術在無線通信領域已經得到了廣泛的應用，比如4g時代人們日常生活中主要用的通信網絡和wi-fi熱點。從理論上來看天線的數量對通信系統的頻率效率，傳輸速率，可靠性都有直接的影響。為了保證通信服務品質，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集中在規劃的範圍内，有效避免信号在不同區域之間的幹擾問題，降低通信的傳輸功率。從應用場景的角度來描述的話，大規模天線技術的價值主要包括：
1.在城區覆寫的場景中，比如在城市環境中的寫字樓，使用者在空間上立體分布，人員密集但是分布比較分散。傳統裝置因為牆體的損耗，網絡的覆寫相對比較差，大規模天線技術可以在這類場景中滿足高品質的資料傳輸需求，極大地提升了城市使用者的移動網絡體驗。
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、交通樞紐等使用者密度高的區域。這些地方幹擾多、地形複雜，人員流動分散，整體的傳輸資料量大，大規模天線技術可以為其提供高品質資料傳輸的服務，帶給使用者網上沖浪的快感。
3. 郊區覆寫與無線回傳的場景中，郊區覆寫主要解決偏遠地區的無線傳輸問題，無線回傳主要解決基站之間的資料傳輸問題，特别是宏站與small cell之間的資料傳輸問題。
大規模的天線技術應用提高了網絡覆寫能力和通信系統的能力，也可以幫助通信營運商充分利用現有的基站位址和頻譜資源，這為5g通信系統的開發和實作提供了巨大的資源便利，也深刻影響了基站天線行業的發展趨勢。
5g網絡建設正在如火如荼地進行中，我們可以看到5g的應用已經深入到萬千行業中，比如工業制造、醫療領域、礦産能源等，5g為行業帶來了效率和成本的改造，在這些産業不斷深入發展趨勢的背景下，也深刻影響了基站天線産業的發展。我們知道5g最大的核心特征是廣連接配接、低延遲時間、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峰值速率和小區邊緣覆寫性能。到了5g時代，随着部署頻段的更新，多天線技術的規模進一步擴大，massive mimo為使用者帶來了更好的立體網絡覆寫性能和效率體驗。比如在地鐵的場景中，華為與電信聯手的massive mimo技術引入有效解決了室内5g小區間的幹擾問題，使用者的網絡速率提升40%以上，這個場景的成果也可以複制到商超、餐飲店、體育場等場景中，為使用者和産業帶來多場景5g更新的千兆體驗。
5g時代，也需要把多天線的技術帶入到網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。在産業的實踐中，5gmassive mimo裝置的基站尺寸有新的革新，變得更加小巧，降低了5g網絡的更新部署成本并且帶來了相對4g十倍的體驗更新。
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、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，進而在某一個區域産生巨大的資料量。在這類的場景中無線環境比較複雜，人的流動比較大，通過更加密集化的網絡設施以及5g massive mimo部署方式，可以解決網絡容量集中且大的需求。
massive mimo在這些場景中的實踐應用，我們可以發現其不斷提升的産業競争力。在實際的落地應用中，不僅僅帶來了5g價值的更新，也為一些5gtob的業務探明了方向。而在未來massive mimo也會持續地更新疊代，不僅僅是天線規模的增加，也會向創新的天線陣列實作方式、創新的部署形式、創新的應用等發展。朝着超大規模天線進一步演進更新，提供更高的頻譜效率、能量效率以及更多的創新應用。
對于無線通信領域來說，未來主要的發展基調是向着帶寬和速率更快、更強的方向發展。massive mimo在這個發展的基調上，技術層面也會向着超大規模的方向邁進，同時在低碳環保的數字經濟發展的趨勢下，深入綠色環保、低碳節能的方向，具體而言包含以下三個方向：
1.不斷滿足後5g、6g時代新場景與新應用的需求。超大規模天線技術的提出是基于未來數字時代新場景與應用的需求，随着天線數量與晶片內建度的不斷提升，通過部署超大規模的天線陣列，應用新的材料與工具，通信的頻譜效率與網絡覆寫都可以得到極大的更新，向着更廣泛、更靈活、更高的精度與能耗效率等方向提升。舉例來說，massive mimo具備在三維空間内進行波束調整的能力，超大規模的天線技術還可以提供非地面覆寫的服務，比如無人機、客機、地軌衛星等的通信服務。從使用者的角度來看，分布式的超大規模天線也可以提供更高的空間分辨率，什麼意思呢？就是未來網絡的傳輸方式也有可能向着由網絡中心轉變為以使用者為中心的方式發展，精準地覆寫個體使用者網絡的需求。
2.智能化方向的演進。随着人工智能和機器學習的不斷進化和深入發展，整個通信網絡的進化也将向着支援自動配置、自動部署、自動優化等網絡智能化的方向演進。而潛在的一些新的應用場景将出現，集中式和分布式超大規模天線靈活部署，将進一步滿足資訊應用的需求，為新的應用提供更好的覆寫和連接配接性能。尤其是在應急通信場景中，超大規模天線在空地一體化場景的應用與衛星通信的結合業務中，為使用者提供無處不在的連結。
3.低碳綠色的發展。綠色massive mimo需要在站點、功率多方面進行突破式創新。massive mimo的技術需要向在更窄的業務信道演進，進而降低基站的發射功率，進而降低基站的能耗。而面向基站的建設成本，需要技術的疊代推動覆寫範圍的最大化，使其發射功率和覆寫範圍能夠達到最低功耗的配置。與此同時也需要確定營運商效益與使用者體驗的更新。這種多赢的局面需要産業和技術的不斷打磨更新，無線通信産業的價值進化任重道遠。
超大規模天線技術的發展，給未來的數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字世界，視訊會議、大型遊戲、視訊内容的下載下傳，甚至是元宇宙數字世界的遨遊都不再被密集的人群和高資料的網絡需求限制。
通信産業的終極形态到底是什麼樣子？超大規模天線技術的産業形态會長成什麼模樣？我們能夠預測窺探到的也隻是一小部分。從3g到4g時代的跨越将近用了6年的時間，現在正在由4g 向5g跨越中，這些年通信能力、網絡速率的不斷更新改造帶給我們數字生活極大地變化。從資訊内容的角度來看，從剛開始文字的盛行到圖檔再到視訊的極度發展，我們擷取資訊的效率和内容的呈現形式都發生了颠覆的改變。而未來在超大規模天線技術賦能的6g時代，數字世界将會如何變化，能寫出來的也隻是冰山一角，更大的産業潛能如何釋放，想象力實在是有限，空白的大腦隻剩下對未來的期待。