一场更加紧迫的渐进式革命

庄昆杰（左一）在向易芝玲和倪光南介绍射频模片技术（RFOC）取得的重大进展。

    当前，随着我国4G网络的规模部署和即将大规模商用，5G的研究已经逐渐进入行业的视野，有关5G的研讨已经全面展开。特别是今年5月28日在北京召开的“IMT-2020（5G）愿景展望”峰会正式明确我国5G研究的目标之后，业界对于5G的热情更是空前高涨。9月12日，当接到通知去参加一个未来移动通信技术的重要研讨会后记者欣然前往。路上，当得知此行的目的地不是贝尔实验室，不是斯德哥尔摩，不是上海、深圳，而是历史文化名城福建泉州时，记者不由得心生纳闷，到底是什么技术能吸引中国移动研究院无线技术首席科学家易芝玲博士团队、中国工程院院士倪光南、清华大学宽带通信重点实验室主任王昭诚教授等国内顶级专家悉数到场？在泉州一家风景秀丽的产业园里，答案慢慢浮出了水面。

    “未来移动通信的射频技术研发方向应该遵循‘小、大、超、高、有’五字原则！”光微电子公司首席科学家庄昆杰的一句话，拉开了“中国移动研究院与光微电子公司联合研发创新技术交流会”的帷幕。他表示，这五个字具体来说，就是小型化、大规模、超宽带、高隔离、有源化。用于大规模天线系统的小型化有源天线模组及用于全双工系统的高隔离度天线设计是中国移动研究院的研究重点，而光微电子立足于自主创新的微波射频领域前沿技术研发，与面向无线通信市场领域的微波射频产品开发与规模化制造，在射频天线小型化及高隔离度方面有深厚积累。双方在5G关键技术研究的目标上互相补充，在技术领域既有交叉又能形成互补。

    易芝玲认为，虽说5G研究是一个远期目标，但是绝对不是看得见摸不着的海市蜃楼。从2G开始，各代移动通信系统技术之间并不是如刀切豆腐般完全隔离的，而是有着千丝万缕的联系，甚至可以用前沿技术成果“反哺”现役网络。我们如今研究探讨的很多关键技术如面向超大规模天线阵列的射频天线一体化单元，可以马上在现有的3G网络与即将大规模建设的4G网络中应用，改变现有网络的物理部署形式，使得布网成本、信号覆盖性能指标产生极大的飞跃，而接下来如果同频同时全双工通信取得突破的话，将在移动通信领域产生一场新的革命。这样就使得5G研究有了更加紧迫的现实意义。

    超大规模天线

    不知不觉将超高速率带到身边

    众所周知，多天线MIMO系统是4G标准的核心技术，也是通信系统不断提高频谱效率的基础。未来业务的发展对下一代通信系统IMT-2020（5G）提出了更高的性能需求，易芝玲倡议5G技术研发必须做到能耗效率与频谱效率并重。理论研究表明，基站端使用超大规模的天线单元能同时提升以上两个指标。

    庄昆杰介绍说，光微研发的小型化、宽频化、高效率天线技术，采用了微带线激励微槽辐射器并在轻薄空间内形成多个不同频率的驻波型空间电磁场，通过圆形薄片调节器，从而高效率形成所需要的电磁波，向空间传播辐射。与传统的分米波段半波振子天线主流技术相比较，具有小型化、轻薄紧凑、受风面积小、重量轻、便于安装等优点。以此为基础，完全可以构建超大规模阵列天线，可以将现有的系统吞吐速率至少有数量级的提升，目前128个单元的天线已经可以做到30×120cm，未来更将能实现20×80cm尺寸目标。

    易芝玲表示，随着移动通信用户对于速率的要求越来越高，未来天线既要满足高速率又要尽可能绿色隐形化，比如天线可以做成建筑物上瓷砖的形状，神不知鬼不觉地实现高效信号覆盖。比如厦门环岛路上著名的“一国两制统一中国”标语牌，完全就可以设计成超大规模阵列天线，特别是其中的那个“中”字结构简单又对称，是大规模天线阵的上佳之选。 

    此次移动研究院与光微电子重点探讨了超大规模天线系统在阵列天线设计方面的核心技术难题。本项目的研究初始以D频段（2570~2620MHz）实现128天线阵列为目标，长远目标为在下一代系统的可选频段实现1024天线阵列。易芝玲表示，一切顺利的话，在年底前将做出满足要求的128天线阵列样机。

    射频天线一体化单元

    可颠覆蜂窝概念

    如今，小基站被认为是未来网络实现高容量热点部署的核心解决方案。小型化、一体化、高能效的小基站设计是4G低成本大规模部署的必要条件。面向小基站应用的射频一体化单元将帮助小基站无处不在。

    易芝玲强调，诞生于1947年的蜂窝概念，贯穿了移动通信网络的1G到4G时代，其理念是以每个基站为核心，所有的信令、资源配置和覆盖规划都是基站化的。今天，为了适应流量的不均匀分配现状，无论是采用异构网还是采用多点协作技术，事实上都是在打破蜂窝的边界，为蜂窝之间贴上“胶布”。而射频一体化单元就像一张张“胶布”，有了这些可以设计成吸顶灯、字典、笔筒盒等大小的各种各样的射频一体化单元，在各个流量热点地区随意叠加覆盖，未来移动信号的深度覆盖问题将迎刃而解。

    庄昆杰说，为了让小基站变得更小、更加灵活，光微电子力争在10月份研制出最小体积的射频前端技术，包括高隔离度收发天线，具有交叉耦合功能的空腔介质滤波器和具有AGC、ALC功能的接收发射模片。同时，作为一种独立的产品形态，在宏基站的深度覆盖（转发器）、无线中继器和集成式微放器三种应用场景中进行现场实验研究。

    本次移动研究院和光微电子初期将以E/D频段（E: 2320~2370MHz室内；D：2570~2620MHz室外）为基础开始实验，后期将基于下一代系统的可选频段开始实验。

    同频同时全双工

    酝酿着一场新的革命

    凡是对移动通信基础技术有了解的人都明白，如果实现了同频同时全双工，那么之前多年来的频分、时分的纠结将不复存在。的确，全双工通信是最直接提高系统频谱效率的方法。为满足全双工通信，需要在天线、射频、基带处理各个环节进行自干扰消除。

    IMT-2020（5G）推进技术组副组长、中国移动研究院主任研究员潘振岗博士介绍说，未来移动通信技术要充分利用频谱资源，这就要求在同频同时全双工（CCFD）等关键技术上取得突破。移动研究院致力于同频同时全双工技术系统研究和网络应用研究，包括同频同时全双工的干扰消除技术、组网关键技术、帧结构设计以及全双工系统的信令流程；其中，干扰消除技术中光微的天线射频消除技术可与移动研究院相互补充。本项目目标高隔离度的天线设计实现自干扰消除。初期以F/A频段（1880MHz~1920MHz， 2010MHz~2025MHz），后期将基于下一代系统的可选频段。目前由光微实现的收发两个天线振子间隔2.5厘米距离实现的同频同时全双工实验，测试出来的天线隔离度达到60dB。如果下一步系统能稳定在63dB之上，就可以进行实验样机搭建。本项目的成果——高隔离度天线对，也可以被用来设计完全独立于空口协议的中继系统，实现低成本、高性能的室内信号分布系统。

    *        *        *

    尽管此次双方研讨的一些技术还略显浅显，但是透过与会专家讨论的观点不难看出我国5G研究已经迈出坚实的一步，下一代移动通信技术正在取得实质性的突破，移动通信领域一场新的革命正在悄悄展开。