破解深度覆盖之“痛”：ELAA是什么？

5G网络的建设，从一开始就必须兼顾容量和覆盖。

作为移动通信网络中最前端的关键部分，天线承载着通信系统收发信号的重要作用，其性能好坏直接影响了无线通信系统的通信能力，当前，5G正在进入高速发展期，即将到来的5G-A时代也让用户对网络的广度和深度均提出了更高的诉求，新的技术周期下，大规模天线阵列技术（Massive MIMO）的创新正迎来新一轮创新发展，过去两年，超大规模阵列天线（Extremely Large Aperture Array，ELAA）成为了公认的5G技术演进方向。

那么，究竟什么是ELAA？其核心技术与目标场景又有哪些？

网络覆盖背后：容量和覆盖的平衡

5G网络的建设，从一开始就必须兼顾容量和覆盖。随着通信系统不断向更高的频段，更大的带宽进行发展，天线尺寸进一步缩小，天线数量进一步增加，天线的发展也从最初的全向天线、单频单通道，走向现在的Massive MIMO。

谈及大规模天线之前首先需要了解波束成形技术。传统通信方式是基站与手机间单天线到单天线的电磁波传播，而在波束成形技术中，基站端拥有多根天线，可以自动调节各个天线发射信号的相位，使其在手机接收点形成电磁波的叠加，从而达到提高接收信号强度的目的。

从基站方面看，这种利用数字信号处理产生的叠加效果就如同完成了基站端虚拟天线方向图的构造，因此称为"波束成形"。通过这一技术，发射能量可以汇集到用户所在位置，而不向其他方向扩散，并且基站可以通过监测用户的信号，对其进行实时跟踪，使最佳发射方向跟随用户的移动，保证在任何时候手机接收点的电磁波信号都处于叠加状态。

大规模天线阵列正是基于多用户波束成形的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且几十倍地提升网络容量。

因此可知，天线的数量对通信系统的频率效率，传输速率，可靠性都有直接的影响，为了保证通信服务质量，通信基站大多都会配备大量的天线，用于提高通信频谱的效率，与传统设备的2天线、4天线、8天线相比，采用Massive MIMO技术的通道数可达32或者64，天线阵子数可做到192、512甚至更高，首先在增益大大超越传统设备。

与此同时，在信号覆盖维度上，传统通信方式是基站与手机间单天线到单天线的电磁波传播，Massive MIMO系统可以控制每一个天线单元发射或接收，信号的相位和信号幅度，通过对多个天线单元进行调节，产生具有指向性的波束，有效避免信号在不同区域之间的干扰问题，同时陷入衰落的概率便大大减小，这也大幅降低了通信系统的运维难度。

总的来看，5G商用至今，TDD中频大带宽+M-MIMO的建网理念已经在全球普遍实现，兑现了5G在高体验，高谱效，高能效方面的价值，然而，随着移动宽带业务的不断升级，尤其是视频业务的快速发展，给通信网络部署带来了极大挑战，面对高速发展的移动通信网络应用需求，持续提升无线网络空口吞吐量与网络覆盖能力，已成为移动网络通信无线技术发展的动力和目标，面对5G在峰值速率以及系统覆盖方面新需求变化的挑战，Massive MIMO是需要改进提升的关键技术之一，ELAA应运而生。

聚焦5G技术演进：ELAA打通深度覆盖之困

随着网络的发展，天线需要越来越多的端口支持不断增加的频段和通道，想要增加天线端口，最直接的方法就是增加天线阵列，但是体积、重量庞大的天线对铁塔风载、抱杆承重、安装都是“超重负担”，与此同时，随着超大规模 MIMO 系统的发展，单一天线面板的射频通道和天线阵子规格不断增加，然而在实际部署中，这些“负担”更会受到严格限制，传统演进思路受到限制，也正因此，ELAA成为设备商探索的新一轮重点。

从产品技术角度来看，超大孔径阵列是一种将大量天线单元分布式的部署在一片区域内，以实现超大规模MIMO系统的方法，也正因此具有诸多核心优势。

具体来看，相比传统5G天线单面128-256个振子数，超大规模阵列天线将这一数量直接增加到2000余个，振子数增加首先能提升其上行和下行覆盖，并且，ELAA的超大孔径导致服务用户可能处于阵列天线的近场传输范围，因此传统MIMO系统的平面波假设不再成立，对于近场用户需要考虑球面波模型，降低复杂度。

此外，虽然ELAA采用分布式部署，其同样具有超大规模MIMO系统的典型特征，例如信道硬化和有利传播等，ELAA信道的另一个重要特性是空间非平稳，即天线阵列的不同部分可以看到不同的散射导致接收功率不同，此外，与传统的集中式部署相比，ELAA可以降低前传链路成本和基带处理复杂度，还能提供更高的传输效率和频谱利用率并降低单个天线面板的重量和风载。

需要指出的，作为2030年前最主要的移动通信技术，5G是一个长期而明确的技术演进路线，当前5G在全球的大规模商用为5G-Advanced奠定了良好的商业基础，而ELAA的技术演进也将加速5G-A时代的快速落地。

备战5G-A：铺路增强5G

去年6月，在匈牙利布达佩斯刚结束的3GPP RAN第96次会议上，R18基本完成立项，R18将不仅是5G-A的第一个协议版本，也是推动5G迈向全新发展阶段的关键节点。总体来看，5G-A技术产业处于不断演进发展过程中。一方面是整个网络的宽带能力进一步提升，特别是上行方面的进一步增强，并且在物联方面，包括极简网络、新型无源网络以及低时延高可靠网络提供新的技术支撑。

在业界专家看来，面向频谱资源，行业正通过重构Sub6GHz存量频段、新增6GHz和毫米波频段的方式，推动5G-A时代快速发展，其中，毫米波作为5G-A的关键频谱，目前已经在25个国家得到了分配，部分地区实现了10Gbps能力的资源保障；在6Ghz上，我国工信部也发布了新版《中华人民共和国无线电频率划分规定》，推动5G/6G频谱资源全球或区域划分一致，为5G/6G发展提供充足的中频段频率资源，发挥现有中频段5G全球产业的优势，促进移动通信技术和产业创新发展。

事实上，5G进入高速发展期，将带动全频段向5G演进，为支持运营商最大程度发挥各频段价值，实现网络多维能力持续提升更离不开诸如ELAA、RIS的尖端科技的落地支持。

目前，在成都外场的测试中，华为的ELAA技术支持6GHz大幅提升覆盖能力，覆盖范围直接对齐3.5GHz。依托ELAA技术和智能波束管理能力，可以应对高频段的覆盖挑战，在杭州的规模连片组网场景下，华为成功实现毫米波10Gbps下行峰值体验。

而作为超大规模天线技术的一种扩展，中信科移动成功发布了基于智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)的新型大规模天线传输系统，为解决5G-A乃至6G超大规模天线技术性能提升、功耗降低等技术挑战以及天线阵列体积、重量、复杂度、成本等工程化难题提出了新的技术路线，也为未来大规模天线系统的低成本、低功耗与轻量化发展指引了新的技术方向。

截至6月底，我国5G基站累计达到293.7万个，覆盖所有地级市城区、县城城区，覆盖广度深度持续拓展，5G行业应用融入60个国民经济大类，应用案例数超5万个，持续在“无人区”探索创新，可以预见，随着5G技术与场景的不断深化，我国也将持续向增强5G演进升级，不断支撑5G新特性、新业务，加快创新发展。

采写：博文

编辑、校对：博文

指导：新文