解构所谓首个“6G样机”：一场“表面”下的变革

全息超表面技术有望重构无线通信基础设施。

近日，一款名为“6G全息超表面宽带移动通信系统样机”的创新设备正式发布。这一由中信科移动、中国移动、北京大学联合研发的样机，被业界视为解决6G毫米波通信痛点的“金钥匙”——全息超表面技术，更是吸引了业界的广泛关注。那么，这款创新设备究竟新在哪？又将改变什么？

系统样机发布现场。

聚焦毫米波MIMO痛点

2025年是6G发展的关键节点，国内处于“十四五”与“十五五”规划的转折点。6G蜂窝移动通信技术与场景需求双轮驱动，需同时实现技术突破与场景适配，与此同时，2025年被认为是我国5G毫米波的规模发展之年，今年以来，我国首次实现了毫米波在大型赛事的规模应用，与此同时，作为新一代通信技术，6G对性能、功耗、成本的优化备受关注，面向6G的毫米波已开始研究。

在移动通信的演进历史中，5G第一次将毫米波列为关键技术之一，根据香农定律，传输速率与天线数量成正比。6G需实现超大规模宽带通信，毫米波频段因其丰富频谱资源成为关键，然而，传统毫米波有源天线阵列在扩展时面临四大核心痛点。

一是成本问题。因每个天线单元需配备独立的如功率放大器、移相器有源器件，硬件成本随阵列规模呈指数级增长。

二是功耗增加。有源器件的高能耗特性，导致基站整体功耗飙升，运营压力剧增。

三是体积与重量“膨胀”。复杂馈电网络和散热设计，使天线阵列体积庞大、笨重，部署灵活性受限。

四是扩展部署难度高。大规模阵列需复杂布线与调试，工程实施周期长，维护成本高。

在6G移动通信的宏大图景中，超大规模MIMO（多输入多输出）技术是实现泛在互联、全息通信等愿景的核心基石。然而，传统相控阵天线在扩展性、功耗与成本上的三重困境，已成为制约6G速率跃升的瓶颈，也正因此，此次发布的“6G全息超表面宽带移动通信系统样机”，为业界今后布局提供了极具突破性的技术路径与前瞻探索方向。

从“表面”到“内核”创新

事实上，香农定律揭示了天线数量与传输速率的线性关系，但传统相控阵在6G场景下的扩展性已逼近物理极限，这种技术死锁在毫米波频段尤为突出。

全息超表面技术的突破，源于对电磁波调控本质的重新思考。传统天线通过改变电流分布实现波束成形，而全息超表面则直接操控电磁场的边界条件。

其核心原理可类比光学全息术，馈源发射的参考波与信道数据形成的物波在超表面发生干涉，生成携带空间信息的全息图案。当参考波再次照射时，超表面通过动态调整单元电磁响应，重构出任意方向的波束。

据北京大学教授宋令阳介绍，这种架构实现了无源化革命、拓扑可重构性、制造经济性等三大颠覆性创新。其中，超表面单元仅由亚波长尺度的金属贴片与动态元件（如PIN二极管）构成，无需功率放大器等有源器件，使单通道功耗降低两个数量级；过动态元件的开关控制，超表面可实时改变电磁响应特性，突破传统天线波束指向固定的局限；基于PCB工艺的层压制造技术，使超表面天线成本仅为传统相控阵的1/3，且支持柔性共形部署，可无缝贴合建筑幕墙、无人机机翼等复杂表面。

综观此次“6G全息超表面宽带移动通信系统样机”的发布，通过将光学全息原理应用于微波传输领域，并创新性使用全息超表面材料构建具有超薄平板结构的低功耗天线阵列来实现射频信号的高效传输，具有信号可重构空间波束、低成本、低功耗、形态轻薄、实现复杂度低、天线规模易扩展等诸多优点。

具体来看，该样机创新性地引入全息超表面天线技术，彻底摒弃传统有源阵列的"单元级器件堆叠"模式。通过亚波长尺度的超材料结构设计，在二维平面内实现电磁波振幅、相位及极化的动态调控，以纯无源方式完成波束赋形。这种革命性架构使天线单元复杂度降低90%以上，为突破摩尔定律瓶颈提供了新范式。

其中，在材料创新上，采用超材料替代传统金属贴片，通过加载PIN二极管、液晶或MEMS开关等动态元件，实现超表面电磁响应的实时重构，同时，传统毫米波相控阵需依赖复杂馈电网络和散热系统，而该样机通过超表面技术将天线厚度压缩至0.5mm以下，支持共形部署，这种设计不仅消除了体积与重量瓶颈，更拓展了部署场景的灵活性。

在技术突破上，全息波束成形技术基于傅里叶光学原理，将超表面视为空间光调制器，通过调控表面阻抗分布实现波前相位的最优设计，该技术可在100MHz带宽下实现亚毫秒级时延的波束切换，支持20Gbps以上的峰值速率，同时，结合AI算法实时计算多用户信道状态，动态分配波束权重。

中信科移动相关专家表示，经实际测试，通过调控可重构全息超表面天线阵列的电磁响应，可实现射频信号的波束成形和高速传输，商用手持终端可成功接入该样机并实现多用户多流数据传输，是未来6G大规模天线高效传输极具潜力的技术方案。

“表面”下的通信变革

智能超表面正在引发无线通信范式的根本性变革。通过电磁场的可编程调控，它打破了传统通信与感知系统的物理限制，实现了功能与能效的最优平衡。

在6G与未来通信系统的演进中，通信与感知的深度融合已成为关键技术方向。传统方案中，通信与感知功能通常独立实现，导致系统复杂度攀升、频谱利用率受限。智能超表面通过动态调控电磁波的反射、透射与散射特性，智能超表面不仅重构了无线信道，更实现了通信与感知功能的协同优化，开启了"通感一体化"的新范式。

在上海交通大学副教授、信号处理与系统研究所所长助理武庆庆看来，智能超表面在通感一体化中的核心价值在于解决两大矛盾，即通信与感知对信道特性的差异化需求，以及系统资源的高效复用。

首先，在多目标感知上，通过降低信道相关性，超表面可将能量聚焦于特定方向，提升目标检测信噪比。在高速通信中，通过构建高秩信道，超表面支持多流并行传输。

也正因此，全息超表面技术不仅是对传统天线设计的改良，更是一场从“器件堆砌”到“场域调控”的底层变革。它通过电磁场边界条件的动态编程，在功耗、成本与扩展性之间找到了最优解，为6G超大规模MIMO开辟了新路径。随着材料科学、AI算法与制造工艺的持续突破，当全息波束如光一般自由重构，全息超表面技术有望重构无线通信基础设施，使6G网络真正成为连接物理世界与数字孪生世界的“电磁神经网络”。

采写：党博文

编辑：博文

图表：曙念

指导：辛文