毫米波发展概况和演进趋势

        通信技术发展的每一次技术迭代都为人类社会带来了全新的通信体验和发展机遇。毫米波作为一种高频段的通信技术，在5G-Advanced（5G-A）到6G这一演进历程中扮演着至关重要的角色，推动通信技术迈向更高台阶。

毫米波在5G-A中的发展概况

        5G-Advanced以R18为演进起点，对5G技术作进一步深化与拓展。毫米波作为5G-A关键技术之一，其频段通常在30GHz到300GHz之间，相比传统通信频段，具有波长短、频段宽的特点，这使得其在相同的天线尺寸下能实现更多的天线阵子，为大规模多输入多输出（MIMO）技术的应用提供了良好条件。

        毫米波在5G-A阶段的主要应用场景包括：

• 大型高密度人群聚集场所：如大型体育场馆、商业中心等人员密集且数据流量需求巨大的场所；
• 工业互联网领域：在工厂车间内，毫米波可以实现高精度的设备互联，实时传输生产设备的运行数据、监控数据等，便于企业进行智能化生产管理和故障预测；
• XR应用领域：XR体验场景，比如沉浸式VR游戏或AR导览应用中，毫米波能够确保快速、稳定的数据传输，使得虚拟场景能够以极高的清晰度和流畅度呈现给用户；
• 高清视频与4K视频直播场景：大型音乐会、体育赛事等活动的直播；
• 毫米波通感场景：在低空领域，毫米波频段凭借其高精度的感知特性，可广泛应用于低空安防、低空物流等领域；在水域航道中，毫米波技术能够有效进行船只检测与跟踪，辅助海事部门进一步丰富监管业务；此外，毫米波通感的高精度特性在车路协同、桥梁/山体滑坡的微形变检测等场景中也得到了研究与应用探索。

5G-A到6G毫米波的演进趋势

        毫米波从5G-A到6G的演进是技术上的不断升级与增强，旨在实现更高速率、更低时延、更广覆盖的智能化网络。

频段拓展：迈向更高频段

        随着通信技术向6G迈进，毫米波频段将进一步拓展到更高频段。从3GPP的角度看，将进一步引入FR2-2，即大于52.6GHz的频段，随后，在6G有进一步拓展频谱的可能。例如，可能会涉及到太赫兹频段（0.1THz~10THz）的初步探索和应用。更高的频段将带来更宽的可用带宽，实现比5G和5G-A阶段更高的峰值速率，以满足未来全息通信、超高清8K/16K视频传输等对带宽要求极高的应用需求。

技术集成化与小型化

        在6G时代，毫米波通信设备将朝着更高集成度更小型化的方向发展。基站设备将更加紧凑，便于部署，并降低部署成本。这一进展得益于半导体技术、微纳加工等技术的不断进步，使得基站内部各组件可以更加紧密地集成，从而显著减小设备的体积和重量。

        同样，终端设备，如智能手机、智能穿戴设备和无人机通信模块等，将进一步实现毫米波通信模块的小型化集成。这提升了终端设备的便携性，并能充分发挥毫米波的通信性能，从而推动毫米波技术在各类终端设备中的广泛应用。

智能波束管理与自适应通信

        为了支持6G Native-AI毫米波通信，6G中的毫米波将采用更加智能的波束管理和自适应通信技术。智能波束管理能根据复杂的环境条件（如动态变化的障碍物、用户分布等）自动调整波束的特性，实现最优的信号传输。基站（BS）或用户设备（UE）可以自行决定使用哪种类型的AI算法。标准化对基于AI的波束管理的支持主要体现在定义信令框架，以便于实现AI驱动的波束管理。图1中的这些示例展示了3GPP标准如何通过信令框架支持基于AI的波束管理，而无需对具体的AI算法进行标准化。

• 图1a：用户设备（UE）反馈其移动性信息的机制被标准化，以便这些信息可以作为基站（BS）神经网络输入，用于基于AI的波束管理。
• 图1b：基站（BS）执行基于AI的波束管理，用于预测未来的波束，并通过信令将带有时间戳的未来波束指示信息发送给用户设备（UE）。
• 图1c：在这种情况下，神经网络实现于用户设备（UE）端。标准化的反馈支持来自UE的AI输出结果，例如波束预测结果或推荐的解调导频信息。
• 图1d：基站（BS）和用户设备（UE）之间进行协作式AI。基站负责训练并将训练好的神经网络下载到用户设备（UE）。用户设备（UE）执行神经网络以生成最终的波束预测结果。

多站点协助通信

        为了进一步增强5G毫米波通信的鲁棒性和组网灵活性，6G毫米波通信需要在第一个版本开始考虑多站点联合传输，包括非相关多点协助和相干多点协作。除了5G-A已经支持的多站点上下行信道重复（multi-TRP based channel/RS repetition），需要考虑全新的拓扑结构，例如上行和下行解耦。在全新的拓扑结构中，上行和下行可以通过不同的物理站点来进行服务：下行站点选择可以根据最佳的接收信号功率或SINR，而上行可以基于路径损耗选择，以实现最佳上行接收。

多模态感知

        在未来6G时代，通信感知一体化技术将依托太赫兹、可见光等新频段，以及空天地一体化、内生AI等新技术，赋予6G系统内生的感知能力。多模态感知作为未来感知技术的重要演进方向，融合多种感知技术和数据源，主要涉及移动通信信号、雷达、传感器、摄像头、Wi-Fi、超声波、蓝牙、RFID等。利用不同感知技术的特点和独特优势，结合数据融合技术，可以显著提升检测、定位、识别、估计等性能的准确性和安全性。未来的关键技术将集中于探索多粒度、多模态感知信息的先进融合方法，深度强化学习等工具的协同应用，以及多源感知信息的协同利用。多模态感知信息的协同感知将为6G系统能力的广域拓展提供有力支撑。

6G毫米波应用场景展望

        6G毫米波的应用场景十分广阔，主要包括沉浸式通信、全息通信、XR在工业设计中的深化、AI感知和高精定位追踪等多个应用场景。

全息通信与沉浸式体验

        随着6G毫米波能够提供超高的通信速率和带宽，全息通信将成为可能。用户可以通过毫米波网络实现全息影像的实时传输，进行远程的全息会议、全息演出等活动，使得虚拟与现实的界限更加模糊。

XR应用的深化与拓展

        在6G时代，随着毫米波技术的进一步发展，XR应用将迎来更深层次的拓展。例如在建筑设计、工业维修等领域，通过毫米波支持的AR/MR应用，将虚拟的设计方案或维修指导信息叠加在真实的场景或设备上，提高工作效率和准确性。

毫米波通感场景的深化与拓展

        ITU-R已经明确IMT-2030将拓展为六大应用场景，全新场景包括通信感知一体化（ISAC）、AI与通信和泛在连接。未来的通感一体系统将利超用大规模天线阵列、大带宽、多频段融合、网络多点协作、内生算力AI感知、多模态感知等诸多特性，提供高精定位追踪、目标成像与重构、动作识别、智能体交互等能力，赋能智能交通、低空经济、智慧工厂、智慧医疗等业务场景的发展成熟，推动业态转型升级。

        毫米波技术在太赫兹、AI驱动的智能MIMO波束、空天地一体化等新技术、新需求、新业务的引导下，结合政策支持，将极大丰富网络可提供的业务范围。毫米波将搭建起物理世界与数字世界的桥梁，引领万物智联的新浪潮，真正开启万物感知、万物互联、万物智能的新时代。