6G：跨頻段協同通信

王海明/WANG Haiming，陳祎祎/CHEN Yiyi

（1.東南大學，中國 南京 210096；2.網絡通信與安全紫金山實驗室，中國 南京 211111）

頻譜是移動通信發展的基礎資源。早在3G時代，中國各大電信運營商就分別采用了不同的網絡制式。由于當時的硬件能力受限，人們難以將不同的網絡制式融合至同一塊芯片中。相較于3G，4G支持更多的網絡制式和相應的多種頻段，并催生出用戶終端多模多頻芯片的需求，使用戶在不同的網絡覆蓋區域都能享受流暢的網絡體驗。

隨著移動互聯網的快速發展和新服務、新業務的不斷涌現，此前基于Sub-6 GHz頻段的4G網絡將不再滿足通信需求，因此5G向毫米波頻段借力，利用毫米波實現高速率、低時延、海量連接的愿景。由于5G網絡包含Sub-6 GHz頻段與毫米波頻段，高低頻協同通信的理念因此被提出。未來6G時代將迎來新的體系變革，向更高頻段擴展。然而，低頻段仍是6G發展的戰略性資源，毫米波等高頻資源也將發揮更重要的作用。跨頻段協同通信能夠高效利用低頻和高頻資源，實現最佳的全頻譜組合效益，具有廣闊的應用前景，將在6G時代得到進一步發展。

1 跨頻段協同無線通信機制

雖然毫米波頻段頻譜資源豐富，但是波長較短，在通信中存在嚴重的路徑傳播損耗和遮擋損耗問題，實現連續覆蓋的代價很高。從實際情況來看，毫米波系統主要依托于Sub-6 GHz中低頻段來部署。Sub-6 GHz和毫米波相結合的跨頻段協同組網可滿足5G網絡對容量、覆蓋、性能等的要求。其中，Sub-6 GHz頻段仍是核心頻段，用于廣域覆蓋；毫米波頻段可作為輔助頻段，用于熱點區域速率提升。

電信運營商正大力支持跨頻段協同組網的規劃和建設。那么如何利用高低頻相互協同來提升移動通信系統傳輸性能成為關鍵。跨頻段協同傳輸引起學術界的重視。不少研究工作對比分析了高頻和低頻的信道傳播特性。研究結果表明，Sub-6 GHz頻段與毫米波頻段具有相似的空間特性。利用這一性質可以找到評估跨頻段信道相似性的量化指標，建立跨頻段信道相似性模型，以更好地為跨頻段協同通信方案的設計提供參考。同時，基于高頻和低頻的關聯性，在跨頻段協同組網中使用低頻信息輔助毫米波波束賦形，可以極大地減少毫米波訓練開銷，提升跨頻段協同傳輸性能。

此外，終端也將同時支持Sub-6 GHz和毫米波網絡。這對終端天線提出較高要求。毫米波采用多天線波束賦形技術，其天線架構與Sub-6 GHz天線架構不一致。在設計終端天線時，終端設備需要集成多組不同功能的天線，在確保不同信號覆蓋需求的同時，還應保證對前幾代移動通信技術的后向兼容。

面向5G標準，第3代合作伙伴計劃（3GPP）不斷擴展無線接入的頻譜資源范圍，定義了低頻FR1（410～7 125 MHz）和高頻FR2（24.25～52.60 GHz）兩大頻率范圍，并對載波聚合、雙連接技術、動態頻譜共享技術等多頻段融合技術進行持續演進和增強。當前，產業界主要關注單一頻段本身的傳播特性和某一頻段范圍內多頻段融合技術的研究，對高低頻相結合的跨頻段協同通信研究尚且不足。相比于5G，6G需要更靈活、更高效地挖掘高頻和低頻的特性與優勢，對頻譜資源進行合理分配和靈活部署。6G需要規范化的跨頻段協同通信標準協議。

2 面臨的挑戰與建議

雖然學術界和工業界不斷推動著跨頻段協同通信的發展，但是相關產業尚未完全成熟，跨頻段協同通信仍面臨諸多挑戰。我們需要進一步探討如何利用創新技術解決跨頻段協同通信存在的多種難題。

（1）加大高低頻協同的研究力度。毫米波與Sub-6 GHz相結合大大提升了網絡的復雜性和多樣性。跨頻段協同組網策略、跨頻段協同傳輸方案以及終端天線的設計等有待進一步優化。此外，我們還需要聚焦于高低頻協同通信原理，推動跨頻段協同通信的網絡部署。

（2）提升毫米波產業鏈成熟度，促進高低頻之間的高效融合。Sub-6 GHz產業應用已相當成熟，而毫米波產業較為薄弱。因此，我們需要完善毫米波設備功能，統一具體指標，并以此為基礎保證跨頻段協同組網的功能和性能，促進跨頻段協同通信的產業發展。

（3）推動跨頻段協同通信相關標準的制定與落實。目前，跨頻段協同通信的相關標準尚未完善，主要集中于學術界的研究內容。對此，我們應全面推動跨頻段協同通信的標準進程，不僅要在理論研究上支撐標準制定，同時還要針對標準規范確定的關鍵技術指標和應用場景開展關鍵技術攻關，通過制定相應的標準規范，切實推動跨頻段通信技術的發展。

3 結束語

高低頻各有優勢，各有側重，都是5G和6G系統不可或缺的組成部分，兩者并非對立關系，而是互相補充、互相配合的協同關系。跨頻段協同通信能夠整合全頻段頻譜資源，有效應對未來移動通信系統的高標準、差異化需求。技術與應用的發展往往是循序漸進的，一旦技術成熟，跨頻段協同通信必將迎來廣闊的應用前景，賦能千百行業。