面向6G的宽带多波束无线通信原型系统设计

面对B5G和6G时代巨流量、巨连接的通信业务需求，宽带动态多波束技术利用高频段的频谱资源并结合动态多波束控制技术，能够在现有多波束技术的基础上进一步挖掘空间维度资源，提升服务质量，已成为下一代移动通信系统的关键技术之一，将广泛应用在地面宽带通信和卫星通信中。本文设计了一种可融合动态波束成形算法的宽带多波束无线通信原型系统。该系统包括基站侧和用户侧，其中基站侧由多核X86通用服务器、RFSoC、射频相控阵天线以及高速接口等硬件单元构成，可实现多波束控制及其他基带信号处理功能，采用了X86与FPGA融合计算架构实现无线基带算法部署。本系统支持智能动态波束成形，并具有带宽大、吞吐量高、算法快速部署等优点，可以应用于面向6G的通信技术开发和智能通信算法的快速集成验证。

第五代移动通信技术(5G)作为面向2020 年之后的新一代移动通信技术， 其通信网络已在全球范围内大规模部署[1]，但是在信息交互的深度和广度上还不足以满足未来社会的需求。当前移动通信技术已开始向6G 逐步演进，6G 无线通信网络将由陆地无线通信网络为主体，卫星、无人机(UAV)等非陆地网络为补充共同组成，可以满足天基、空基、陆基、海基多种场景用户需求，推动全球互联向立体化、深度化发展，实现多场景的智慧、深度、全息、泛在连接[2] [3] [4]。

在移动通信技术向6G 演进的过程中， 移动数据流量呈爆炸式增长， 频谱资源与功率资源日益紧缺， 成为制约通信系统发展的瓶颈问题。多波束技术利用大规模天线阵列产生不同指向的多波束，有效挖掘空间维度资源，提升频谱效率和功率效率，已在地面和卫星通信系统中广泛使用。现有多波束技术以固定多波束技术为主，其波束形状、方向固定，不能充分挖掘空间维度潜力[5]。动态多波束技术可以动态调整波束方向、波束宽度及波束能量，实时跟踪用户，准确指向服务用户，相比于固定多波束技术，可进一步降低用户间干扰，抑制波束间重叠，可以深度挖掘空间维度潜力。同时，动态多波束技术与宽带通信技术结合，能够进一步提高系统吞吐能力与频谱效率。

动态多波束通信系统涉及信道信息获取、波束权值计算、以及编码调制、多载波调制解调等基带信号处理[6] [7] [8]。为了研究上述关键技术在实际系统中的有效性，原型通信系统的设计尤为重要，应具备以下特征： • 基带算法的快速部署 • 支持大带宽和高吞吐能力 • 支持实时可配置波束成形的天线阵列 基于上述需求，本文设计了宽带动态多波束无线通信原型系统，如图1 所示构建了X86 通用服务器