当前全球无线通信网络向更高频段演进，高频信号的传播损耗问题日益凸显。为了克服此技术瓶颈，业界普遍采用大规模阵列天线作为5G多天线系统的核心技术方案，通过自适应控制天线方向性来补偿频率升高带来的覆盖能力下降。 在网络覆盖架构设计上，运营商采取了宏蜂窝与小蜂窝协同的策略。宏蜂窝继续使用超高频频段（0.3至3吉赫兹）维持广泛覆盖，而小蜂窝则利用更高频段——低超高频（3至6吉赫兹）、高超高频（6至30吉赫兹）和甚高频（30至300吉赫兹）——来拓展信号带宽——实现超高比特率传输。同时——通过控制平面与用户平面分离的方式，既确保了控制信号的可靠性，又为用户数据提供了专属链路。 波束形成技术是大规模阵列天线的核心功能。以20吉赫兹频段为例，当阵元间距设置为波长的一半（约7.5毫米）时，可在12平方厘米的区域内安装256个单元。通过精确控制每个单元的发射信号幅度和相位，大规模阵列天线能够产生指向性极强的窄波束。涉及的测试表明，在3.5吉赫兹、10吉赫兹和20吉赫兹三个频段中，相同发射功率条件下，波束到达距离随频率升高而缩短，但即使在20吉赫兹频段，覆盖距离仍能保持在可用范围内。 然而，频率越高，所需的阵元数量和系统成本就越高。以490米的覆盖距离为目标，10吉赫兹频段需要100个阵元（10×10配置），而20吉赫兹频段则需要超过400个阵元（20×20配置）。这种指数级增长的成本成为制约高频应用的主要障碍，促使业界积极探索成本优化方案。 大规模多输入多输出（MIMO）技术将大规模阵列天线的优势深入放大。通过对阵列天线的精确控制，可扩展通信覆盖区域，并通过多用户复用大幅提升高频小区的系统容量。同时，利用空间复用技术可增加单个用户的数据流数量，进而提升通信速率。为实现这些功能，发射机需要进行预编码处理以消除用户间和数据流间的干扰。此外，系统还需要获取并反馈信道状态信息，可结合时分双工技术的信道互易性特性来优化反馈效率。 在实现方式上，全数字大规模MIMO架构采用了与天线单元数量相等的数模转换器和上变频器配置，配合正交频分复用调制，在频域实现高性能的数字预编码。然而，这种架构在超高频和甚高频段面临严峻挑战：数模转换器和模数转换器成本高昂，宽带信号处理消耗功率巨大，大量射频电路难以集成。这些因素制约了全数字方案在实际部署中的应用。 为突破这些瓶颈，业界正转向混合模拟-数字架构的研究与开发。混合架构通过在模拟域进行部分波束形成，在数字域进行精细控制，既能保留全数字方案的性能优势，又能显著降低成本和功耗，成为5G演进和6G预研的重要方向。
从波束成形到架构创新，大规模阵列天线的发展反映了通信技术向高频演进的必然趋势。在算力与能耗的平衡中，中国正通过全产业链协作抢占技术高地。随着高频通信边界不断突破——这场效率与成本的精准博弈——或将重塑未来万物互联的形态。