專題：6G與太赫茲通信技術(shù)

特邀策劃人

劉光毅

博士,教授級(jí)高級(jí)工程師,中國(guó)通信學(xué)會(huì)會(huì)士,享受國(guó)務(wù)院特殊津貼專家,2017年團(tuán)隊(duì)入選央企楷模,2018年入選科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才,2020年入選全國(guó)勞模,現(xiàn)任中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司首席專家和6G總監(jiān)、中關(guān)村泛聯(lián)移動(dòng)通信技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用研究院首席科學(xué)家、毫米波與太赫茲產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)、北京通信學(xué)會(huì)理事、工信部IMT-2030推進(jìn)組無(wú)線技術(shù)組副組長(zhǎng)、6GANA TSC成員和TG2主席。2007—2013年負(fù)責(zé)中國(guó)移動(dòng)的TD-LTE及其演進(jìn)的研究、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化和國(guó)際推廣;2014—2020年負(fù)責(zé)中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)公司5G關(guān)鍵技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn);自2019年開始負(fù)責(zé)中國(guó)移動(dòng)的6G研發(fā)。主持和參與國(guó)家級(jí)研發(fā)項(xiàng)目10余項(xiàng),榮獲國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)和中國(guó)通信學(xué)會(huì)科技進(jìn)步特等獎(jiǎng),以及中國(guó)通信學(xué)會(huì)、中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)和北京市一等、二等獎(jiǎng)共8項(xiàng)、國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的專利優(yōu)秀獎(jiǎng)3項(xiàng),參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定20余項(xiàng),個(gè)人授權(quán)專利 200余項(xiàng),在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊雜志發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇。

陳 智

電子科技大學(xué)教授,主要從事太赫茲通信技術(shù)研究,擔(dān)任太赫茲技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、太赫茲通信技術(shù)四川省工程研究中心常務(wù)副主任、IMT-2030(6G)推進(jìn)組太赫茲通信任務(wù)組召集人、太赫茲通信國(guó)家級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人。在太赫茲通信技術(shù)方向,主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目等10余項(xiàng),獲得省部級(jí)一等獎(jiǎng)1項(xiàng),省部級(jí)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

內(nèi)容導(dǎo)讀

太赫茲波是0.1～10 THz頻段的電磁波,對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)3～0.03 mm,介于毫米波和紅外光之間。太赫茲頻段具有豐富的頻譜資源,可用于地面短距離高速無(wú)線通信和空間衛(wèi)星通信,被認(rèn)為是6G候選頻段之一。目前,太赫茲通信作為6G潛在關(guān)鍵技術(shù)之一,已成為移動(dòng)通信領(lǐng)域?qū)W術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。其中,涉及太赫茲通信硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、太赫茲器件研制、寬頻信號(hào)的高效調(diào)制與處理、信道測(cè)量和建模技術(shù)、信道編碼技術(shù)、通信感知一體化技術(shù)、智能反射面輔助技術(shù)、超大規(guī)模天線技術(shù)等大量關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)與工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。

鑒于上述情況,為了更好地將我國(guó)6G與太赫茲通信的最新研究成果介紹給讀者,進(jìn)一步滿足實(shí)際國(guó)情和6G太赫茲通信體系發(fā)展需求,我們組織了本專題。

為進(jìn)一步推動(dòng)太赫茲固態(tài)通信系統(tǒng)研制, 《面向6G的高速太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)與關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證》搭建了中心頻率為195 GHz的固態(tài)電子太赫茲無(wú)線通信鏈路,采用4×4 MIMO技術(shù),實(shí)現(xiàn)了 399 Gbit/s線路傳輸速率?！短掌澒虘B(tài)通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)》梳理了太赫茲波段信號(hào)調(diào)制、固態(tài)器件、天線以及收發(fā)系統(tǒng)的研究進(jìn)展與關(guān)鍵技術(shù),剖析了太赫茲通信系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向?！痘诠舱袼泶┒O管的太赫茲技術(shù)研究進(jìn)展》介紹了基于RTD實(shí)現(xiàn)的太赫茲技術(shù)最新進(jìn)展及應(yīng)用,重點(diǎn)討論了高頻、高輸出功率以及系統(tǒng)應(yīng)用方面的研究。

由于傳統(tǒng)OFDM不能滿足太赫茲場(chǎng)景超大帶寬的需求,《一種適合太赫茲通信的新波形方案：GFB-OFDM》提出了一種新的波形方案GFB-OFDM,可以實(shí)現(xiàn)大點(diǎn)數(shù)IFFT,支持大信道帶寬通信場(chǎng)景,更容易實(shí)現(xiàn)超大帶寬的太赫茲通信。《基于多載波調(diào)制的太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)性能聯(lián)合優(yōu)化》研究了通信感知一體化波形聯(lián)合優(yōu)化方案,通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了OFDM和OCDM一體化系統(tǒng)的聯(lián)合優(yōu)化效果。

針對(duì)太赫茲頻段測(cè)量與建模的相關(guān)技術(shù)研究,《太赫茲信道測(cè)量研究與實(shí)測(cè)結(jié)果分析》介紹了太赫茲頻段時(shí)域信道測(cè)量和頻域信道測(cè)量的兩種方法,分別在158 GHz和300 GHz頻段對(duì)常見(jiàn)通信場(chǎng)景進(jìn)行了信道測(cè)量,并分析了信道沖激響應(yīng)。基于射線追蹤方法,《面向太赫茲通信覆蓋增強(qiáng)的確定性信道建模分析》給出面向太赫茲通信覆蓋增強(qiáng)的RIS信道建模實(shí)例與感知信道建模實(shí)例,并分析了其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)?！痘陔姶爬碚摵蜔崃W(xué)方法的太赫茲波空-天-地-海衰減模型》將太赫茲波在空-天-地-海信道中所遭受到的吸收和散射效應(yīng)建模為太赫茲光子與介質(zhì)粒子的碰撞過(guò)程,在此基礎(chǔ)上提出了通用的太赫茲波空-天-地-海衰減模型,得出了對(duì)流層中的無(wú)線鏈路是太赫茲SAGIN的信道容量瓶頸的判斷?！短掌濐l段室內(nèi)場(chǎng)景空-時(shí)域信道特性測(cè)量與建模研究》研究了太赫茲頻段室內(nèi)場(chǎng)景空-時(shí)域的信道特性,在視距和非視距室內(nèi)場(chǎng)景下實(shí)測(cè)了太赫茲無(wú)線信道時(shí)延擴(kuò)展和角度擴(kuò)展參數(shù),分析了測(cè)量距離對(duì)兩種參數(shù)的影響。《基于散射特性的太赫茲信道建模》設(shè)計(jì)了 一種基于散射特性的太赫茲信道模型,通過(guò)對(duì)此信道模型和傳統(tǒng)信道模型仿真和實(shí)測(cè)性能對(duì)比,證明了在反射點(diǎn)周圍擴(kuò)展散射點(diǎn)的必要性。《一種高頻系統(tǒng)信道矩陣低復(fù)雜度估計(jì)方法》提出了一種高頻通信系統(tǒng)混合賦形架構(gòu)下的信道矩陣估計(jì)方法,能夠大幅度降低信道估計(jì)算法的運(yùn)算復(fù)雜度和計(jì)算量。

傳統(tǒng)渦旋波束超表面設(shè)計(jì)由于超表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜而耗費(fèi)大量掃參時(shí)間和精力,《機(jī)器學(xué)習(xí)輔助太赫茲渦旋波超表面快速設(shè)計(jì)方法》提出了一種利用機(jī)器學(xué)習(xí)輔助快速設(shè)計(jì)太赫茲渦旋波超表面的方法,同時(shí)運(yùn)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和優(yōu)化算法,得到的超單元組成的超表面能夠在220 GHz產(chǎn)生多模數(shù)的渦旋波。

由于傳統(tǒng)擴(kuò)頻傳輸技術(shù)存在易被截獲問(wèn)題,《基于Arnold變換的抗截獲波形設(shè)計(jì)方法》提出了一種基于Arnold變換的抗截獲波形設(shè)計(jì)方法。 《混合遠(yuǎn)近場(chǎng)太赫茲通信中波束色散分析及預(yù)編碼設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)了一種基于遠(yuǎn)近場(chǎng)的混合預(yù)編碼算法,通過(guò)仿真驗(yàn)證了該算法可以有效緩解混合遠(yuǎn)近場(chǎng)中的波束色散。

綜上所述,本專題涵蓋6G太赫茲通信系統(tǒng)分析、研究進(jìn)展和關(guān)鍵技術(shù)解決方案等多個(gè)方面,希望能夠給廣大讀者了解和研究6G太赫茲通信技術(shù)提供有益的啟示和參考。最后,感謝專題評(píng)審專家及時(shí)、耐心、細(xì)致的評(píng)審工作;衷心感謝各位作者的辛勤工作和精心撰稿!