專題：6G與太赫茲通信技術

特邀策劃人

劉光毅

博士,教授級高級工程師,中國通信學會會士,享受國務院特殊津貼專家,2017年團隊入選央企楷模,2018年入選科技部中青年科技創新領軍人才,2020年入選全國勞模,現任中國移動通信集團公司首席專家和6G總監、中關村泛聯移動通信技術創新應用研究院首席科學家、毫米波與太赫茲產業聯盟副理事長、北京通信學會理事、工信部IMT-2030推進組無線技術組副組長、6GANA TSC成員和TG2主席。2007—2013年負責中國移動的TD-LTE及其演進的研究、標準化、產業化和國際推廣;2014—2020年負責中國移動集團公司5G關鍵技術研究、標準化和產業化推進;自2019年開始負責中國移動的6G研發。主持和參與國家級研發項目10余項,榮獲國家科技進步特等獎和中國通信學會科技進步特等獎,以及中國通信學會、中國通信標準化協會和北京市一等、二等獎共8項、國家知識產權局頒發的專利優秀獎3項,參與國際標準制定20余項,個人授權專利 200余項,在國內外學術期刊雜志發表學術論文150余篇。

陳 智

電子科技大學教授,主要從事太赫茲通信技術研究,擔任太赫茲技術教育部重點實驗室副主任、太赫茲通信技術四川省工程研究中心常務副主任、IMT-2030(6G)推進組太赫茲通信任務組召集人、太赫茲通信國家級創新團隊帶頭人。在太赫茲通信技術方向,主持國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金重大科研儀器研制項目等10余項,獲得省部級一等獎1項,省部級二等獎2項。

內容導讀

太赫茲波是0.1～10 THz頻段的電磁波,對應波長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線通信和空間衛星通信,被認為是6G候選頻段之一。目前,太赫茲通信作為6G潛在關鍵技術之一,已成為移動通信領域學術界和工業界的研究熱點。其中,涉及太赫茲通信硬件系統設計、太赫茲器件研制、寬頻信號的高效調制與處理、信道測量和建模技術、信道編碼技術、通信感知一體化技術、智能反射面輔助技術、超大規模天線技術等大量關鍵科學技術與工程設計問題。

鑒于上述情況,為了更好地將我國6G與太赫茲通信的最新研究成果介紹給讀者,進一步滿足實際國情和6G太赫茲通信體系發展需求,我們組織了本專題。

為進一步推動太赫茲固態通信系統研制, 《面向6G的高速太赫茲無線通信系統與關鍵技術驗證》搭建了中心頻率為195 GHz的固態電子太赫茲無線通信鏈路,采用4×4 MIMO技術,實現了 399 Gbit/s線路傳輸速率?！短掌澒虘B通信系統技術發展現狀與挑戰》梳理了太赫茲波段信號調制、固態器件、天線以及收發系統的研究進展與關鍵技術,剖析了太赫茲通信系統未來的發展方向?！痘诠舱袼泶┒O管的太赫茲技術研究進展》介紹了基于RTD實現的太赫茲技術最新進展及應用,重點討論了高頻、高輸出功率以及系統應用方面的研究。

由于傳統OFDM不能滿足太赫茲場景超大帶寬的需求,《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,可以實現大點數IFFT,支持大信道帶寬通信場景,更容易實現超大帶寬的太赫茲通信?！痘诙噍d波調制的太赫茲通信感知一體化系統性能聯合優化》研究了通信感知一體化波形聯合優化方案,通過仿真和實驗驗證了OFDM和OCDM一體化系統的聯合優化效果。

針對太赫茲頻段測量與建模的相關技術研究,《太赫茲信道測量研究與實測結果分析》介紹了太赫茲頻段時域信道測量和頻域信道測量的兩種方法,分別在158 GHz和300 GHz頻段對常見通信場景進行了信道測量,并分析了信道沖激響應?；谏渚€追蹤方法,《面向太赫茲通信覆蓋增強的確定性信道建模分析》給出面向太赫茲通信覆蓋增強的RIS信道建模實例與感知信道建模實例,并分析了其中涉及的關鍵技術與挑戰?！痘陔姶爬碚摵蜔崃W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建模為太赫茲光子與介質粒子的碰撞過程,在此基礎上提出了通用的太赫茲波空-天-地-海衰減模型,得出了對流層中的無線鏈路是太赫茲SAGIN的信道容量瓶頸的判斷?！短掌濐l段室內場景空-時域信道特性測量與建模研究》研究了太赫茲頻段室內場景空-時域的信道特性,在視距和非視距室內場景下實測了太赫茲無線信道時延擴展和角度擴展參數,分析了測量距離對兩種參數的影響?！痘谏⑸涮匦缘奶掌澬诺澜！吩O計了 一種基于散射特性的太赫茲信道模型,通過對此信道模型和傳統信道模型仿真和實測性能對比,證明了在反射點周圍擴展散射點的必要性?！兑环N高頻系統信道矩陣低復雜度估計方法》提出了一種高頻通信系統混合賦形架構下的信道矩陣估計方法,能夠大幅度降低信道估計算法的運算復雜度和計算量。

傳統渦旋波束超表面設計由于超表面結構復雜而耗費大量掃參時間和精力,《機器學習輔助太赫茲渦旋波超表面快速設計方法》提出了一種利用機器學習輔助快速設計太赫茲渦旋波超表面的方法,同時運用了神經網絡和優化算法,得到的超單元組成的超表面能夠在220 GHz產生多模數的渦旋波。

由于傳統擴頻傳輸技術存在易被截獲問題,《基于Arnold變換的抗截獲波形設計方法》提出了一種基于Arnold變換的抗截獲波形設計方法。 《混合遠近場太赫茲通信中波束色散分析及預編碼設計》設計了一種基于遠近場的混合預編碼算法,通過仿真驗證了該算法可以有效緩解混合遠近場中的波束色散。

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