专题：6G与太赫兹通信技术

特邀策划人

刘光毅

博士,教授级高级工程师,中国通信学会会士,享受国务院特殊津贴专家,2017年团队入选央企楷模,2018年入选科技部中青年科技创新领军人才,2020年入选全国劳模,现任中国移动通信集团公司首席专家和6G总监、中关村泛联移动通信技术创新应用研究院首席科学家、毫米波与太赫兹产业联盟副理事长、北京通信学会理事、工信部IMT-2030推进组无线技术组副组长、6GANA TSC成员和TG2主席。2007—2013年负责中国移动的TD-LTE及其演进的研究、标准化、产业化和国际推广;2014—2020年负责中国移动集团公司5G关键技术研究、标准化和产业化推进;自2019年开始负责中国移动的6G研发。主持和参与国家级研发项目10余项,荣获国家科技进步特等奖和中国通信学会科技进步特等奖,以及中国通信学会、中国通信标准化协会和北京市一等、二等奖共8项、国家知识产权局颁发的专利优秀奖3项,参与国际标准制定20余项,个人授权专利 200余项,在国内外学术期刊杂志发表学术论文150余篇。

陈 智

电子科技大学教授,主要从事太赫兹通信技术研究,担任太赫兹技术教育部重点实验室副主任、太赫兹通信技术四川省工程研究中心常务副主任、IMT-2030(6G)推进组太赫兹通信任务组召集人、太赫兹通信国家级创新团队带头人。在太赫兹通信技术方向,主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目等10余项,获得省部级一等奖1项,省部级二等奖2项。

内容导读

太赫兹波是0.1～10 THz频段的电磁波,对应波长3～0.03 mm,介于毫米波和红外光之间。太赫兹频段具有丰富的频谱资源,可用于地面短距离高速无线通信和空间卫星通信,被认为是6G候选频段之一。目前,太赫兹通信作为6G潜在关键技术之一,已成为移动通信领域学术界和工业界的研究热点。其中,涉及太赫兹通信硬件系统设计、太赫兹器件研制、宽频信号的高效调制与处理、信道测量和建模技术、信道编码技术、通信感知一体化技术、智能反射面辅助技术、超大规模天线技术等大量关键科学技术与工程设计问题。

鉴于上述情况,为了更好地将我国6G与太赫兹通信的最新研究成果介绍给读者,进一步满足实际国情和6G太赫兹通信体系发展需求,我们组织了本专题。

为进一步推动太赫兹固态通信系统研制, 《面向6G的高速太赫兹无线通信系统与关键技术验证》搭建了中心频率为195 GHz的固态电子太赫兹无线通信链路,采用4×4 MIMO技术,实现了 399 Gbit/s线路传输速率。《太赫兹固态通信系统技术发展现状与挑战》梳理了太赫兹波段信号调制、固态器件、天线以及收发系统的研究进展与关键技术,剖析了太赫兹通信系统未来的发展方向。《基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展》介绍了基于RTD实现的太赫兹技术最新进展及应用,重点讨论了高频、高输出功率以及系统应用方面的研究。

由于传统OFDM不能满足太赫兹场景超大带宽的需求,《一种适合太赫兹通信的新波形方案：GFB-OFDM》提出了一种新的波形方案GFB-OFDM,可以实现大点数IFFT,支持大信道带宽通信场景,更容易实现超大带宽的太赫兹通信。《基于多载波调制的太赫兹通信感知一体化系统性能联合优化》研究了通信感知一体化波形联合优化方案,通过仿真和实验验证了OFDM和OCDM一体化系统的联合优化效果。

针对太赫兹频段测量与建模的相关技术研究,《太赫兹信道测量研究与实测结果分析》介绍了太赫兹频段时域信道测量和频域信道测量的两种方法,分别在158 GHz和300 GHz频段对常见通信场景进行了信道测量,并分析了信道冲激响应。基于射线追踪方法,《面向太赫兹通信覆盖增强的确定性信道建模分析》给出面向太赫兹通信覆盖增强的RIS信道建模实例与感知信道建模实例,并分析了其中涉及的关键技术与挑战。《基于电磁理论和热力学方法的太赫兹波空-天-地-海衰减模型》将太赫兹波在空-天-地-海信道中所遭受到的吸收和散射效应建模为太赫兹光子与介质粒子的碰撞过程,在此基础上提出了通用的太赫兹波空-天-地-海衰减模型,得出了对流层中的无线链路是太赫兹SAGIN的信道容量瓶颈的判断。《太赫兹频段室内场景空-时域信道特性测量与建模研究》研究了太赫兹频段室内场景空-时域的信道特性,在视距和非视距室内场景下实测了太赫兹无线信道时延扩展和角度扩展参数,分析了测量距离对两种参数的影响。《基于散射特性的太赫兹信道建模》设计了 一种基于散射特性的太赫兹信道模型,通过对此信道模型和传统信道模型仿真和实测性能对比,证明了在反射点周围扩展散射点的必要性。《一种高频系统信道矩阵低复杂度估计方法》提出了一种高频通信系统混合赋形架构下的信道矩阵估计方法,能够大幅度降低信道估计算法的运算复杂度和计算量。

传统涡旋波束超表面设计由于超表面结构复杂而耗费大量扫参时间和精力,《机器学习辅助太赫兹涡旋波超表面快速设计方法》提出了一种利用机器学习辅助快速设计太赫兹涡旋波超表面的方法,同时运用了神经网络和优化算法,得到的超单元组成的超表面能够在220 GHz产生多模数的涡旋波。

由于传统扩频传输技术存在易被截获问题,《基于Arnold变换的抗截获波形设计方法》提出了一种基于Arnold变换的抗截获波形设计方法。 《混合远近场太赫兹通信中波束色散分析及预编码设计》设计了一种基于远近场的混合预编码算法,通过仿真验证了该算法可以有效缓解混合远近场中的波束色散。

综上所述,本专题涵盖6G太赫兹通信系统分析、研究进展和关键技术解决方案等多个方面,希望能够给广大读者了解和研究6G太赫兹通信技术提供有益的启示和参考。最后,感谢专题评审专家及时、耐心、细致的评审工作;衷心感谢各位作者的辛勤工作和精心撰稿!