专题导读

随着5G通信逐渐趋于成熟和商业化,针对6G通信的研究已经在世界范围内展开。太赫兹频段(0.1 THz-10THz)处于宏观电子学和微观光子学的过渡区域,频谱资源十分丰富,是目前尚未全面开发应用的唯一频谱“空隙”。相比于5G采用的毫米波通信,太赫兹通信可提供10倍的信道带宽,是实现未来6G超高速无线传输的重要手段。因此,业界对于使用太赫兹频段作为6G新频谱的观点较统一,认为太赫兹通信在增强宽带、微纳尺度网络和天地一体化网络等领域具有应用前景。     

太赫兹应用分析和展望

以6G需求为抓手引入了太赫兹技术,介绍了太赫兹的研究背景和国内外研究现状。之后结合太赫兹的频谱范围,对太赫兹频段和毫米波以及红外光进行了详细对比分析,发现了太赫兹特有的一些频谱特性,包括宽带性、低能性、电磁特性和特征谱等,并进一步挖掘基于这些频谱特性的应用,研究表明,太赫兹未来可应用于军事、医疗、检测和通信等诸多领域,对于仍存在的挑战和瓶颈,中国联通将联合产业界一同推动解决,最大化发挥太赫兹应用潜力。     

基于Lambertian模型的星间太赫兹通信信道特性分析

随着数据传输速率的不断增长,6G无线通信系统需要采用新的频谱资源.太赫兹频段因其具有高带宽、高速率等特点,在未来的无线通信领域具有极大的优势.另一方面,为了应对未来无线通信网络全球覆盖的要求,6G通信网络需要集成地面通信网络和空间通信网络.本文利用射线追踪理论,对太赫兹频段的星间通信链路的确定性信道模型进行了研究.由于...     

面向6G的毫米波和太赫兹通信技术研究

为解决传统毫米波和太赫兹通信技术通讯速率低的问题,面向6G设计毫米波和太赫兹通信技术。面向6G提取太赫兹频段,构建毫米波和太赫兹通讯质量认知图模型,优化毫米波和太赫兹通信质量转换函数,通过设备注册、密钥预分配,实现毫米波和太赫兹通信。设计实例分析,结果表明,设计技术通讯速率明显高于对照组,能够解决传统技术通讯速率低的问题。     

B5G毫米波和太赫兹技术的背景、应用和挑战

认为在后5G(B5G)和6G时代,毫米波和太赫兹通信在地面无线移动通信及空间通信中都将发挥重要作用。从发展的预期来看,B5G将扩展到毫米波高端频谱,而6G将扩展到太赫兹频段。要将高频毫米波和太赫兹通信推向实际部署,还需要解决射频器件、天线、信号处理复杂度、空间信道建模、组网的一系列关键问题。     

太赫兹空间接入技术

随着网络通信的迅速发展,现有通信频段已趋于饱和,为了支撑日益增长的通信速率、频率及带宽需求,使用更高的载波频率将成为通信技术发展的必然。大带宽的太赫兹频段是一个全新的频谱空间,拥有广阔的应用前景,是最具潜力的可行解决方案。现存的相关通信技术仅局限在陆地的微波、毫米波频段,未来网络将扩展至太赫兹频段,不仅能够应对未来超高速率、超低时延无线移动通信网络应用,实现未来的全频谱接入,还可支撑空天地一体化的全覆盖需求。分析了太赫兹链路适用于未来海量遥感数据通信的场景,介绍了基于太赫兹链路的网络接入技术,探讨了太赫兹链路给未来通信带来的机遇与挑战,为太赫兹通信的后续研究发展提供了参考。     

太赫兹与毫米波技术

正征稿类型《红外与毫米波学报》研究论文综述论文征稿范围太赫兹光子学与电子学太赫兹源太赫兹探测太赫兹功能器件太赫兹人工材料太赫兹等离激元太赫兹测量与谱仪太赫兹混频、放大与调制太赫兹天线、传输与通信太赫兹传感、探测与成像毫米波雷达传感器毫米波器件与应用太赫兹与毫米波位于传统的红外与微波的过渡区域,是电磁频谱中具有重大科学意义和前景的频段。近年太赫兹-毫米波相关的材料、器件和技术发展迅速,     

太赫兹信道测量研究与实测结果分析

太赫兹通信技术是下一代无线通信的关键技术之一。相较于5G的毫米波频段,太赫兹频段的电磁波波长更短、波束更窄、抗捕获能力和抗干扰能力更强。但另一方面,更高的频率意味着更大的衰减。在太赫兹频段,传播距离相较于毫米波进一步缩短,需要对太赫兹频段的无线传播环境进行测量与建模,作为评估太赫兹通信技术的基础。罗德与施瓦茨公司在信道测量方面有着丰富的研究经验,为推动太赫兹频段信道测量的研究工作,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,并基于罗德与施瓦茨公司的信号源和频谱仪,分别在158、300 GHz频段对常见通信场景如城市街道峡谷、室内购物中心等进行了信道测量,并分析了信道冲激响应(Channel Impulse Response, CIR)。太赫兹技术已经在业内具有了一定研究基础,但仍有许多技术挑战亟待解决。通过对信道测量方法的介绍和对实测结果的分析,对太赫兹频段下的信道特征进行了研究与总结,为后续太赫兹相关领域的研究工作打下了基础。     

毫米波无线通信半导体器件技术发展趋势

随着通信产业尤其是移动通信的高速发展,无线电频谱的低端频率已趋饱和。采用各种调制方法或多址技术扩大通信系统的容量,提高频谱的利用率,也无法满足未来通信发展的需求,因而实现高速、宽带的无线通信势必向微波高频段开发新的频谱资源。毫米波由于其波长短、频带宽,可以有效地解决高速宽带无线接入面临的许多问题,因而在短距离无线通信中有着广泛的应用前景。各种半导体器件是信息和通信技术(ICT)的硬件基础,创造性研发满足毫米波无线通信应用的新兴半导体技术和电路,是提升通信系统容量、解决构建新一代通信系统关键问题的主要技术推手。文章沿着毫米波半导体器件技术创新发展脉络,从相控阵等关键技术的系统架构、半导体材料和工艺、器件设计和封装测试入手,分析总结了第五代(5G)、第六代(6G)移动通信技术毫米波系统和器件技术发展趋势。以美国DARPA的MIDAS计划为例,阐释了军用毫米波器件技术的研究前沿和进展。     

太赫兹技术在空间领域应用的探讨

太赫兹频段介于红外光波与毫米波之间,是电磁波谱中的重要频段。太赫兹技术已在空间领域展示出良好的应用前景。通过空间太赫兹频段观测可以获得丰富的气象信息、大气信息和深空科学信息。基于太赫兹链路的高频段通信有望突破等离子体黑障的限制,实现无中断的测控通信;高速率小型化的太赫兹通信终端是实现卫星网络的理想选择。太赫兹雷达在航天器自身防御及空间弹道目标预警领域将显示出独特的优势与价值。     

太赫兹矩形波导与共面波导耦合结构设计

太赫兹（THz）波位于微波与红外光波之间,现有微波和光波段波导技术应用正在向THz波段拓展。但是,由于水汽对THz波的强吸收及制造工艺等原因,THz器件主要是平面结构,而THz源及其传输需要用矩形波导。因此,矩形波导与共面波导之间的转换结构成为决定元件和系统性能的关键部分。该设计利用脊波导进行阻抗匹配及电磁场模式转换,实现THz波矩形波导到共面波导的高效率耦合。结果表明,在0.2~0.4 THz频段内,该转换结构的传输系数(S₂₁)高于?3 dB,可以对THz电磁场进行高效率转换。该结果可用于太赫兹分子探测、太赫兹通信等领域,为0.2 THz以上太赫兹的模式转换提供了一种可行方案。     

软件定义无线环境:技术、机遇与挑战

无线环境通常表示能够显著改变电磁波在通信设备之间传播的物体集合.软件定义无线环境允许针对不同通信设备以最适宜的方式进行电磁传播规律的编程定制,为无线通信的发展提供了一种新的视角.相比被动抑制无线信道影响的传统通信技术,软件定义无线环境有着更高维度的调控自由度,在新一代移动通信特别是毫米波及太赫兹通信领域具有很大的应用潜力.本文首先介绍了软件定义无线环境的概念、历史沿革及其研究现状.然后给出了其基础模型及相对传统手段展现出来的性能优势.接着总结了软件定义无线环境的系统设计、网络服务支持、网络通信协议等关键技术,并指出软件定义无线环境未来发展所面临的挑战.最后凝练了几个面向新一代移动通信技术的软件定义无线环境研究方向.     

（英）Orthogonal frequency division multiplexing for improving the performance of terahertz channel

Terahertz (THz) communication is considered to be one of the demanding technology for the upcoming 5G standards. The incredible demand for high rate through wireless channel necessitates the use of THz frequency for communication. The development of communication systems in this frequency band possess technical challenges as the characteristic of THz band is very much different from the present wireless channel. However, the advancements in the development of transceiver and antenna systems are rapidly bringing the THz communication into reality. The high path loss in THz band limits the communication range of this channel. Even, for a distance of few meters (>5m), the absorption coefficient is very high and hence the performance of the system is poor. Performance over this frequency channel can be enhanced by considering transmission windows over this band instead of the entire band. The transmission windows are the frequencies over which the absorption is relatively low. Though there is an improvement in the performance with this adaptive modulation scheme, but not sufficient for longer distance. Apart from path loss, the frequency selective nature of this high bandwidth channel is also a major reason for the poor performance of THz channel. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) is a promising solution to mitigate the effects of frequency selective nature of the wireless channel. OFDM has been exploited in this paper to improve the performance of terahertz channel. The results show that the Bit Error Rate (BER) of the terahertz channel is considerably improved with OFDM.     

THz wireless communication system based on wavelet transform

With a very wide frequency band not allocated at present, THz waves have many optimal characteristics such as high transmission rate, large capacity, and high security. The research of THz communication technology has become a hotspot in wireless communication. For THz wireless communications, it is crucial to study advanced electrical signal processing techniques. In this paper, in view of the shortcomings of traditional orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology, we propose wavelet transform orthogonal multicarrier modulation method in THz system. In addition, we study THz channel coding technology to ensure that the THz wireless communication baseband system has better bit error rate (BER) performance and low computational complexity. Based on above, a THz wireless communication baseband system is conceived.     

太赫兹无线和有线融合通信技术的研究与展望

随着5G的移动互联及物联网相交织等新型业务的蓬勃发展,对未来通信系统传输容量、传输速度以及误码率等要求愈来愈高。介于毫米波与远红外光之间的太赫兹频段兼有微波和光波的特性,具有低量子能量、大带宽、良好的穿透性。近年来太赫兹通信系统成为研究热点之一,但太赫兹无线通信存在视距传播以及较大路径损耗缺点,太赫兹无线和有线融合传输则兼具两者优点。本文分析了光子太赫兹信号产生、光子太赫兹无线链路传输和光子太赫兹光纤链路传输过程中涉及的器件和技术,重点介绍了太赫兹有线传输的研究现状,并通过基于强度调制直接检测实现1.485 GBaud 350 GHz的1 m太赫兹光纤有线实时传输视频实验,展现了太赫兹有线传输巨大的发展潜力。     

Effects of directional antennas on outband D2D mmWave communications in heterogeneous networks

Device-to-Device (D2D) communications are considered as a keystone of the fifth generation wireless technology (5G). This new approach is very promising in terms of energy and spectrum efficiency. However, the integration of such communications in a typical cellular network increases inevitably the amount of interference. Several researches propose to lower the interference thanks to either sharing the cellular spectrum intelligently, or using non-cellular bands for D2D links. In this paper, we focus on the latter opportunity, and consider that the D2D communications are used with millimeter waves (mmWaves).For what comes to modeling a D2D-enabled (D2D-e) network, many works propose to use stochastic geometry so as to evaluate the impact of interference and noise on the various links. In this work, we aim to analyze the SINR and the average data rate of Outband D2D links for user equipments (UEs) with conventional omnidirectional antennas and with various directional mmWave antennas: patch antennas, horn antennas and uniform linear array antennas. Analytical and empirical evaluations of the Signal-to-Interference-plus Noise Ratio (SINR) are made with stochastic geometry. We propose to discuss the advantages and drawbacks of directional mmWave antennas in Outband D2D for various antenna designs, and their interest in various environments.     

Study of atmospheric attenuation characteristics of terahertz wave based on line‐by‐line integration

Terahertz band communication promises new solution for satisfying the increasing demand for ultrahigh‐speed wireless communication. Channel models capturing the unique peculiarities of the terahertz (THz) band are required for communication systems designing. Extreme high molecular absorption is a distinctive phenomenon that has to be involved in terahertz communication models. Research in this field has mainly focused on the characteristics along the horizontal propagation path. In this paper, we developed a unified molecular absorption model along the slant propagation path of the THz wave, based on the line‐by‐line integration method developed by Van‐Vleck and Weisskopf and combining the molecular spectral line in the HITRAN database. Then, an in‐depth analysis on the THz channel characteristics is carried out by the developed propagation models. The attenuation characteristics of terahertz waves with frequencies in the range of 0.1 to 1 THz are analyzed by theoretical and mathematical modeling. The results show that the terahertz communication channel has a strong dependence on both the molecular composition of the medium and the transmission distance. The experimental results also indicate the strong absorption frequency points, weak absorption frequency points, and spectral windows.     

地空路径太赫兹波雨天衰减特性分析

雨滴的散射和吸收作用会严重增加地空链路上太赫兹波的传输损耗,降低无线通信的性能。为实现太赫兹波在地空链路上的传输应用,必须对太赫兹波在降雨环境中的传输特性进行深入研究。本文对原有的雨衰模型进行了修正,基于Mie理论,分析了降雨率的变化对地空链路上太赫兹波传输的影响,并与原有模型的计算结果进行了对比。结果表明：在整个太赫兹频段,雨衰减损耗会随降雨率的增加而增大,随频率的增加先增大后减小,且高频太赫兹波段相对0.1~1 THz频段范围的雨衰损耗更小;同时,当频率超过1 THz时,大气窗口越靠近10 THz,损耗越小,在降雨天气环境进行无线通信传输时将更具有通信优势,且频率越低,天顶角越大,模型修正前后的差异性更加明显。     

0.14 THz 10 Gbps无线通信系统

太赫兹通信由于其固有的宽带特性,在Gbps以上的高速无线通信领域受到广泛关注。本文描述了一种工作在0.14 THz频段的无线通信系统,传输速率达10 Gbps。该系统基于超外差结构,中频采用数字信号处理技术进行16QAM高阶数字信号调制解调,依靠肖特基二极管次谐波混频技术实现从中频到太赫兹信号的频谱搬移。目前该系统已经通过了500 m 10 Gbps距离无线传输实验验证,通信频段为133.8 GHz～137.4 GHz,带宽3.6 GHz,发射功率0 dBm,传输误码率低于10-6。