中国联通-太赫兹通信技术白皮书-2021.5-45页_644kb

报告摘要

技术演进背景：从1G到5G，通信技术呈现“十年一变革”的发展规律。随着6G研究的启动，太赫兹通信成为重要的候选技术之一。
国际动态：2019年芬兰奥卢大学召开全球首届6G峰会并发布首份6G白皮书，我国科技部等六部门在北京召开6G技术研发工作启动会，标志着我国6G研究的正式开始。
太赫兹的重要性：太赫兹频段具有丰富的频谱资源和独特物理特性，被认为是6G通信的关键候选技术之一。

频谱特性：
- 波长范围为 $30\mu m - 3mm$，位于微波和红外之间。
- 具有穿透性、低能性、瞬态性、“指纹”谱等特性，适用于检测、生物医学、军事通信等场景。
- 高频段具有无损传输能力，适合空间通信和远距离无线通信。
超大带宽与超高速率：
- 太赫兹频段可用带宽比毫米波高几个数量级，支持高达100Gbps的通信速率。
- 未来B5G/6G应用中，通信速率可能达到太比特级别。
高传播损耗：
- 太赫兹波在自由空间传播时，相对于26GHz毫米波，路损增加10-35dB。
- 需要超大规模天线技术来增强覆盖，支持移动通信。
超大规模天线技术：
- 未来可能支持数百个天线集成于4平方厘米的面积。
- 可用于超窄波束赋形、超高角度分辨率和定位精度，支持厘米级室内定位。
通感融合：
- 太赫兹通信可能与高精度定位、3D成像、感知等技术融合。
- 通感融合技术尚处于研究阶段，需解决能耗、系统设计等问题。

地面无线通信：
- 无线回传：可用于替代光纤或电缆，实现高速数据传输，适用于高山、沙漠等难布线区域。
- 固定无线接入（FWA）：支持比毫米波更高的带宽和速率，可用于6G场景。
- 无线数据中心：可降低线缆维护和散热成本，提高数据中心通信效率。
- 安全接入通信：利用高路损和指向性，用于安全支付、超高速安全下载等场景。
空间通信：
- 太赫兹波可穿透等离子体鞘，实现星间、星地间高速通信。
- 可通过卫星、无人机、飞艇等平台实现空天地一体化通信。
微小尺度通信：
- 未来可能实现毫微尺寸甚至微纳尺寸的收发设备，用于片上通信、纳米传感器网络等。
- 需结合微纳技术和新型材料，推动从宏观到微观的多尺度通信。

关键器件及模块：
- 太赫兹通信链路调制技术主要有光电结合和全固态电子方案。
- 太赫兹发射源、倍频器件、功放、调制解调器等关键器件，目前功率、效率和集成度不足。
- 需发展异质集成技术，实现高集成度、高性能、多功能的单片电路。
天线技术：
- 需要超宽带、小型化、集成化的天线阵列，克服高路径损耗。
- 纳米材料和石墨烯等超材料可能用于天线设计。
超宽带采样与高速基带处理：
- 太赫兹频段需要高采样速率的数模转换芯片和高速基带处理能力。
- 需要研发低成本、低功耗的超宽带数模转换芯片，或研究低量化精度信号处理系统。
传播特性与信道建模：
- 太赫兹波在大气中传播面临衰减、相移、到达角变化等挑战。
- 需进行信道建模，包括参数化统计模型、确定性模型和半确定性模型。
- 目前缺乏全面的太赫兹信道实测数据，需加强实测研究。
空口技术：
- 超大规模阵列天线、波束赋形、MIMO等技术是重点研究方向。
- 需解决波束训练、系统误差、高功耗等问题，提升通信稳定性。

国际产业进展：
- 美国：DARPA和NASA投入大量资源，贝尔实验室实现0.625THz通信系统。
- 欧洲：多个研究项目如TERAPOD、DREAM等，推动太赫兹通信研究。
- 日本：NTT实现0.12THz通信系统，计划在2030年实现6G战略。
- 韩国：LG、三星等公司参与6G研究，与国际厂商合作。
国内产业进展：
- 多个研究机构（如电子科技大学、中国工程物理研究所等）在太赫兹通信原型系统方面取得进展。
- 国内已实现0.14THz和0.22THz频段的通信系统，具备较高传输速率。
- 国内太赫兹通信研究主要集中在高校和科研机构，产业化进程较慢。
产业发展建议：
- 技术研究：需加强太赫兹通信关键器件、天线、物理层等核心技术研发。
- 标准化：需参与ITU、IMT-2030、CCSA等标准组织，推动技术标准化。
- 产业合作：需联合高校、科研机构、设备厂商和运营商，构建产学研用合作生态。
- 政策支持：国家需加大政策扶持和产业引导，加快太赫兹通信产业化进程。

愿景目标：
- 太赫兹通信将与其他低频段网络融合，广泛应用于地面、空间、微观等多维度通信场景。
- 成为未来6G通信的重要支撑技术，推动空天地海一体化通信。
推进计划：
- 第一阶段（2021年）：建立技术联合创新合作关系，成立太赫兹通信开放实验室。
- 第二阶段（2022-2023年）：以冬奥会为试点，推动太赫兹通信应用场景和系统研发。
- 第三阶段（2023-2025年）：实现关键技术突破，推动标准化和产业化发展。
- 中国联通将从关键技术研究、标准化推动、产业合作交流三方面同步推进。

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[5] Z Ch

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