中国联通太赫兹通信技术白皮书_45页_596kb

中国联通太赫兹通信技术白皮书总结

核心内容概述

本白皮书由中国联通发布，旨在探讨太赫兹通信技术在6G时代的发展潜力、技术特点、应用场景及关键挑战，提出中国联通对太赫兹通信技术发展的初步规划与推进计划，为产业界提供参考与合作方向。

主要观点与关键信息

1. 太赫兹通信技术发展需求

• 从1G到5G，通信技术呈现“十年一变革”的规律，6G技术研究已在全球展开。
• 太赫兹通信是6G的重要候选技术之一，具有丰富的频谱资源和独特物理特性。
• 太赫兹技术具有高带宽、高速率、高安全性等优势，是实现未来超宽带通信的关键。

2. 太赫兹通信技术特点

• 频谱特性：太赫兹波位于0.1THz-10THz，兼具微波的穿透性和光谱的分辨特性。
• 超大带宽与超高速率：支持高达几十GHz带宽，未来可能实现太比特级通信速率。
• 高传播损耗：太赫兹波在自由空间传播时损耗远大于毫米波，适合短距离通信。
• 超大规模天线技术：通过大规模天线阵列和波束赋形技术，提升通信覆盖和定位精度。
• 通感融合：太赫兹通信可与高精度定位、3D成像等技术融合，用于多种未来通信场景。

3. 太赫兹通信应用场景

• 地面无线通信：

  • 无线回传：可用于替代光纤，实现高速数据传输。
  • 固定无线接入（FWA）：适用于6G超高速率通信需求。
  • 无线数据中心：支持超高速率，降低线缆成本和功耗。
  • 安全接入通信：适用于安全支付、超高速下载等场景。
  • 无线局域网/个域网（WLAN/WPAN）：支持未来6G超高速率通信需求。

• 空间通信：

  • 可用于星间、星地间通信，穿透等离子体鞘层。
  • 支持空天地海一体化通信，搭载卫星、无人机等平台。

• 微小尺度通信：

  • 未来有望实现毫米级甚至纳米级通信设备，用于片上通信、纳米传感器网络等。

太赫兹通信关键技术及挑战

4.1 太赫兹关键器件及模块

• 链路调制技术：包括光电结合和全固态电子混频两种方案，各有优劣。
• 关键器件：如发射源、倍频器件、功放、调制解调器等，需突破材料和工艺限制。
• 天线技术：需发展超宽带、小型化、集成化的天线阵列，以应对高路径损耗。
• 超宽带采样与高速基带处理：需解决数模转换和基带处理的高复杂度和高功耗问题。

4.2 太赫兹传播特性及信道建模

• 传播特性：太赫兹波在大气中传播受水分子、氧气、雨滴等影响，需选择合适的频率窗口。
• 信道建模：包括参数化统计建模、确定性建模和半确定性建模，需大量实测数据支撑。
• 信道衰减分析：太赫兹波在雨天、雾天等恶劣天气下衰减严重，需优化信道模型。

4.3 太赫兹通信空口技术

• 超大规模天线阵列：支持高增益、窄波束通信，需解决波束训练、系统误差等问题。
• 物理层设计：包括帧结构、波形设计、调制编码等，需满足超大带宽和高速率需求。
• 资源调度管理：需开发灵活的频谱资源管理方案，以适应太赫兹通信的高带宽特性。

太赫兹通信产业进展及发展建议

5.1 标准化进展

• ITU：已划分部分太赫兹频段用于6G通信，推动标准化进程。
• IEEE：制定太赫兹通信标准，如IEEE 802.15.3d，支持太赫兹点对点通信。
• 3GPP：预计2023-2026年启动6G研究，2026-2028年启动标准制定。
• CCSA：推动B5G/6G相关研究，涵盖无线通信和光通信等技术方向。

5.2 国际产业进展

• 美国：在太赫兹通信和6G研究方面处于领先地位，如贝尔实验室、FCC政策支持。
• 欧洲：开展多项太赫兹通信研究项目，如TERAPOD、DREAM等。
• 日本：NTT在太赫兹通信领域取得重要进展，如0.12THz系统，推动6G战略。
• 韩国：设立太赫兹研究计划，推动6G核心技术研发。

5.3 国内产业进展

• 政府支持：多个部委设立太赫兹相关研究计划，如“863”项目、自然科学基金等。
• 科研机构：电子科技大学、中国工程物理研究所、中科院上海微系统所等在太赫兹通信原型系统和关键器件方面取得进展。
• 研究成果：如0.14THz和0.22THz原型系统，支持高速通信和多用户场景。

5.4 发展建议

• 技术研发：需加强关键器件、天线、物理层等核心技术研发。
• 政策扶持：建议国家加大太赫兹通信相关课题和项目的投入，推动标准化和产业化。
• 产学研用结合：鼓励运营商、高校、科研机构和企业联合推进技术研究和应用试点。
• 产业生态构建：推动产业链上下游协同合作，形成完善的太赫兹通信生态。

中国联通太赫兹通信愿景与推进计划

6.1 愿景目标

• 太赫兹通信将作为6G通信的重要支撑技术，广泛应用于地面、空间和微小尺度通信。
• 与低频段网络融合组网，实现多维度、多尺度通信，支撑未来信息交互需求。

6.2 推进计划

• 2021年：与国内产业机构建立技术联合创新合作关系，成立开放实验室。
• 2022-2023年：依托冬奥会等场景开展太赫兹通信试点应用，推动系统研发。
• 2023-2025年：实现关键技术突破，推动行业标准制定和产业生态构建。

总结与展望

• 太赫兹通信具有超大带宽、超高速率、高安全性等优势，是未来6G的重要候选技术。
• 尽管面临高传播损耗、器件性能不足、标准化不成熟等挑战，但随着技术突破和产业推进，太赫兹通信有望成为6G时代的重要支撑。
• 中国联通将积极发挥运营商作用，推动技术研究、标准化和产业合作，构建太赫兹通信生态，助力6G发展。

参考文献

[1] 6G Flagship University of Oulu. Key drivers and research challenges for 6G ubiquitous wireless intelligence (6G research visions 1 September 2019)
[2] 杨鸿儒，李宏光．太赫兹通信技术研究进展[J].应用光学，2018，39(1)：12.21.
[3] Friis HT. A note on a simple transmission formula[J]. Proceedings of the IRE, 1946, 34(5): 254-256
[4] P. Hillger, J. Grzyb, R. Jain and U. R. Pfeiffer, Terahertz Imaging and Sensing Applications with Silicon-Based Technologies[J]. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 9, no. 1, pp. 1-19, Jan. 2019
[5] Z Chen, X Y Ma, B Zhang, et al., A Survey on Terahertz Communications[J]. China Communications, 2019,2.
[6] B. Peng, T. Kurner, A stochastic channel model for future wireless THz data centers[C]. Proc. International Symposium on Wireless Communication Systems, 2015: 741-745.
[7] J. Y. Shin, E. G. Sirer, H. Weatherspoon, D. Kirovs ki, On the feasibility of completely wireless data centers[J]. IEEE ACM Transactions on Networking, 2013, 21(5): 1666-1679.
[8] S. A. Mamun, S. G. Umamaheswaran, A. Ganguly, et al., Performance Evaluation of a Power-Efficient...