1、 1太赫兹通信技术报告2021 年年 9 月月 版权声明版权声明 Copyright Notification 未经书面许可 禁止打印、复制及通过任何媒体传播 2021 IMT-2030（6G）推进组版权所有 3太赫兹通信技术报告目录1.1 基本原理/61.2 国内外研究进展/61.3 国内外标准化进展/92.1 地面通信应用/102.2 非地面通信应用/112.3 微系统通信应用/115.1 国内外研究现状/245.2 模型研究方法和思路/255.3 室内环境测量与结果分析/265.4 信道仿真平/275.5 多天线信道模型/287.1 太赫兹通信核心器件产业化/327.2 太赫兹通信关键技

2、术产业化/357.3 太赫兹通信系统产业化/36 3.1 太赫兹半导体技术/133.2 发射端核心器件/133.3 接收端核心器件/143.4 太赫兹调制电路/164.1 调制解调技/164.2 高速大带宽基带信号处理技术/184.3 大规模天线技术/194.4 波束对准与跟踪技术/204.5 信道编码技术/214.6 无线组网技术/21第一章 太赫兹通信概述/6第二章 太赫兹通信应用场景/10第五章 太赫兹传播特性测量与建模/24第七章 国内太赫兹通信产业化进程 32参考文献/40贡献单位/44第六章 国内太赫兹通信系统原型验证近况/29第八章 总结/39第三章 太赫兹通信核心器件/13第四

3、章 太赫兹通信关键技术/16太赫兹通信技术报告4图目录图 1-1 太赫兹频谱频段/6图 1-2 美国贝尔实验室的 0.625THz 通信系统/7图 1-3 日本 NTT 的 120GHz 通信系统实物与实验场景/7图 1-4 WRC-2019 议题 1.15 太赫兹频谱划分情况/9图 2-1 热点地区超宽带覆盖/10图 2-2 固定无线接入/10图 2-3 高速无线回传/10图 2-4 无线数据中心/10图 2-5 数据亭数据卸载服务/11图 2-6 空天地一体化通信应用场景/11图 2-7 片上通信/11图 2-8 用于健康监测的纳米体域网/12图 3-1 不同工艺的 fmax/fT 性能/

4、13图 4-2 太赫兹频段在不同传输距离下的路径损耗 30/17图 4-3 非正交波形（NOW）收发机框图/17图 4-4 （1）6G候选波形在 QPSK下的PAPR 性能，（2）6G 候选波形的 OOBE 性能，（3）未考虑 PA back-off 的吞吐量性能；（4）考虑 PA back-off 的吞吐量性能/18图 4-5 使用不同精度的 ADC 功率开销对比/19图 4-6 大规模 MIMO 天线阵列的混合天线架构 45/20图 4-7 太赫兹无线组网示意/22图 4-8 吞吐量和数据包成功传输率/23图 5-1 太赫兹多径信道中的四种传输方式：(a)可视线；(b)反射；(c)散射；(

5、d)折射/24图 5-2 会议室测量场景示意/26图 5-3 会议室场景测量路径损耗和理论路径损耗/27图 5-4 信道仿真流程/27图 5-5 太赫兹超大规模 MIMO 传播信道 57/28图 6-1 中国工程物理研究院 0.14 THz 太赫兹通信系统/29图 1-1 太赫兹频谱频段/6图 1-2 美国贝尔实验室的 0.625THz 通信系统/7图 1-3 日本 NTT 的 120GHz 通信系统实物与实验场景/7图 1-4 WRC-2019 议题 1.15 太赫兹频谱划分情况/9图 2-1 热点地区超宽带覆盖/10图 2-2 固定无线接入/10图 2-3 高速无线回传/10图 2-4 无

6、线数据中心/10图 2-5 数据亭数据卸载服务/11图 2-6 空天地一体化通信应用场景/11图 2-7 片上通信/11图 2-8 用于健康监测的纳米体域网/12图 3-1 不同工艺的 fmax/fT 性能/13图 4-2 太赫兹频段在不同传输距离下的路径损耗 30/17图 4-3 非正交波形（NOW）收发机框图/17图 4-4 （1）6G候选波形在 QPSK下的PAPR 性能，（2）6G 候选波形的 OOBE 性能，（3）未考虑 PA back-off 的吞吐量性能；（4）考虑 PA back-off 的吞吐量性能/18图 4-5 使用不同精度的 ADC 功率开销对比/19图 4-6 大规模

7、 MIMO 天线阵列的混合天线架构 45/20图 4-7 太赫兹无线组网示意/22图 4-8 吞吐量和数据包成功传输率/23图 5-1 太赫兹多径信道中的四种传输方式：(a)可视线；(b)反射；(c)散射；(d)折射/24图 5-2 会议室测量场景示意/26图 5-3 会议室场景测量路径损耗和理论路径损耗/27图 5-4 信道仿真流程/27图 5-5 太赫兹超大规模 MIMO 传播信道 57/28图 6-1 中国工程物理研究院 0.14 THz 太赫兹通信系统/29 5太赫兹通信技术报告表目录表 1-1 国内太赫兹科研机构及研究课题/8表 4-1 PA 功率开销对比/19表 4-2 ADC 功

8、率开销对比/19表 4-3 太赫兹通信主要应用场景及组网形式/23表 5-1 信道建模方法的优缺点对比/25表 5-2 华为 140 GHz 信道测量/26表 5-3 信道参数/27表 5-4 信道参数相关性矩阵 27表 7-1 国内外功率放大器芯片性能对比/33表 7-2 国内外低噪放芯片性能对比表 7-3 国内外倍频器性能对比/34表 7-4 国内外混频器性能对比表 7-5 国外典型的太赫兹通信系统/37表 7-6 国内典型的太赫兹通信系统/38图 6-2 浙江大学 0.4THz 光电结合方式的多通道太赫兹通信系统/29图 6-3 太赫兹高清视频实时传输系统/30图 6-4 太赫兹远距离传

9、输测试场景/30图 6-5 华为公司太赫兹通信原型长距（3.6 公里）传输验证/30图 6-6 华为公司太赫兹高精度感知成像验证/31图 6-7 面向 6G 多网融合的多维复用光纤-太赫兹通信概念图/31图 6-9 基于波分复用与天线极化复用的多维复用光纤-太赫兹通信系统/31图 6-10 基于波分复用与光空分复用的多维复用光纤-太赫兹通信系统/31表 1-1 国内太赫兹科研机构及研究课题/8表 4-1 PA 功率开销对比/19表 4-2 ADC 功率开销对比/19表 4-3 太赫兹通信主要应用场景及组网形式/23表 5-1 信道建模方法的优缺点对比/25表 5-2 华为 140 GHz 信道

10、测量/26表 5-3 信道参数/27表 5-4 信道参数相关性矩阵 27表 7-1 国内外功率放大器芯片性能对比/33表 7-2 国内外低噪放芯片性能对比表 7-3 国内外倍频器性能对比/34表 7-4 国内外混频器性能对比表 7-5 国外典型的太赫兹通信系统/37表 7-6 国内典型的太赫兹通信系统/38图 6-2 浙江大学 0.4THz 光电结合方式的多通道太赫兹通信系统/29图 6-3 太赫兹高清视频实时传输系统/30图 6-4 太赫兹远距离传输测试场景/30图 6-5 华为公司太赫兹通信原型长距（3.6 公里）传输验证/30图 6-6 华为公司太赫兹高精度感知成像验证/31图 6-7

11、面向 6G 多网融合的多维复用光纤-太赫兹通信概念图/31图 6-9 基于波分复用与天线极化复用的多维复用光纤-太赫兹通信系统/31图 6-10 基于波分复用与光空分复用的多维复用光纤-太赫兹通信系统/31太赫兹通信技术报告61.2 国内外研究进展第一章 太赫兹通信概述1.1 基本原理太赫兹具有高频率、大带宽、低电磁辐射，且对非极性物质具有很好的穿透性的特点，早在 2000年初，国外就启动太赫兹技术相关研究，并进行了太 赫 兹（Terahertz，THz）波 是 指 位 于0.1THz10THz 频率范围的电磁波，在整个电磁波谱中位于微波和红外波频段之间，如图 1-1 所示。由于在电磁波谱的特

12、殊位置，太赫兹既具有微波频段的穿透性和吸收性，又具有光谱分辨特性。太赫兹通信是以太赫兹频段作为载波实现无线通信的技术。由于太赫兹频段具有超大带宽的频段资源可供利用，支持超高的通信速率。因此，太赫兹通信被认为是达成 6G 太比特每秒（Tbps）通信速率的重要空口技术备选方案，有望应用在全息通信、微小尺寸通信、超大容量数据回传、短距超高速传输等场景。同时，利用太赫兹通信信号的带宽超大的特点，进行网络和/或终端设备的高精度定位和高分辨率感知成像，也是太赫兹通信应用的扩展方向。图 1-1 太赫兹频谱频段一些实践应用。美国的研究相对突出，具有全球领先的技术发展和产业化水平。其中，以国防部高级研究计划署（

13、DARPA）、国家航空与航天局（NASA）、国家能源局等部门牵头，自 2009 年起，就投入大量经费和科研力量，进行太赫兹关键组件的研制和系统的研发，主要的频段范围集中在 0.11THz，应用场景包括移动自组网空间通信、机载大容量远距离通信等。此外，众多研究机构（如纽约大学、麻省理工、乔治亚理工大学、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校等）和重要的国家实验室（如 JPL 实验室、洛斯阿拉莫斯实验室等）也积极开展太赫兹相关技术研究，取得不错的技术成果 1。图 1-2 展示的美国贝尔实验室 0.625THz 通信实验系统 2，是目前全电子方式实现的最高载波频率的太赫兹通信系 统。最近两年，美国正在积极

14、推动太赫兹通信和相关应用的产业化。其中标志性的事件包括：1)2018年 2 月，美国联邦通信委员会（FCC）批准一项名为“Spectrum Horizons”的 NPRM，对未来移动通信应用开放了从 95GHz 到 3THz 频段，鼓励相 7太赫兹通信技术报告图 1-2 美国贝尔实验室的 0.625THz 通信系统 2,3图1-3 日本NTT的120GHz通信系统实物与实验场景3,4关产业机构加入到太赫兹无线移动通信的应用研究中，该报告和命令于 2020 年 8 月 24 日由美国国家电信与信息管理机构（NTIA）批准正式生效；2)美国工业伙伴联盟和 DARPA 共同创建了 ComSenTer

15、研究中心和产业联盟，开发太赫兹无线传输和感知应用技术。欧洲太赫兹通信技术研究，主要依托两个欧盟框架计划：“Horizon 2020（地平线 2020）”和“Horizon Europe（地平线欧洲）”。通过上述两个计划，欧盟投资了至少千万欧元启动了多个跨国的太赫兹研发项目，包括：WORTECS（研究太赫兹异构组网技术）、EPIC（研究 Tpbs 传输前向纠错编码技术）、TERAPAD（研究局域网场景下超大带宽无线接入技术）、ULTRAWAVE（研究超高容量回传网络技术）、DREAM（研究可重构 Mesh 网络技术）等。2017 年，欧盟基于“地平线欧洲”计划开始 6G 通信技术研发，届时网络峰

16、值数据达 Tbps量级，而超高速太赫兹通信技术是达成上述目标的核心技术之一。日本政府将太赫兹技术列为未来十年十大关键科学技术首位。2006 年，日本电报电话公司 NTT完成世界上首例太赫兹通信演示，并在 2008 年成功用于北京奥运会的高清转播，如图 1-3 所示。该系统工作频点 120GHz，传输距离可达 15 公里。目前 NTT 正在全力研究 0.50.6THz 高速大容量无线通信系统，并计划在 2021 年东京奥运会上实现100Gbit/s 的太赫兹高速无线局域网通信。国内的太赫兹技术研究起步稍晚。2005 年，科技部、中科院、国家自然科学基金委联合召开了“太赫兹科学技术”主题的香山科学

17、会议，标志我国太赫兹研究战略的启动。随后，科技部等多个相关部委陆续设立了太赫兹相关研究计划，如 2010 年“毫米波与太赫兹无线通信技术开发”863 计划专项，2018 年“太赫兹无线通信技术与系统”科技部重大专项，2019 年“太赫兹核心器件与收发芯片”国家自然科学基金委移动网络专项等。另一方面，国内以高校和研究院所为代表的科研机构也积极投入太赫兹研究，并以不同形式进行了互通协作，共同推动国内太赫兹技术和产业进展。经过十余年的技术发展，以电子科技大学、中国工程物理研究所、中电13所、中科院上海微系统所、天津大学、湖南大学、浙江大学、复旦大学等众多高校和科研院所为代表的国家太赫兹相关研究单位，

18、都在太赫兹核心关键器件和通信原型系统的开发上取得了众多技术成果5-8，接近或部分达到了世界先进水平，具体如下表所示。太赫兹通信技术报告8表 1-1 国内太赫兹科研机构及研究课题研究单位研究课题中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹量子器件及其成像电子科技大学大功率太赫兹源、新型太赫兹源、太赫兹准光器件、太赫兹通信、太赫兹有源超表面、太赫兹成像系统前段关键技术、太赫兹高速直接调控器件及应用上海理工大学太赫兹 TDS 系统、太赫兹纳米光子学中科院电子学研究所太赫兹成像中电 41 所太赫兹倍频源中电 13 所太赫兹混频器、倍频器、放大器天津大学太赫兹波谱成像、太赫兹辐射源、太赫兹光纤激光技术武汉

19、理工大学太赫兹微带天线阵列紫金山天文台太赫兹倍频器北京大学太赫兹自由电子激光器放大器清华大学基于 SiGe BiCOMS 工艺的太赫兹功率放大器哈尔滨工业大学THz 成像探测技术南开大学太赫兹功能材料电磁特性与器件研究、铁磁纳米颗粒诱导调控增强的太赫兹液晶相移器复旦大学太赫兹波波导武汉光电国家实验室太赫兹光通信器件，太赫兹技术，生物医学光子学华为技术有限公司太赫兹通信感知与高精度定位浙江大学光电调制器件、光电结合方式太赫兹通信系统中国工程物理研究所太赫兹源、太赫兹半导体器件、太赫兹通信系统上海交通大学太赫兹信道 9太赫兹通信技术报告图 1-4 WRC-2019 议题 1.15 太赫兹频谱划分情

20、况1.3 国内外标准化进展在太赫兹无线通信频谱分配方面，国际电信联盟（ITU）已经完成 100275 GHz 频率范围内各用频业务的频率划分工作，其中，为陆地移动业务和固定业务分配的全球统一标识频谱有 97.2 GHz。在2019 年世界无线电大会（WRC-19）上，基于 WRC-15第767号决议和WRC-19第1.15议题研究结果，大会又为陆地移动业务和固定业务在 275450 GHz频率范围内新增 275296GHz、306313GHz、318-333GHz、356450GHz 四个全球标识的移动业务频段，新增频谱带宽合计 137GHz，如图 1-4 所示。在太赫兹无线通信空口技术标准上

21、，美国电气电子工程师学会（IEEE）在 2008 年在 IEEE 802.15工 作 组 下 设 立 了 太 赫 兹 兴 趣 组（IG THz，THz Interest Group），探讨 2753000 GHz 频率范围内太赫兹通信和相关网络应用的可行性。后续，该兴趣组转为 IEEE 802.15.3d 任务组。2017 年，该任务组发布了 IEEE Std.802.15.3d-20179，定义了符合 IEEE Std.802.15.3-2016 的无线点对点物理层，频率范围为 252GHz 到 325GHz，是第一个工作在300GHz 的无线通信标准。2019 年，IMT-2030（6G）

22、推进组无线技术工作组成立了太赫兹通信任务组，将太赫兹通信为未来 6G 通信的重要候选技术，召集各相关产学研用单位，研究讨论太赫兹通信关键技术、应用愿景和标准化等方面的工作，这为太赫兹通信进入 IMT 通信技术标准奠定了研究和产业共识基础。IEEE 通信学会旗下的太赫兹通信特别兴趣组（ComSoc Special Interest Group(SIG)on Terahertz Communications）已于2021年7月成立，将在国内外组织太赫兹通信领域的研讨会、讲座等各类活动。上海交通大学、电子科技大学、华为等工作组成员单位已积极与其中。太赫兹通信技术报告10第二章 太赫兹通信应用场景2.

23、1 地面通信应用太赫兹具有超大带宽的频率资源可供使用，系统的峰值速率可能达到 Tbps 以上，适合地面超高速无线通信。超高速无线移动场景6G 时代的通信业务应用，例如全息通信、高质量视频在线会议、增强现实/虚拟现实、3D 游戏等，对数据速率、时延和连接数等网络 KPI 的需求与 5G 相比可能呈现数量级增长，太赫兹通信能够满足上述技术需求，可用于为热点地区提供超高速网络覆盖，作为宏蜂窝网络的补充，提供超宽带无线通信服务。高速无线回传场景太赫兹无线收发设备可以用于代替光纤或电缆实现基站数据的高速回传，节省光纤部署成本，在高山、沙漠、河流等无法部署光纤的区域应用太赫兹无线链路实现高速数据传输，作为

24、光纤的延伸。目前国内外已有的太赫兹原型通信系统已具备超高速无线数据传输能力，未来需要发展的技术重点是相关功能设备的低功耗、低成本和小型化。固定无线接入场景FWA（Fixed Wireless Access,固定无线接入）是在 5G 已实现商用的一种通信场景，目前较多应用毫米波技术实现。由于太赫兹通信可以支持的带宽和速率会远远大于毫米波频段，未来可应用于 FWA 场景，用于满足 6G 通信能力需求。无线数据中心场景随着云服务应用需求的不断增加，对数据中心服务器/服务器群（Server Farms）的应用需求也快速增长。传统的数据中心服务器架构基于线缆连接，海量线缆的空间占用和维护成本较高，对于数

25、据中心的散热成本和服务器性能都有一定影响。太赫兹以其超高通信速率特点，被认为可广泛应用于无线数据中心，用以降低数据中心空间成本、线缆维护成本和功耗，有较多相关研究成果发表10-13。图 2-1 热点地区超宽带覆盖图 2-3 高速无线回传图 2-2 固定无线接入图 2-4 无线数据中心 11太赫兹通信技术报告2.2 非地面通信应用2.3 微系统通信应用 数据亭下载场景数据亭（Data Kiosk），即具有超高数据传输能力的数据站点，是太赫兹另一个极具潜力的应用场景。数据亭可以分布在公共场所，例如机场、火车站、购物中心、交通拥堵等拥挤的地方，可以同时为一个用户（点对点）或者多个用户（点对多点）提供

26、短时超高速率数据下载服务 14-15。此外，还可以部署在加油站和交通拥堵频繁的道路上，可以为汽车更新 3D 4K 地图视频，或者可以为车内乘客提供多媒体内容下载服务等。太赫兹波在外层空间中基本可做到无损传播，通过极低的功率就可实现超远距离传输。如果未来太赫兹天线系统可以实现小型化、平面化，太赫兹通信系统可通过搭载卫星、无人机、飞艇等天基平台和空基平台，作为无线通信和中继设备，应用于卫星集群间、天地间和千公里以上的星间高速无线通信场景，实现未来的空天地海一体化通信。空天地一体化网络 16 是以地基网络为基础，天基网络和空基网络为补充和延伸，为广域空间范围内的各种网络应用提供泛在、智能、协同、高效

27、的信息保障基础设施。在覆盖方面，空天地一体化通信网络可以提供空、天、海、地的广域覆盖，特别是人迹罕至的偏远地区、农村地区、空中和海面上；在业务方面，空天地一体化通信网络可以提供回传、中继、应急通信、广播通信、宽带接入、个人移动、行业应用和物联网服务等，对时延的需求不太敏感。因此，空天地一体化网络可应用于偏远赫兹波长极短，随着太赫兹通信技术的持续突破和发展，未来有望实现毫微尺寸甚至是微纳尺寸的收发设备和组件，在极短距离范围内实现超高速数据链应用。随着石墨烯等新型材料技术的兴起与发展，太赫兹通信除了传统的宏观尺度应用，还有望作为无线纳米网络通信频段，用于芯片的高速数据传输的片上/片间无线通信等，支

28、持健康监测系统的可穿戴或植入式太赫兹设备，用于纳米体域网、纳米传感器网络等多种微小尺度通信应用场景，实现从宏观通信到微观通信的 6G 网络覆盖。图 2-5 数据亭数据卸载服务图 2-6 空天地一体化通信应用场景地区通信、应急通信、高速移动终端、物联网、遥感遥测等。图 2-7 片上通信太赫兹通信技术报告12微小尺度通信带有明显的 6G 愿景特征，从目前太赫兹通信的技术能力来看，未来需要通过将太赫兹技术与微纳技术的结合，以及新型材料和工艺技术的进展突破，实现毫微尺寸、高效率、低成本的太赫兹通信收发器件与设备。图 2-8 用于健康监测的纳米体域网 17 13太赫兹通信技术报告图 3-1 不同工艺的

29、fmax/fT 性能第三章 太赫兹通信核心器件太赫兹电路是实现太赫兹系统的关键，它的性能直接影响着系统性能优劣。近二十年来，太赫兹电路的研究正如火如荼地开展，引发了业界的高度关注和积极探索。现在支持高于 100GHz 应用的设备技术方面有了多种选择，如图 3-1 所示。太赫兹通信系统主要是太赫兹发射源和接收机，涉及的核心电路包括：倍频器、混频器、调制解调器、低噪声放大器等。目前，业界对太赫兹电路技术的研究，正朝着更高频段（超过 1THz）、更低损耗、更高效率的方向发展。基于 III-V 族化合物半导体晶体管工艺的芯片集成电路，虽然发展缓慢且耗资巨大，也还是引发了广大科研工作者的高度关注和积极探

30、索。3.1 太赫兹半导体技术3.2 发射端核心器件太赫兹半导体技术主要指的是利用二极管或晶体管等非线性器件，实现太赫兹频段的倍频、混频、放大等功能电路，从而构成太赫兹发射和接收前端，实现对特定频率太赫兹波的产生和探测。肖特基势垒二极管是一种可常温工作、导通电压较低、反向恢复时间极短的二极管，目前太赫兹频段肖特基势垒二极管主要基于砷化镓（GaAs）材料，这主要是因为砷化镓拥有较高的饱和电子速率及电子迁移率，使得砷化镓可以应用于高于高品质的太赫兹频率源是太赫兹系统应用的关键，它的性能在很大程度上决定了系统的性能。目前，太赫兹固态频率源正在向着更高频率、更大功率、更宽频带、单片集成、超低相噪等方向发

31、展。倍频器倍频器是利用二极管的非线性特性实现频率倍增功能的有源电路，是太赫兹固态频率源的核心。在太赫兹通信系统中，倍频源的主要作用是为变频器提供本振驱动信号，从而满足通信系统的正常工作。目前美国 VDI 公司基于 GaAs 二极管已经实现了 1THz 频段的倍频链路，在常用的 220GHz、340GHz、420GHz 等频段的频率源的输出功率均在10mW 以上，可满足变频器的驱动功率需求。同时，德国的 ACST 公司、英国的卢瑟福阿普尔顿实验250GHz 的场合。GaAs 基肖特基二极管是太赫兹固态有源电路采用的主流器件，以美国 VDI 公司为代表，从上世纪六十年代开始研究，已经非常成熟，并实

32、现产业化。目前器件截止频率已经大于30THz，混频器、倍频器的工作频率基本覆盖了太赫兹频段。同时，芯片集成化也成为太赫兹频段半导体技术研究的重中之重。用于太赫兹频段放大器的半导体器件，可以按照半导体材料简单地分成两类，一类是 Si 基器件，另一类是-族化合物基器件。Si 基器件主要为互补金属氧化物半导体（CMOS）器件和 SiGe 双极互补金属氧化物半导体（BiCMOS）器件，-族化合物器件主要包括 GaAs 赝配型高电子迁移率晶体管（PHEMT）器件、GaAs 改性高电子迁移率晶体管（MHEMT）器件、InP HEMT器件、InP HBT 器件和 GaN HEMT 器件。太赫兹通信技术报告1

33、4室、爱尔兰的 Farran 公司等研究机构在太赫兹倍频源方面也有诸多建树。国内方面，电子科技大学，中国电子科技集团公司第十三研究所，中国工程物理研究院等研究机构经过技术追赶，在 110GHz、220GHz、340GHz 等频段的太赫兹频率源也基本满足了应用需求 18-20。功率放大器功率放大器通常位于通信系统发射机的末级，与上变频器相连接，其功率放大性能决定了通信系统的作用距离。功率放大器的核心指标是放大器增益，直接影响着通信系统的实际作用距离。目前功率放大器普遍采用基于 InP HBT/DHBT 的器件，该器件由发射极、集电极和基极组成，具有高频率、高功率的特点，因而可以应用于太赫兹功率放

34、大器的研究，InP HBT器件还具有相位噪声低、频带宽、集成能力高的特点，十分适合于线性功放和超高速电路的设计。目前美国 Teledyne 公司在 InP HBT 器件研究中处于世界领先，德国 IAF 研究所、美国诺格公司等研究机构紧随其后。基于 InP HEMT 的太赫兹功放目前在 220 GHz 频段已经实现了输出功率大于200 mW21，可支持公里级的太赫兹通信需求。国内在太赫兹 InP HBT/DHBT 技术方面起步较晚，实现的功放也集中于 200GHz 以下，中国电子科技集团公司第十三、第五十五研究所、中国科学院微电子研究所等目前正在积极的推进 220GHz 以上频率功率放大器的相关

35、研究工作。3.3 接收端核心器件太赫兹频段的接收机中，外差接收是应用最为广泛的接收体制。在外差接收体制中，系统的关键电路通常包括实现频率变换、信号产生和信号放大功能的电路。变频器变频器是利用肖特基势垒二极管的非线性特性实现频率变换功能的有源电路，是超外差接收系统中的核心电路之一。通信系统中，变频器的主要作用是将中频基带信号搬移至太赫兹频段进行发射（上变频），或将太赫兹频段传输信号搬移至中频频段送至基带进行解调（下变频）。变频器的核心指标是噪声温度和变频损耗，前者影响着接收机的噪声性能，后者则决定了太赫兹频段信号变频至中频频段信号的损耗。太赫兹变频器发展已有几十年的历史，技术相对成熟，目前，太赫

36、兹固态变频器正在向着高频率、低损耗、低噪声、宽频带、单片集成等方向发展，最高工作频率已达 5THz22。作为目前固态变频器的世界领先研究机构，美国弗吉尼亚二极管公司（VDI）的分谐波变频器的工作频率已经覆盖到 5THz，在常用的 220GHz、340GHz、420GHz 等频段的分谐波变频器的变频损耗的典型值分别为 8dB、10dB、12dB。同时，德国的 ACST 公司，英国的卢瑟福阿普尔顿实验室，巴黎天文台等研究机构在太赫兹分谐波变频器方面也具有诸多建树。国内方面，电子科技大学、东南大学、中国电子科技集团公司第十三研究所等研究机构经过近十年的技术追赶，在 140GHz、220GHz、340

37、GHz 等频段的分谐波变频器也基本达到了世界一流水平。低噪声放大器低噪声放大器作为通信系统接收机的第一级，其性能决定了整个接收机的性能。其重要作用是将微弱的传输信号功率放大，并尽可能的减小放大器自身的噪声对信号的干扰，以提高通信系统的信噪比。低噪声放大器的核心指标是噪声系数和放大器增益，前者影响着接收机的噪声性能，后者是对信号功率放大能力的体现，影响着通信系统的作用距离。目前，低噪声放大器主要基于 InP 器件，InP是重要的-族化合物材料之一，相比其他材料，InP 电子迁移率较高，但是禁带宽度较小，所以 InP基器件可以用来进行 THz 高频、高增益、低噪声的小信号放大器设计。在 InP H

38、EMT 电路研究方面，美国诺格公司（Northrop Grumman）处在行业领先的位置，该公司研制的 InP 放大芯片工作频率可达 600GHz 以 15太赫兹通信技术报告3.4 太赫兹调制电路近年来，太赫兹直接调制技术的发展，为解决太赫兹无线通信技术和成像技术中存在的一系列问题，提供了新的研究方向，为实现高效、高速太赫兹无线通信和快速、高分辨率太赫兹成像提供了新的技术解决途径。太赫兹准光调制器作为基于外部直接调制技术的太赫兹无线通信系统及太赫兹成像系统中的核心器件，其器件性能的提升对太赫兹系统的发展有着至关重要的作用。外部直接调制方式是针对空间中传输的太赫兹波进行直接调制。其不受太赫兹辐射

39、源性能的影响，可根据不同的通信距离和工作环境，灵活地选择输出功率和载波频率。太赫兹直接调制器具有很高的功率承载能力，可与多种太赫兹辐射源灵活搭配，特别适用于远距离太赫兹空间信息网络的组建。由于太赫兹波频率高、波长短，因此作为外部直接调制太赫兹无线通信系统的核心器件，太赫兹高速准光调制器的发展对于该系统的实际应用具有十分重要的影响。根据最新研究可以发现 27-29，包括相变材料在内的多种半导体材料被应用到器件的研究中，虽然调制方式多样化，但该类器件的发展较为缓慢。此外，有关太赫兹调相器的调相机理的研究鲜有报导。因此，研究相位调制的内在机制，增大器件的相移量是太赫兹准光相位调制器发展的迫切需求。上

40、。在 220GHz、340GHz 的常用频段，其噪声系数典型值为 6dB 和 8dB。同时，美国 Teledyne 公司，德国 IAF 研究所等研究机构也具有较强的太赫兹芯片研发能力 23-25。近五年来，国内投入了大量人力物力研究 InP HEMT 器件和电路，主要研究单位有中国电子科技集团公司第十三、第五十五研究所、中国科学院微电子研究所等，目前研制出的 220GHz 放大器性能良好 26。太赫兹通信技术报告16第四章 太赫兹通信关键技术4.1 调制解调技术鉴于太赫兹的信道特性，传统调制方式不能完全实现太赫兹频段的期望性能。图 4-1 描述了太赫兹频段路径损耗特性。众所周知，给定传输距离，

41、由于传播衰减损耗会随频率的增加而增大。几米的传输距离就能导致 100 dB 以上路径损耗。此外，分子吸收是影响太赫兹频段传输特性的一个重要因素。分子吸收导致的路径衰减分隔了许多传输窗，并且其位置和宽度都与传输距离紧密相关。在太赫兹频段，传输距离的微小变化会极大地影响其信道的大尺度传输特性，即传输窗带宽会急剧下降。例如，传输距离小于 1 米，太赫兹频段信道可呈现几乎 10 THz 的传输窗。然而，当传输距离从 1 米增加到 10 米时，传输窗带宽将下降至少 10%。太赫兹频段的这一特殊信道传输特性要求根据目标距离不同的应用场景（短距离场景、中长距离场景）并在相应的场景中选择合适的调制方式。对于短

42、距离场景，太赫兹通信调制方式的设计思路与超宽带通信类似，即低功耗、小尺寸、低复杂度。相比于传统的调制方式，基于脉冲的调制方案能够满足这些要求，更适合于短距离太赫兹高宽带通信。相关文献提出了一种时域扩展开关键控脉冲调制方案，通过发射百飞秒级时长的脉冲，实现太赫兹频带的超高速率传输 31。尽管这些脉冲的持续时间很短，但利用等离子波太赫兹收发器件可以检测以及解调出这些脉冲。这种调制方式主要适用于短距离场景，此时分子吸收损耗对信道不会有严重影响。对于中长距离场景，分子吸收的存在使得太赫兹频带的频谱窗口与传输距离具有密切关系，促使距离自适应通信调制方式的提出。此外，每个频谱窗口都具有数千兆赫兹到太赫兹的

43、超宽带带宽，并且可以划分为更窄的子窗口，允许并行多宽带传输。在太赫兹频段，多宽带调制技术能够根据传输距离动态调整传输波形，充分利用太赫兹信道可用带宽，允许对每个频谱子窗口的数据速率和发射功率进行动态调制，有利于降低功耗，提高传输距离 32。除了提高单用户的数据速率，还可以使用距离自适应调制技术对多个用户的可用带宽进行有效分配。距离自适应多用户调制技术将太赫兹频谱窗口中的中心子窗口分配给距离更远的用户，将边界子窗口分配给更近的用户，同时对不同用户进行功率自适应分配 33。这种用于太赫兹频段的距离自适应调制技术优于现有的毫米波调制技术以及非自适应调制技术。由于不同距离的用户具有不同的可用带宽以及解

44、调能力，上述距离自适应调制技术可以与传统的调制方式相结合，实现分层带宽调制技术 34。该技术在发射端采用多种调制阶数以及符号时间，在不同距离的用户接收端根据自身的可用带宽确定解调阶数以及符号时间，能够有效提高整个系统的数据速率。图 4-1 太赫兹频段在不同传输距离下的路径损耗 30 17太赫兹通信技术报告图 4-2 OFDM,DFT-s-OFDM,OTFS,DFT-s-OTFS太赫兹传输的峰值平均功率比图 4-3 非正交波形（NOW）收发机框图沿用 5G 空口的技术方案，需评估比较不同的波形设计方案，包括单载波基于傅立叶变换扩展的正交频分复用 DFT-s-OFDM 及其变体、多载波正交频分复用

45、 OFDM、以及正交时频空间 OTFS 在太赫兹信道和器件影响下的性能，如频谱效率、多普勒偏移的鲁棒性、峰值平均功率比、相位噪声、带外能量泄露等。针对太赫兹波形，上海交通大学韩充教授与诺基亚贝尔团队提出新型的基于傅立叶变换扩展的正交时频复用 DFT-s-OTFS 的设计方案，结合单载波与正交时频空间的优势，有效抵御太赫兹波段对多普勒偏移的敏感性，同时降低峰值平均功率比 35，比较结果如图 4-2。考虑到 6G 极致速率的需求，高频大带宽(高频段毫米波(mmWave)和太赫兹(THz)成为 6G 无线通信系统的主要的候选技术。然而高频大带宽系统受到功放（PA）非线性的制约，因此高功率效率（或低峰

46、均比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)）是 6G 的波形设计的重要指标，此外频谱效率（Spectrum Efficiency,SE）和带外泄露（Out-Of-Band-Emission,OOBE）仍然是波形设计的重要指标。DFT-s-OFDM 由 于 低 PAPR 的 特 点，且 在4G/5G 的上行得到初步应用，可以作为 6G 波形的候选方案。为了在保证 DFT-s-OFDM 低 PAPR 的基础上以合理的接收机复杂度实现 SE 提升,提出一种新的非正交波形（NOW）方案。NOW 将 DFT-s-OFDM 与时域 FTN 相结合，通过压缩整个 DFT-s-O

47、FDM 时域 OFDM 符号，实现在给定时间内传输更多的数据，从而在保证 DFT-s-OFDM 低 PAPR 的基础上提升 SE，如图 4-3 所示，NOW 在发射端完成传统 DFT-s-OFDM 方案的 CP Insertion 操作以后，添加 FTN Modulation 模块，具体包括 Up-sampling 与 Pulse-shaping 两部分操作，实现一个OFDM 符号的整体压缩。根据压缩因子进行调整的频域功率分配方法，进一步降低 NOW 的 OOBE。利用链路级仿真平台对 NOW 波形性能验证，结果如图 4-4 所示。提出的 NOW 波形与 CP DFT-s-OFDM 相比，约有

48、 1.3dB 的 PAPR 增益。在 QPSK下，与其他正交 DFT-s-OFDM 波形相比，在没有考虑 PA back-off 时，NOW 有 57%吞吐量增益；而在考虑 PA back-off 时，NOW 能够实现 85%的吞吐量增益。太赫兹通信技术报告18图 4-4（1）6G 候选波形在 QPSK 下的 PAPR 性能图 4-4（3）未考虑 PA back-off 的吞吐量性能图 4-4（2）6G 候选波形的 OOBE 性能图 4-4（4）考虑 PA back-off 的吞吐量性能4.2 高速大带宽基带信号处理技术太赫兹通信传输速率高、频带宽、射频非理想性突出，对超宽带信号采样、高速基带

49、信号处理、基带数字电路设计与实现带来极大的挑战，尤其需要突破低复杂度和低功耗的高速基带信号处理和集成电路设计技术，满足太赫兹通信系统对体积、功耗、复杂度等实用性技术要求。针对现有通信设备不能满足超大带宽太赫兹信号的数模转换和高速基带处理功能的问题，主要是受限于通信设备的 AD/DA 采样速率，需要研究低量化精度信号处理技术，具体包括比特量化与信号算法的联合优化设计、联合自适应量化门限单比特解调优化以及基于概率计算的低复杂度硬件集成电路设计等。针对太赫兹通信高频率和大带宽引入的复杂动态信道、混合失真、复合噪声、方向性强易被遮挡等不利影响，需要从不同层面研究适应于太赫兹硬件设备实现的低复杂度、高效

50、信号处理方法。针对太赫兹射频非理想特性和工程实现的约束，尝试根据现有的理论基础，设计适应于大带宽高数据速率的太赫兹通信波形和低复杂度的并行化基带信号处理架构，解决太赫兹超高传输速率的物理层设计和工程实现问题，让太赫兹通信在当前器件约束下走向实际应用。高频收发端功耗主要来源于 PA，DAC/ADC，本地振荡器，上下变频处理器和数字基带处理器。收发端的功耗主要与 PA，数模转换器的线性度、精度和硬件个数有关。收发端的架构和天线阵元个数均会影响收发端的功耗。随着天线阵元个数和频段的增加，PA的功耗逐渐增加。使用功率回退（backoff，BO）可以有效改善 PA 线性度，但是在高频和多天 19太赫兹通

51、信技术报告线的情况下，使用 BO 同样带来额外的功耗开销。ADC 的精度对功耗的影响很大，如图 4-5 所示。通过功耗分析可以发现，使用多个低精度的 ADC 代替高精度 ADC 具有更低的功耗可以在补偿量化损失的同时降低总体的功率开销。PA 和 ADC 的功耗与总功耗的比与收发端的架构有关，其功耗对比如下表 4-1，表 4-2。模拟和混合架构中 PA 功耗占主导。而低精度的 ADC 在不同架构中具有相似的功耗开销，远小于 PA 的功耗。随着精度的提升，ADC 的功耗迅速升高，引入大量的功率开销。因此，在设计收发端的时候，为了降低总的功耗，需要重点考虑 PA 的选择，并且尽可能的使用多个低精度的

52、 ADC 代替高精度 ADC，在满足性能需求的同时尽可能的降低功耗。图 4-5 使用不同精度的 ADC 功率开销对比表 4-1 PA 功率开销对比表 4-2 ADC 功率开销对比4.3 超大规模天线技术大规模甚至超大规模天线系统可以有效地克服太赫兹频段带来的非常严重的传输衰减。然而大规模天线上的太赫兹硬件设备具有很高的复杂度和功率损耗。一方面，传统的全数字天线架构（即每个天线阵元都接具备一个收发单元）要求极高的硬件复杂度，实际中不可行。另一方面，全射频模拟架构（即一个或几个并行射频通道连接所有天线阵元）通过射频端的移相网络对每个天线阵元调整相位。与全数字结构不同的是，其射频端信号处理只能在整个

53、宽带上进行并且某一时刻仅支持单流传输。因此混合模拟/数字混合架构更适用于太赫兹超大规模天线系统 44。典型的混合模拟数字大规模天线架构如图 4-9所示，主要分为两种，即（a）全连接、（b）子阵结构。全连接指的是每个射频链路与所有的天线阵元都连接，而基于子阵的结构是每个射频链路只与某一个子阵的天线相连。因此，全连接阵列架构所有的射频通道共享整个天线阵列中的每一个天线单元，而子阵结构中每一个子阵只与一个单独的射频通道相连。两个架构的基带信号处理可以实现多流复用并降低用户间干扰。不同的架构决定了波束赋形的算法设计及实现、关系到硬件复杂度及基带算法复杂度以及整个系统成本。综述文献 37 比较了两种混合

54、架构的频谱效率以及硬件复杂度。全连接结构具有较高的频谱效率以及较高的硬件复杂度与功耗。子阵结构具有较低的硬件复杂度和功耗，但与此同时频谱效率也较低。因此，现有的两种混合结构均无法在频谱效率、硬件复杂度、以及功耗之间进行有效平衡。针对上述问题，上海交通大学韩充教授与新南威尔士大学 Jinhong Yuan 教授提出了动态阵列结构来平衡频谱效率与功耗 38，如图 4-2(c)所示。动态阵列结构通过插入开关网络，以此实现频谱效率与功耗的智能控制，闭合开关数越多，频谱效率及功耗越大，反之，即可实现较低的频谱效率与功耗。全连接结构以及子阵结构均为动态阵列结构开关全部闭合或每个射频链路连接一个闭合开关的特

55、太赫兹通信技术报告20殊情况。动态阵列结构可以很好的平衡频谱效率以及功耗，但是其硬件复杂度却仍较高。基于降低硬件复杂度的目标，该团队提出了一种基于子阵结构的动态子阵列的结构，即将图 4-9(b)中的固定子阵列映射方式改为新型的动态映射方式 38。动态映射方式通过开关网络来实现。具体地，每根天线连接一个移相器，然后连接一个开关。通过开关从不同射频链路依据优化目标，如最大化频谱效率，做出智能选择。最终，每根射频链路连接控制的天线均为动态选择的结果。由于传统的子阵列结构每根射频链路只能选择相邻的固定天线，这种新型动态选择的结构被称为动态子阵列结构。通过子阵列的动态选择，系统设计增添了新的自由度，即开

56、关映射自由度，因此动态子阵列结构相比于较为传统的子阵列结构，频谱效率得到很大提升。在硬件复杂度方面，动态子阵列结构比子阵列结构多使用了开关网络。由于开关网络硬件复杂度远低于移相器网络，动态子阵列的硬件复杂度略高于子阵列结构。因此，相比于子阵列结构，动态子阵列结构可实现更高的频谱效率，与此同时，功耗和硬件复杂度提升有限，可实现较好的在频谱效率、功耗、以及硬件复杂度方面的平衡。此外，现有的混合模拟数字大规模天线架构大多假设理想的无限精度可调移相器。因此，上海交通大学韩充教授与新南威尔士大学 Jinhong Yuan图 4-6 大规模 MIMO 天线阵列的混合天线架构 45教授以及悉尼大学 Nan

57、Yang 教授针对这一点研究了更符合实际应用的太赫兹动态子阵列结构中低精度可调移相器的使用38。研究结果表明，使用3-bit精度的移相器，太赫兹动态子阵列结构可以实现与利用理想无限精度移相器相近的效果。因此，通过使用低精度移相器，太赫兹动态子阵列结构可以降低硬件复杂度与功耗，同时获得较高频谱效率。相比于传统频段，太赫兹通信系统具有广阔带宽（上百 GHz 甚至 THz）,为典型的宽带通信系统。已有的混合波束赋形结构通常使用移相器来实现模拟波束赋形矩阵。移相器具有频率平坦特性，即在工作带宽内，移相器对所有频率调节相同相位。但是，在宽带太赫兹系统中，不同载波频率对应的信道不同，从而需要不同的波束赋形

58、矩阵。由于已有的基于移相器的混合波束赋形结构仅能针对一个频点进行波束赋形，对于其他载波频率，波束赋形矩阵存在偏差，继而导致其他载波频率的波束出现偏移现象。在宽带太赫兹超大规模天线系统中，大带宽以及超大规模天线阵列带来的大阵列口径使得波束偏移现象较为严重，大大降低波束赋形增益。为解决波束偏移问题，在低频段通信系统中，通常使用延时器（true-time-delay，TTD）来代替移相器实现模拟波束赋形矩阵 39。由于该频率偏移与载波频率成正比，因此可以利用延时器可针对不同频率同时实现所需波束赋形权重，继而消除波束偏移问题。但是，在太赫兹频段下，可调节的延时器具有极高的硬件复杂度。为解决这一问题，清

59、华大学戴凌龙教授团队提出使用移相器和时延器相结合的方式 40，上海交通大学韩充教授和诺基亚贝尔团队提出使用固定延时器的方法 41。4.4 波束对准与跟踪技术极窄波束太赫兹通信对高精度对准带来了较大挑战。首先，太赫兹频率高，信道的多普勒效应强，信道相干时间短，通信过程中需要在数个相干时间内达到毫度级的角度跟踪。其次，在波束搜索过程中，系统需要向所有方向发射波束，构造极窄波束需要向更多的方向发射波束，导致波束训练时间过 21太赫兹通信技术报告4.5 信道编码技术4.6 无线组网技术太赫兹通信系统需要设计新的信道编码以匹配其信道特点和收发机能力。使用容量逼近的传统信道编码的目的为给定发射功率后最大化

60、数据速率，或等效为给定数据速率后最小化发射功率。然而除了考虑发射功率外，还需考虑功率消耗的另一个源头，即解码功率。当通信距离小于 10 米时，最先进的解码器所需的解码功率也将逼近，甚至超过发射功率。因此业界为了降低解码功率，不惜以增加发射功率为代价，在60GHz系统中使用非编码传输。在选择太赫兹通信系统的信道编码策略时，需要结合太赫兹通信系统超宽带和高数据速率的特点，仔细、谨慎的设计解码功率和解码时间。信道编码的技术挑战可分为：一、研究太赫兹频段引起信道估计误差的源头。太赫兹信道具有分子吸收噪声和多径衰落的特点，是产生信道比特误码率的重要原因。推荐从噪声及多径衰落的统计分析着手，研究引起信道估

61、计误差的特征。二、设计具有超低复杂度的信道编码策略。由于发射功率最小化和解码时间最小化很难同时取得，因此如何折衷考虑它们非常很重要，需要设计合适的信道编码来最小化发射功率与解码功率之 和。面对未来 6G 无线网络多样化的应用场景，需要合理规划太赫兹通信适用于组网哪个部分，比如前传、回传、空口等，还需要研究太赫兹无线链路长、波束对准的开销较大，减少有效信息传输时间。从接收端角度估计和跟踪方面入手，传统的多 重 信 号 分 类（multiple signal classification,MUSIC）算法进行角度估计虽然可以实现较高的准确度，但其网格搜索开销极大，不适用于太赫兹超大规模天线阵列进行

62、极细波束对准所需的高精度角度估计。此外，在太赫兹动态子阵列架构中，信道观测不能满足 Vandermonde 结构，无法使用例如Root-MUSIC 这一低复杂度算法。因此，上海交通大学韩充教授团队提出将 MUSIC 算法与三维空间中的黄金分割谱峰搜索方法结合，针对子阵列结构提出新的 AoSA-MUSIC 算法。具体而言，首先，在获取信道观测的过程中，基于多精度码本采用层次化波束训练的思想，利用多种精度的估计设计接收合并向量权重，以子阵列为单位重构信道观测，以逐渐细化角度估计分辨率。其次，在角度获取过程中，采用黄金分割谱峰搜索的方式减小搜索开销，实现达到毫度级角度估计的同时显著降低计算复杂度。然

63、后，针对太赫兹频率高、信道多普勒效应强、相干时间短等特点，使用一种结合卡尔曼滤波器和AoSA-MUSIC 的算法进行角度跟踪 4243。此外，44 利用波束偏移或分裂的太赫兹彩虹现象，清华大学戴凌龙教授和上海交通大学王旭东教授团队分别开展了基于频率变化反推波束角度的研究 4546。从发射端波束训练的方面考虑，第一，数字控制的多天线波束构造依赖于矢量码本，码本中的每一个码字均代表不同的波束方向。基站在与用户通信时，系统通过搜索码本选择信号最强的波束方向，完成波束训练。针对系统参数和目标用户的方向，采用离线生成码本、在线搜索码本方案实现波束训练，优化选择适应当前通信场景的混合波束赋形码本，有助于简

64、化搜索波束过程，减少搜索时长，完成快速收敛的波束训练。第二，基于多精度码本采用层次化波束训练，利用多种精度的码本逐渐细化发送波束和提高训练分辨率。系统采用传统方案进行波束搜索时，需要对所有方向发射波束，而本项目中系统只需要向部分波束方向发射波束，有效地简化训练过程、降低时间开销 46。第三，为了避免波束间的干扰，传统波束搜索为各用户依次独立进行，因此系统波束训练时间与用户数成正比。在多用户场景采用并行训练，利用太赫兹超大规模天线阵列形成的多波束同时协同进行多用户场景下的并行和层次化训练，减少训练时间，将训练开销降低到用户数目的对数级。太赫兹通信技术报告22与其它频段联合组网的兼容性，并明确太赫

65、兹通信典型应用场景所对应的组网方案，如图 4-10 所示。在太赫兹组网场景中，由于通信波束较窄，移动设备在小区系统中进行频繁切换，这使得太赫兹组网的邻区发现和网络路由变得更具挑战性。因此，需要加快对太赫兹通信应用到的网络构架、组网方式、移动性管理等方面的研究探索。此外，太赫兹通信在实际应用中还需要解决的公开挑战有：一、探索多跳通信的机会，包括被动中继和主动中继。特别地，通过在发射机和接收机之间设置多个被动中继（如智能反射表面），能够有效地降低太赫兹通信系统传输功率和能耗，还可以利用智能反射表面来增强太赫兹通信的传输距离和信号强度，但需要考虑到智能反射表面的位置、方向、反射系数和成本的最佳部署拓

66、扑。二、开发适应太赫兹波段网络物理层和链路层的新的路由算法。考虑到可用带宽资源受到太赫兹无线信道的分子吸收影响，将这些信息合并到路由决策过程中是更为合理的，基于此可以探索新的路由度量。同时这些新的度量方法考虑了传输距离、物理层和链路层资源以及节能等诸多因素。三、设计新颖的切换算法和支持网络架构。在太赫兹波段通信网络中，需要开发利用速度、方向、交通信息等附加信息和模糊逻辑等先进技术的智能切换算法。此外，可以设计更合适的小蜂窝网络架构来减少切换的数量和切换失败的概率，比如虚拟小区或扩展小区。四、研究低开销的网络寻址等。地址问题可以通过使用 128 位长的 IPv6 地址来解决更为合理。然而，对于诸

67、如纳米物联网（IoNT）这样的纳米级应用，为每个纳米节点分配不同的地址并不是一项简单的任务，主要是由于这需要为每个纳米机器使用非常长的地址，以及纳米机器之间的复杂协调。在未来使用太赫兹频段进行通信的场景中，很多场景存在多点接入及组网的需求，如太赫兹无线局域网、太赫兹无线个域网、太赫兹星间组网等。其组网形式也不尽相同。目前太赫兹通信主要应用场景和组网形式总结为下表 4-3。由于太赫兹频段衰减较大，为了弥补高路径损耗，往往采用具有高增益的窄波束定向辐射天线，给接入及组网带来了困难，因此太赫兹通信网络 MAC 协议需重点关注接入协议设计问题。针对上述挑战，中国电科网络通信研究院为未来 6G 太赫兹通

68、信网络设计一种 MAC 协议架构，在窄波束条件下，可以在水平方向上实现 360范围的波束扫描与多用户接入。协议采用 TDMA+CSMA 混合接入，使用带内信令方式，即让信令（控制消息）与数据在同一频段内传输。该协议主要设计了 MAC协议的个部分：1）层同步和资源分配机制；2）帧传输的可靠性保障机制；3）节点发现、节点入网及退网；4）信令帧、数据帧的帧结构设计。该方案通过 OPNET14.5 仿真验证，结果如图 4-8 所示，该协议数据包成功传输概率接近于 1，可支持的最大传输速率达 10Gbps。图 4-7 太赫兹无线组网示意 23太赫兹通信技术报告场景名称操作环境传输距离传播环境天线校准要求

69、组网形式空间通信太空几百米到上千公里视距传输、无大气吸收、无多径波束自动校准跟踪点对多点、多点对多点回传及前传 室外骨干网、静态链路 几百到几千米视距传输、大气吸收、基本无多径安装过程中对天线校准点对点微蜂窝蜂窝网分层结构一部分、室内和室外均可 100 米视距、非视距传输、多径波束自动校准跟踪点对多点、多点对多点无线局域网/个域网无线接入点、移动用户、室内小于100米（一般小于 10 米）视距、非视距传输、多径波束自动校准跟踪点对多点、多点对多点芯片间通信 计算机内部、固定链路几厘米到几十厘米视距、非视距传输、多径严重设计时已对齐（波束自动校准跟踪为可选项）点对点数据中心室内 100 米视距传

70、输、大气吸收、基本无多径设计时已对齐（波束自动校准跟踪为可选项）点对点表 4-3 太赫兹通信主要应用场景及组网形式图 4-8 吞吐量和数据包成功传输率太赫兹通信技术报告24第五章 太赫兹传播特性测量与建模准确的信道模型是无线通信网络设计的基础，太赫兹无线信道模型在近十年得到了很快的发展。常见的太赫兹无线通信场景包括：生物体内、室内、室外、地空、空空以及星间等场景。国内外对这些太赫兹通信场景的信道建模和特征分析都有了一定的研究。5.1 国内外研究现状德国布伦瑞克工业大学的 M.Koch、T.Kurner和 T.Kleine-Ostmann 教授领导的太赫兹通信实验室专注研究 300 GHz 及以

71、下频段的信道测量、模拟和天线技术。美国佐治亚理工学院的 Zajic 教授也对 300 GHz 的室内办公室、计算机主板、桌面、数据中心等场景进行了测量，分析了这些场景下的太赫兹信道特征，并建立了随机信道建模太赫兹频段的散射信道 47。近几年国外研究人员在 140 GHz 的低太赫兹频段的室内信道测量上做出了大量工作。阿尔托大 学 的 Katsuyuki Haneda 教 授 对 140 GHz 室 内商场信道进行了测量分析 48。来自纽约大学的Rappaport 教授对 140 GHz 频段的反射和散射特性进行了测量，并利用直接散射模型以及雷达散射截面模型进行了太赫兹频段中路径损耗的距离及频率

72、选择性的分析对比 49。针对室外场景，John Federici 教授对室外天气导致太赫兹信号的衰减进行了测量并给出了理论分析，随后总结了不同天气因素对太赫兹链路的影响 50。2011 年，上海交通大学韩充与美国佐治亚理工学院的 Ian F.Akyildiz 教授，从信道建模入手开始对太赫兹无线通信进行理论研究，创建了太赫兹电磁波沿可视线传播的分析型信道模型，并发现了太赫兹频段中路径损耗具有强烈的距离及频率选择 性。图 5-1 太赫兹多径信道中的四种传输方式：(a)可视线；(b)反射；(c)散射；(d)折射 25太赫兹通信技术报告2018 年，上海交通大学韩充老师对 0.1-1 THz太赫兹频

73、段，利用射线追踪、场分析法、全波仿真法对基于 CMOS 的太赫兹片上网络的信道进行建模和特征分析，并提出了优化片上网络信道中太赫兹波传输的芯片设计方案 51。2019 年，与北京交通大学的官科教授，结合不同天气因素（包括雨水，雾霾，雪，沙尘）对太赫兹信号影响，提出了室外太赫兹铁路通信链路性能的预测模型 52。此外，上海交通大学团队利用射线追踪法以及基于几何的随机信道模型针对 110GHz 低太赫兹频段的室外移动信道进行了建模研究，该模型充分考虑了信道在移动过程中的时变和不平稳特性，解决了移动信道的空间一致性问题，并对太赫兹移动信道进行了详细的相关性分析 54。5.2 模型研究方法和思路太赫兹信

74、道研究方法根据信道模型的种类主要可以分为三个大类，分别为：确定性信道模型，统计性信道模型以及混合信道模型，优缺点对比如表5-1 所示。确定性信道模型即在传播环境确定的情况下，对发射端和接收端之间的信道进行建模。因为传播环境、收发端确定，信道不含有随机分量，因此这类模型被称为确定性信道模型。常见的确定性信道建模方法有射线追踪和全波仿真两种。统计性信道模型是利用测量或者确定性信道建模的方法得到某一类场景下的信道数据，进行统计性分析，并利用其信道参数的统计特性对信道建模的一种方法。统计性信道模型由于通常用随机变量来描述信道参数，也又称为随机性信道模型。确定性信道模型较为准确，但对传播环境的信息要求高

75、，复杂度高，而统计性信道模型复杂度低，准确度较低。混合信道模型则结合多种信道建模方法，期望得到复杂度和准确度的折中。方法确定性统计性混合方法射线追踪法时域有限差分法冲激响应模型RT-FDTDSSRHSRH优点精确度较高精确度极高低计算复杂度高精确度适用范围大精确性和计算复杂度均较好适当的计算复杂度对复杂结构的分辨率高适用范围大缺点需要环境信息和材料信息精确度低需要环境信息和材料信息从测量结果中提取参数较困难-计算资源消耗大应用场景室内和室外元器件间室内和室外宽带通信高频复杂结构多链路通信室外表 5-1 信道建模方法的优缺点对比太赫兹通信技术报告265.3 室内环境测量与结果分析华为和上海交通大

76、学合作在 140 GHz 频段对室内信道进行了测量和信道分析。其使用的 140GHz信道测量系统包含 140 GHz 传输系统和矢量网络分析仪 54。矢量网络分析仪的频带宽度为 130-140 GHz。测量系统的时域分辨率为 76.9 皮秒，对应 2.3厘米的空间分辨率。频域采样间隔为 10 MHz，因此可记录的最大过量延迟为 100 纳秒，对应 30 米的路径长度。其发射天线的主瓣宽度为 30 度，增益为 15 dBi，接收天线的主瓣宽度为 10 度，增益为 25 dBi。发射端和接收端都安装在云台上，可实现水平方向0-360度旋转，仰角0-30度旋转。表5-2介绍了华为 140 GHz 信

77、道测量。表 5-2 华为 140 GHz 信道测量图 5-2 会议室测量场景示意室内会议室场景如图 5-3 所示，Tx 放置在房间角落，测量时 Rx 放在 10 个不同的位置，分布在整个会议室。图 5-4 对比了测量的路径损耗以及理论的路径损耗值，可以发现测量值和理论值符合的较好。其中，个别点由于天线对齐的原因，导致测量的路径损耗较大。为了进一步分析信道特征，我们在表 5-3 中列出了各个测量点的收发端距离，K 值，时延扩展，角度扩展以及 P 值。P 值为所有非视距（NLoS）径中墙面反射径与其他反射径的功率比值。我们可以发现会议室场景下 K 值介于 12.4 dB 与 39.57 dB 之间

78、，这表明：太赫兹室内信道中，视距径起主导作用。同时，由于发射端窄波束，测量的信道延迟扩展在数个纳秒之间，这表明太赫兹室内信道的相干带宽小于 1GHz，角度扩展在 20 到 30 度之间。此外，我们还计算了不同信道参数的相关性，如表 5-4 所示。我们发现多径的数量和 K 值与收发端的距离成强负相关，这表明收发端距离越远，多径的数量越少，K 值也越小。这是因为收发端距离越远，一些多径的能量会小于噪声，同时视距径的能量也会减少从而减小 K 值。此外，多径的数量与时延扩展和角度扩展几乎没有相关性。而时延扩展与角度扩展呈正相关，这说明多径能量分布在时延域扩展大，那么也会在角度域扩展大。27太赫兹通信技

79、术报告图 5-3 会议室场景测量路径损耗和理论路径损耗表 5-4 信道参数相关性矩阵表 5-3 信道参数图 5-4 信道仿真流程5.4 信道仿真平台太赫兹信道仿真平台是基于信道建模开发的，目的是在不重复信道测量工作的情况下，有效地再现信道特性。首先通过大量的太赫兹信道测量结果，可以建立的太赫兹信道模型，并模拟太赫兹波的传播特性；针对不同的场景，可以根据上述已有的知识建立信道仿真平台；因此，在之后的工作中，如图 5-4 所示，可以通过特定的信道场景和收发机位置选择适用于该场景的信道参数，信道仿真平台将生成大尺度和小尺度衰落特征，从而直接生成模拟信道 5556。太赫兹通信技术报告28图 5-5 太

80、赫兹超大规模 MIMO 传播信道 575.5 多天线信道模型准确的信道模型是研究该超大规模 MIMO 系统的基础，高效、准确地估计太赫兹信道信息是实现太赫兹波束赋形技术的前提。针对 MIMO 系统的三维信道建模、特征分析和估计，从以下几个方面进行研究。首先，充分考虑该系统中以子阵列为基本单位的硬件限制。由于天线数目的剧增，太赫兹超大规模 MIMO 通常以子阵列为单位，子阵列内天线间距为半波长，子阵列的间距为半波长或更长，信道建模同样以子阵列为基本单位。其次，充分考虑太赫兹信道的稀疏特性以及电磁波的球面波传播机理。由于太赫兹频段散射损耗的增加，太赫兹信道具有极度的稀疏性，信道中的路径数目远远小于

81、天线数目。然而，现有的 MIMO 系统研究通常采用平面波信道模型，随着天线规模的增大以及载波频率的提升，由球面波模型简化而得的平面波信道模型的准确度大大下降。初步研究表明，对于收发端分别搭载 1024 个天线单元的超大规模 MIMO，当子阵列间距超过 2 倍波长时，平面波模型即可造成 20%以上的路径增益误差。因此，上海交通大学韩充团队提出融合球面波和平面波电磁理论准确建立信道模型 57，核心思想为在超大规模 MIMO 子阵列的内部进行平面波信道建模，用少量信道参数刻画子阵列间的信道，以实现较低的复杂度。在子阵列之间，结合球面波电磁理论进行信道建模，以保证信道模型的准确性。29太赫兹通信技术报

82、告第六章 国内太赫兹通信系统原型验证近况经过十余年的技术发展和经验积累，我国在太赫兹通信系统关键技术突破和原型系统研制方面也取得了众多进展，接近或达到国际先进水平。其中，近几年比较典型的系统原型验证工作有：2017 年，中国工程物理研究院研制出超远距离太赫兹无线通信系统，在工作频率 0.14THz，采用调制方式 16QAM，实现了 10Gbps 传输速率，通信距离达 21.3km 的超远距离太赫兹通信实验。该系统当时是公开报道大气内最远距离的太赫兹通信实验，具有国际先进水平和良好的推广应用价值，这是我国太赫兹通信技术和应用研究的新突破，对我国太赫兹技术发展具有促进作用。此外，中国工程物理研究院

83、自主研发了一系列高水平的太赫兹核心模块，已在国内十多家单位得到应用，对推动我国太赫兹技术实用化发挥重要作用。2018 年，浙江大学研制出基于光电结合的多通道太赫兹无线通信系统，该系统采用八通道太赫兹载波进行调制，实现工作频率 0.4THz、调制方式16QAM、传输速率160Gbps的超高速无线通信实验。基于光电结合方式的太赫兹通信系统优势在于实现超高传输速率，并且提升带宽利用率。2020 年 10 月，电子科大在原 2016 年全电子实现 220GHz 太赫兹高速无线通信原型的基础上，进一步提升系统的性能指标，实现工作频2020 年 12 月，电子科技大学首次在云南抚仙湖开展太赫兹通信测试，研

84、究近水面太赫兹通信信道特征，并针对不同天气条件验证远距离传输能力。该套通信测试系统基于全固态电子学的太赫兹射频组件，工作频率为 0.1THz，利用功率合成技术实现太赫兹射频输出功率超过 200mW，挂载一只增益为 45dBi 的卡塞格伦天线，保证远距离传输能力。收/发端机箱内部集成高精度中频本振源、模块化电源、电控云台等，功耗小于 30W，可完全脱离仪器独立运行。最终，在传输距离 10.1km 时，传输速率达到 1.5Gbps，传输距离 20.9km 时，传输速率达到 500Mbps，系统误码率均低于 1E-9，可稳定流畅传输 4K 超清视频业务。图 6-2 浙江大学 0.4THz 光电结合方

85、式的多通道太赫兹通信系统图 6-1 中国工程物理研究院 0.14 THz 太赫兹通信系统率 0.22THz、通信距离大于 1000m、误码率小于1E-6、传输速率大于 20Gbps 的太赫兹高速无线通信，并且该系统已经进行外场测试，如图 6-3 所示。该演示验证系统是基于全自主研制的太赫兹射频组件与高性能基带信号处理平台，进行 4K 高清视频等业务实时传输以及信道 EVM、信噪比、星座图、误码率等指标测试分析。在该演示验证系统中，太赫兹射频组件工作在 0.22THz，连续波输出功率达到 1mW，基带实时处理带宽超过 6GHz，基带平台内部针对太赫兹射频器件与信道特征，集成相噪抑制、功放非线性补

86、偿、高速 LDPC 编译码等信号处理算法，保证系统能够高速稳定传输。太赫兹通信技术报告30华为公司也较早关注太赫兹技术，成立了专门的太赫兹技术研究团队，研究内容覆盖基础信道、算法、芯片和关键部件、天线、系统架构和测试验证等领域。2020 年，该团队完成了太赫兹通信感知原型系统的研制和验证工作，原型系统采用固态电子学架构，工作频率为 0.22THz，关键电路基于III-V 族化合物半导体器件实现，在混频器，倍频器，图 6-5 华为公司太赫兹通信原型长距（3.6 公里）传输验证图 6-4 太赫兹远距离传输测试场景低噪放等太赫兹关键电路器件上取得了技术突破，同时考虑小型化天线设计，在雨雾高湿天气环境

87、下，实测 3.6 公里距离，可支持 20Gbps 速率，如图 6-5 所示。实验系统验证说明，太赫兹通信系统可以同时支持大带宽，高频谱效率和远距离传输。基于目前测试系统，未来将继续朝双极化，以及多通道太赫兹通信系统演进。此外，该团队利用太赫兹大带宽、无损穿透特性，还进行了高精度感知成像实验，如图 6-6 所示，成像精度达毫米级。在 2021 年，浙江大学进一步完善之前 2018 年提出的光电结合的多通道太赫兹无线通信系统，提出了面向 6G 多网融合的多维复用光纤-太赫兹通信系统。该系统结合了高阶调制维度、光波长维度、光偏振维度、光空分维度，可以实现多维复用的光纤-太赫兹通信系统，有效支撑多网融

88、合超高速数据传输，而且系统结构简单、灵活可配置、频谱效率高。系统概念图如下图 6-7 所示浙江大学搭建了两套传输试验系统进行性能验证，如图 6-8，6-9 所示，分别是 1）基于波分复用与天线极化复用 58 和 2）基于波分复用与光空分复用 59 系统。基于图 6-8 的系统验证结，随着输入光功率的增大，BER 降低，并可达到 SD-FEC误码判决门限。最终基于双波长与双极化可以实现500Gbit/s净速率THz通信。基于图6-9的系统验证，单芯 core_1 上具有不同无线传输距离的 3 个通道的实测 BER 性能。最终系统基于三波长与七芯光纤传输实现 1.059Tbit/s 净速率的太赫兹

89、通信。图 6-3 太赫兹高清视频实时传输系统 31太赫兹通信技术报告图 6-6 华为公司太赫兹高精度感知成像验证图 6-7 面向 6G 多网融合的多维复用光纤-太赫兹通信概念图图 6-8 基于波分复用与天线极化复用的多维复用光纤-太赫兹通信系统图 6-9 基于波分复用与光空分复用的多维复用光纤-太赫兹通信系统太赫兹通信技术报告32第七章 国内太赫兹通信产业化进程为了满足未来 6G 移动通信多样化应用场景要求，需要逐步实现太赫兹通信核心器件、关键技术和通信系统的产业化，进而实现太赫兹通信产业的大规模商用。7.1 太赫兹通信核心器件产业化 核心器件技术特点太赫兹芯片由于工作频率高，对半导体器件、测

90、试测量、电路设计工具等方面提出了很大的挑战。(1)半导体器件太赫兹频段远高于毫米波频段，随着频率的增大，器件的增益降低。为了获得能够在太赫兹频段工作的器件，通常采用提高衬底材料浓度和细栅工艺等方式实现。目前，高浓度材料制备和细栅工艺都不成熟，导致芯片批次性差，成品率远达不到产业化需求。此外，制备细栅所需的高端光刻机设备只能国外进口，受国际形势的影响，国外的高端设备对国内禁运，进一步阻碍了太赫兹芯片的研发和产业化进程。(2)测试测量高性能太赫兹测试平台对于太赫兹芯片的发展至关重要，是发展太赫兹核心芯片的基础保障。受限于核心器件的性能，国内太赫兹测试仪器设备性能欠佳，还有较大的提升空间。国内太赫兹

91、仪器设备基本被 Keysight 和 R&S 等国外公司垄断，价格昂贵。由于市场需求少，且设计和机械加工门槛高，国内在测试太赫兹固态器件所需的关键仪器和耗材等方面研究和投入较少，只能依赖进口，价格昂贵，严重影响了太赫兹芯片的研发和产业化进程。此外，300GHz 以上的太赫兹测试仪器设备没有计量标准，太赫兹固态器件测量方面没有统一的行业标准，基础理论研究较少，测试技术不成熟，测量误差大。(3)电路设计工具进入太赫兹频段，芯片电路设计对仿真工具的依赖度更高。但是，目前电路设计工具在太赫兹频段的准确性未得到验证。核心器件产业特点随着 2019 年全球 6G 研究的启动，美国、日本、欧盟等国际各区域和

92、国家已经纷纷开始加大对太赫兹通信技术的研究投入和应用推动，从而对太赫兹通信关键器件和芯片的需求量明显上升。目前太赫兹通信核心器件的产业特点有以下几个方面：(1)市场推动不够国内太赫兹通信技术进展和成果多为学研类机构，器件厂商、设备厂商和运营商参与程度低，缺少应用需求的牵引，就缺少产业化动力和方向，无法有效推动产业化进展和构建产业生态。(2)产业投入少，方向不明确目前太赫兹频段方面多为国家重大专项类课题支持，倾向于太赫兹通信关键器件自主研发的政策扶持，缺乏太赫兹通信的产业化规划引导和国家政策的重点扶持推动。然而，太赫兹通信技术应用场景不明确，设备厂商和运营厂商参与度低，缺少产业化动力和方向，无法

93、有效推动太赫兹芯片产业化进展。(3)器件工艺基础薄弱我国半导体和高频器件产业起步晚，产业化程度低。在化合物半导体材料等基础领域技术落后、产能不足，缺乏先进成熟的半导体制造工艺，核心器件尤其是高频模拟器件是通信产业短板。国内太赫兹通信技术多为原型机演示，距离产业化还有相当一段距离。国内外太赫兹芯片发展现状太赫兹通信关键核心芯片主要有功率放大器、33太赫兹通信技术报告低噪放、倍频器、混频器等，国外主要研究机构有美国 Teledyne、美国 NG 公司、德国 IAF、英国卢瑟福实验室、美国 JPL、美国 VDI 公司等，国内主要研究结构有中电 13 所、中电 55 所、中科院、电子科技大学等。就目前

94、而言，国内外太赫兹芯片和核心距离产业化仍有一定的差距，其各项技术指标对比如下表所示：研究机构国别工艺技术路线工作频率(GHz)Pout(mW)Gain(dB)IAF德国35nm mHEMT220-20NG 公司美国50nm HEMT2207016Teledyne美国250nm HBT22016011.5NG 公司美国25nm HEMT8500.9313.6太芯/中电 13 所中国70nm HEMT2204018中电 55 所中国500nm DHBT2202015表 7-1 国内外功率放大器芯片性能对比表 7-2 国内外低噪放芯片性能对比研究机构国别工艺技术路线工作频率(GHz)噪声系数(dB)

95、增益(dB)IAF德国35nm mHEMT2205.526IAF德国35nm mHEMT610-20NG 公司美国25nm HEMT2204.220NG 公司美国25nm HEMT6701016太芯/中电 13 所中国70nm HEMT2205.824太赫兹通信技术报告34表 7-3 国内外倍频器性能对比表 7-4 国内外混频器性能对比研究机构国别最高频率倍频器最高效率倍频器ACST GmbH德国660 GHz30%332 GHz,Pout=14mW查尔姆斯大学瑞典440 GHz35%170 GHz,Pout=3.5mWJPL美国2700 GHz25%180 GHz,Pout=120mWObs

96、ervatory de Paris法国300 GHz27%295 GHz,Pout=10.5mW卢瑟福实验室英国220 GHz29.4%168 GHz,Pout=14mWUMS 公司法国200 GHz7%190 GHz,Pout=3mW弗吉尼亚大学美国172 GHz29%160 GHz,Pout=70mWVDI 公司美国3100 GHz25%160 GHz,Pout=125mW中电 13 所中国430 GHz15%220 GHz,Pout=38mW研究机构国别工艺类型最高频率混频器ACST GmbH德国准垂直660 GHz查尔姆斯大学瑞典表面沟道刻蚀1200 GHzJPL美国表面沟道刻蚀320

97、0 GHzObservatory de Paris法国表面沟道刻蚀1200 GHz卢瑟福实验室英国表面沟道刻蚀664 GHzUMS 公司法国阳极空气桥380 GHzVDI 公司美国表面沟道刻蚀1570 GHz十三所中国阳极空气桥330 GHz 35太赫兹通信技术报告 核心器件产业化进程目前，国内太赫兹通信关键芯片研发能力接近国际领先水平，具备一定的产业化能力，高频段部分关键指标还有一定差距，具体情况为：(1)100GHz 以下，国内芯片技术相对较为成熟，可以实现大功率传输，芯片的开发和量产成本都相对较低；(2)100GHz以上，功放芯片输出功率急剧下降，面向未来实际应用还需要突破；(3)220

98、GHz 以下，国内与国外射频芯片水平差距较小；(4)220GHz 以上，受半导体材料、光刻机等先进制造设备和测试测量设备等的限制，国内与国外射频芯片水平还有一定差距。目前而言，太赫兹通信核心器件研究需要很高的技术门槛和投资门槛，国内有能力从事核心芯片研制的单位寥寥无几，整体上与国外还有一定差距，需要长期持续的投入和发展。太赫兹核心器件产业化进程大概会分为三个阶段。在第一阶段，需要开展太赫兹通信核心器件及芯片技术研究，实现 220GHz 太赫兹器件、芯片成熟化及工程化应用，并开展更高太赫兹频段的半导体器件及芯片技术研究，重点解决半导体工艺、建模、电路设计等技术瓶颈，研发太赫兹无线通信收发系统的系

99、列化单片电路。在第二阶段，实现太赫兹通信芯片在高速无线通信、星间通信等重点领域的实用化、工程化应用。在第三阶段，实现 1THz内的太赫兹器件、芯片成熟化及工程化应用，全面拓展太赫兹通信应用领域。7.2 太赫兹通信关键技术产业化目前我国在太赫兹通信关键技术方面存在不同程度的技术壁垒和难点，同时该领域内尚不存在完善的全链条技术体系。因此，迫切需要推动太赫兹通信关键技术产业化进程。关键技术产业特点首先，太赫兹通信关键技术基础理论有待突破：太赫兹辐射功率较低，很难达到通信对载波功率的要求；太赫兹接收系统灵敏度较低，缺乏高性能探测器；大带宽带来采样速率需求提升和信号处理复杂度提升，A/D、D/A 采用能

100、力提升受限，如采用分段链路覆盖，带来射频通道数增加，成本和功耗都将增加；需要研究支持高增益和快速波束扫描的阵列天线。其次，太赫兹通信关键技术缺乏产业引导。支持和鼓励设备厂商和运营商尽早明确应用场景和关键技术需求，以应用需求为牵引，促进产业上下游协同合作，构建密切合作、互利共赢的生态体系，实现太赫兹通信各项关键技术的不断突破和进展，并促进关键技术标准化和产业链的日趋成熟。最后，太赫兹通信关键技术缺乏有效的保护机制。大力支持自主知识产权，引进国内外优秀人才及团队，对核心技术进行攻关。关键技术特点太赫兹通信关键技术是支撑太赫兹通信系统产品化、产业化以及大规模生产的重要保障。就目前而言，我国在太赫兹通

101、信关键技术方面仍然面临一定的挑战，需要在后续的发展过程中不断解决。目前太赫兹通信关键技术特点如下：在调制解调技术方面，现有的太赫兹通信原型系统中，出于实现的简化设计以及功率效率考虑，多采用了简单的单载波的传输方式。而受限于功率和器件线性条件，现有试验系统中多采用了简单的低阶调制技术。由于以上因素的制约，太赫兹通信系统的频谱利用效率尚不能达到较高的水平。在高速基带信号处理技术方面，现有通信设备不能满足太赫兹通信的超大带宽信号的数模转换和高速基带处理功能，主要是目前的通信设备受限于AD/DA 的采样速率等方面，为了解决这个问题必须要研发低量化精度信号处理系统。在太赫兹天线技术方面，现有太赫兹通信系

102、统中仍然主要采用了透镜或反射面等天线形式。在这种条件下，无法根据信道和干扰条件的变化，动态形成所需的波束，尤其是无法满足对移动性的需求。因此，需要突破大规模天线技术来提升系统的频谱效率和覆盖性能。在无线组网技术方面，现在太赫兹通信典型应用场景所对应的组网方案不明确，也不能确定太赫兹通信应用场景中与其它频段联合组网是否可行。因此，需要加快探索太赫兹涉及到的网络构架、组太赫兹通信技术报告36网方式、移动性管理等内容。关键技术产业化进程在第一阶段，太赫兹关键技术主要以理论突破、技术攻坚为主。预计主要开展基于电子学、光子学和光电结合的方法太赫兹发射源、高速信号处理技术、调制解调技术、大规模天线技术、通

103、信组网技术、应用场景研究，并能够支持少量太赫兹通信产品样机的研发和测试需求。实现适用于 220GHz 以下太赫兹通信系统的关键技术，并支撑太赫兹通信系统实现产品化。在第二阶段，太赫兹通信关键技术将实现一系列重大研究突破，并能够用于支持少量太赫兹通信商用产品的研发和测试需求。除了实现先进的信道编码与调制技术、空间复用技术、大规模天线、高速基带信号处理等，还将完成太赫兹通信网络高层技术研究，包括高精度低延迟的移动性管理、用户面/控制面管理、灵活的网络切片化管理、快速波束对准、多用户匹配及预编码分配、小区选择/重选/切换、太赫兹网络测试调优等研究工作。在第三阶段，太赫兹通信已落地商用，产业化发展较成

104、熟，已具备产品化能力，多个频段的太赫兹通信关键技术研究较为成熟，全部实现自主研发。这些关键技术能够适用于多样化的太赫兹通信场景，从而满足未来太赫兹通信商业化要求。7.3 太赫兹通信系统产业化 太赫兹通信系统技术特点目前太赫兹无线通信技术形成了基于微波光子学的光电结合方式、全固态混频电子学方式、直接调制方式的三类太赫兹无线通信系统并行发展的态势。第一类是全固态混频电子学方式的太赫兹无线通信系统，该技术是利用混频器进行 ASK、PSK、OOK 信号的直接调制，高速数据信号由混频器的中频端输入，在混频器中与本振源差频后产生太赫兹频段的载波调制信号。目前该方式太赫兹无线通信系统具有体积小、易集成、功耗

105、低的特点，不足之处在于本振源经过多次倍频后相噪恶化，且变频损耗大，载波信号的输出功率在微瓦级。因此，该类系统需要进一步发展高增益宽频带功率放大器以提高发射功率。但是该技术可实现中远距离太赫兹高速无线通信，是实现太赫兹通信的高效、可行技术路线。第二类是基于直接调制方式的太赫兹无线通信系统是近年来随着太赫兹调制器速率突破衍生发展的新一类通信系统，该系统分为内调制和外调制，内调制是高速数字信息直接叠加在振荡源的直流偏置电压上，通过控制太赫兹源的振荡特性实现信号的强度调制。这种方式的优势在于易于集成、体积小、灵活性大，可随意选择载波频率、太赫兹源功率，是目前三类系统中唯一可搭配中高功率太赫兹源实现十毫

106、瓦以上载波输出的通信系统，可实现中远距离无线通信。第三类是采用光电结合方式的太赫兹无线通信系统，该技术是最早发展的太赫兹无线通信系统方案。该方案需要两个窄线宽的锁模激光器，利用光学外差法并通过单行载流子光电二极管转化成太赫兹信号，其调制方式是基于光学的 MZM 高速调制器，不仅可以实现 ASK 和 OOK 二元调制，而且可以实现 MQAM、MPSK 多元调制。目前该方式的太赫兹无线通信系统已突破 100Gbps，该系统优势在于传输速率高，带宽利用率高，但是由于发射功率仅为微瓦级、并且系统体积和能耗均较高，虽然在地面短距离高速通信方面有优势，但难以适合应用于远距离空间信息网络系统。从目前国内外太

107、赫兹无线通信系统发展以及研究成果看，第一类全固态电子学方式已经可实现中远距离公里级别几十 Gbps 的高速无线传输，但是其输出功率仍然受限于太赫兹放大器、低噪放技术，因此突破相关技术是该类系统的发展趋势。第二类基于直接调制方式是可实现大功率、远距离的太赫兹无线通信技术，但是目前受限于高速调制器技术，因此该系统如何提高直接调制器速率、降低系统整体损耗是该系统的发展趋势。第三类采用光电结合方式太赫兹无线通信系统可实现 100Gbps 以上的速率，该类系统具有极高的通信速率，但系统受限于输出功率问题，如何降低系统复杂度，提高输出是该类系统的发展趋势。37太赫兹通信技术报告 太赫兹通信系统产业特点(1

108、)市场需求产业特点太赫兹通信系统是制定 6G 通信协议标准的基础，市场需求量会有较大幅度上升。国内外市场需求主要为地面通信场景和非地面通信应用场景，具体包括高速直播通信、AR/VR、远程医疗与精准控制、探测与成像、超高速局域网通信、超高速无线回传网、无线芯片通信。根据移动通信技术的发展规律，平均每十年更新一代，业界预计 2030 年将进入 6G商用时代。届时，对太赫兹核心器件及通信系统的需求将会是爆发式增长。鉴于 6G 比 5G 需要更高速率、更低的时延、更高的频谱效率，进入到太赫兹频段势在必行。当前各国对太赫兹频段资源的争夺日益紧张。美、日、欧针对 6G 通信和空间通信等应用，制定了一系列发

109、展计划，积极抢占太赫兹频谱资源。预计至 2035 年 6G 通信将大规模建设和商用，市场需求主要为空间、纳米级通信应用场景。(2)应用场景产业特点在第一阶段，太赫兹通信系统主要以理论研究和关键技术突破为主，实现部分太赫兹频段的通信系统样机全国产化，拥有完全自主知识产权。在第二阶段，太赫兹通信系统研发成熟度较高，能够实现少量的通信系统产品化，但太赫兹通信产品占无线通信市场份额不高。在第三阶段，部分频段的太赫兹通信系统能够全面实现产品化，并且能够突破更高频段的太赫兹核心器件、芯片及通信系统的国产化。但考虑到太赫兹低频段具有绕射、高鲁棒性等优点，低频段太赫兹通信产品会在 6G 高速通信场景中大范围应

110、用，而高频段太赫兹通信产品会在部分特定通信场景中应用。国内外太赫兹通信系统发展现状目前国内外太赫兹通信系统研究，重点还是集中在核心关键技术、共性关键技术攻关方面，缺乏对实际应用场景、通信系统环境适应性等方面的考虑。从目前太赫兹通信系统的研究现状来看，其与未来多样化通信场景需求相比仍有一定的差距，尚不能满足产业化和大规模生产的要求。为了说明当下太赫兹通信系统的产业化进展情况，下面给出了国内外部分太赫兹通信系统的研究内容：表 7-5 国外典型的太赫兹通信系统机构名称相关研究内容成果应用情况日本 NTT、Osaka 大学120GHz 及 300GHz 通信系统、相关核心芯片及器件120GHz 系统在

111、高清赛事转播方面开始商业化德国 TUBS 大学太赫兹通信国际标准、典型应用信道特性已颁布标准，预计将要实际应用美国布朗大学300GHz 通信系统、复用器件、信道特征通信演示德国 IAF、KIT240GHz 通信系统、相关核心芯片及器件尚未应用法国 IEMN280GHz 通信系统尚未应用美国 DAPAR100Gbps 射频骨干网，工作频率 71-76GHz 和 81-86GHz，单通道 25Gbps，22 极化复用 MIMO通信演示太赫兹通信技术报告38表 7-6 国内典型的太赫兹通信系统机构名称相关研究内容成果应用情况电子科技大学太赫兹通信系统、相关核心芯片及模块太赫兹通信系统已应用于航天工程

112、项目中国工程物理研究院电子工程研究所140GHz、220GHz、340GHz 通信系统，0.11THz核心关键组件，0.3THz 以下集成电路芯片太赫兹核心器件已提供给国内多家单位使用西安空间无线电技术研究所126GHz，236GHz 通信系统面向空间通信的太赫兹通信地面实验浙江大学0.30.4THz 通信系统尚未应用中国电子科技集团公司第十三研究所肖特基二极管、太赫兹集成电路芯片太赫兹核心器件已提供给国内多家单位使用 太赫兹通信系统产业化进程太赫兹通信技术是下一代信息技术产业及有关产业的基础，国内外组织纷纷加快推动太赫兹技术及产业化的发展。目前，国内的太赫兹通信产业取得了一系列进展。2012

113、 年，电子科大牵头成立太赫兹科学协同创新中心，参与单位包括南京大学、清华大学、中科院电子所，中科院光电所等众多科研单位。2013 年，中国电子学会成立了“太赫兹分会”。同年，国家自然科学基金委员会与中国科学院一起成立“太赫兹科学技术前沿战略研究基地”。2015 年，华讯方舟与包括电子科技大学、清华大学在内的多个国内高校合作创办了深圳太赫兹科技创新研究院。2017 年 10 月，华讯方舟科技有限公司与雄安新区举行重大项目签约仪式，共同发起成立雄安太赫兹科技创新研究院，建立国际太赫兹开放性研究平台和军民同和产业园区。华讯方舟构建从芯片到设备到系统到平台达到全太赫兹产业生态链，将直接面向未来 6G

114、通信未来发展的太赫兹器件需求，开展器件研发和生产技术的研究，推进太赫兹产业的发展。2019 年，由北京航空航天大学、中国信息通信研究院、中国联通网研院等三十四家单位联合倡议发起，九十余家产业链上下游单位参与成立“毫米波太赫兹产业发展联盟”，旨在加快我国毫米波太赫兹产业发展，提高产业创新能力，在政府、产业界、学术界发挥桥梁和纽带作用。2019 年，工信部 6G 无线研究组成立了太赫兹通信任务组，作为未来 6G 通信的重要候选技术，召集各相关产学研用机构，研究讨论太赫兹通信关键技术、应用愿景和标准化等方面的工作。2019 年 11 月，由毫米波太赫兹产业发展联盟和中国联通网研院联合举办的“太赫兹通

115、信技术研讨会”在北京成功召开。产业联盟聚集产业生态各方力量，联合开展太赫兹领域的技术研究、标准制定、产业孵化和应用研究。39太赫兹通信技术报告第八章 总结太赫兹通信作为现有空口传输方式的有益补充，被认为有可能应用于全息通信、微小尺寸通信、超大容量数据回传、短距超高速传输等 6G 大容量和超高速传输需求场景。同时，利用太赫兹通信信号超大带宽的特点，进行网络和终端设备的高精度定位和高分辨率感知也是太赫兹通信系统的重要应用方向。目前，太赫兹通信技术需要解决的主要挑战集中在核心器件、关键器件和系统的研产能力上。虽然国内多家研发单位完成了全电子类和光电结合类太赫兹通信样机的研制和验证，但在实时性、空间复

116、用、功耗、通信距离、工作环境等方面还需继续努力，不断突破，具体包括但不限于：(1)移动性方面，目前太赫兹通信原型多为固定的点对点、或者点对多点通信，较难实现移动通信能力，后续需要在阵列天线方向形成突破；(2)系统功耗方面，目前太赫兹系统还在原型验证阶段，商业化才刚起步，器件工作效率和能耗方面还达不到商用通信系统的要求。后续，系统功耗能效的提升是需要克服突破的技术重点之一；(3)空口技术也是太赫兹通信应用落地需要完成的关键研究方向，需要持续投入研究。目前 6G研究各国都属于起步阶段，空口技术路线还在前期探索阶段；(4)信道传播特性是评估系统各场景性能和相关关键技术设计的前提，产业需要适时开展太赫

117、兹信道测量和标准化工作，为后续空口技术研究提供指导。综上所述，考虑到未来的太赫兹通信应用落地需求，需要不断突破各项关键技术，逐步明确太赫兹通信技术路线，以及大力促进太赫兹通信产业化成熟发展。太赫兹通信技术报告40参考文献1Kallfass I,Antes J,Schneider T,et al.All active MMIC-Based wireless communication at 220 GHzJ.IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology,2011,1(2):477-487.2Moeller L,Federici J,Su

118、 K.2.5Gbit/s duobinary signalling with narrow bandwidth 0.625 terahertz sourceJ.Electronics Letters,2011,47(15):856-858.3Kosugi T,Hirata A,Nagatsuma T,et al.MM-wave long-range wireless systemsJ.IEEE Microwave Magazine,2009,10(2):68-76.4Song H J,Ajito K,Muramoto Y,et al.24 Gbit/s data transmission in

119、 300 GHz band for future terahertz communicationsJ.Electronics Letters,2012,48(15):953-954.5Chen Z,Ma X,Zhang B,et al.A survey on terahertz communicationsJ.China Communications,2019,16(2):1-35.6Deng X,Wang C,Lin C,et al.Experimental research on 0.14 THz super high speed wireless communication system

120、J.High Power Laser and Particle Beams,2011,23(6):1430-1432.7 陈智,张雅鑫,李少谦.发展中国太赫兹高速通信技术与应用的思考 J.中兴通讯技术,2018,24(03):43-47.8 姚建铨,钟凯,徐德刚.太赫兹空间应用研究与展望 J.空间电子技术,2013,10(2):1-16.9IEEE Standard for High Data Rate Wireless Multi-Media Networks-Amendment 2:100 Gb/s Wireless Switched Point-to-Point Physical Lay

121、er(S),in IEEE Std 802.15.3d-2017(Amendment to IEEE Std 802.15.3-2016 as amended by IEEE Std 802.15.3e-2017).10Peng B,Krner T.A stochastic channel model for future wireless THz data centersC.IEEE International Symposium on Wireless Communication Systems(ISWCS),2015:741-745.11Shin J Y,Sirer E G,Weathe

122、rspoon H,et al.On the feasibility of completely wirelesss datacentersJ.IEEE/ACM Transactions on Networking,2013,21(5):1666-1679.12Mamun S A,Umamaheswaran S G,Ganguly A,et al.Performance Evaluation of a Power-Efficient and Robust 60 GHz Wireless Server-to-Server Datacenter NetworkJ.IEEE Transactions

123、on Green Communications and Networking,2018,2(4):1174-1185.13Umamaheswaran S G,Mamun S A,Ganguly A,et al.Reducing power consumption of datacenter networks with 60GHz wireless server-to-server linksC.IEEE Global Communications Conference,2017:1-7.14IEEE Std 802.15.3d-2017,IEEE Standard for High Data

124、Rate Wireless Multi-Media Networks Amendment 2:100 Gb/s Wireless Switched Point-to-Point Physical LayerS,Approved 28 September 2017,IEEE-SA Standards Board.15IEEE Std 802.15.3e-2017,IEEE Standard for High Data Rate Wireless Multi-Media Networks,Amendment 1:High-Rate Close Proximity Point-to-Point Co

125、mmunications,2017.16 中国联通,太赫兹通信技术白皮书,2020.41太赫兹通信技术报告17Akyildiz I F,Jornet J M.The internet of nano-thingsJ.IEEE Wireless Communications,2010,17(6):58-63.18Zhang B,Ji D,Fang D,et al.A novel 220-GHz GaN diode on-chip tripler with high driven powerJ.IEEE Electron Device Letters,2019,40(5):780-783.19Ch

126、en Z,Wang H,Alderman B,et al.190 GHz high power input frequency doubler based on Schottky diodes and AlN substrateJ.IEICE Electronics Express,2016,13(22):20.20 杨大宝,邢东,梁士雄,等.单片集成 430GHz 三倍频器的设计及测试 J.中国激光,2019,46(6):318-323.21Griffith Z,Urteaga M,Rowell P,et al.A 23.2 dBm at 210GHz to 2

127、1.0 dBm at 235GHz 16-way PA-cell combined InP HBT SSPA MMICC.IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium(CSICS),2014:1-4.22Bulcha B T,Hesler J L,Drakinskiy V,et al.Development of 35 THz harmonic mixerC.IEEE 42nd International Conference on Infrared,Millimeter,and Terahertz Waves(IRMMW-T

128、Hz),2017:1-2.23Tessmann A,Kallfass I,Leuther A,et al.Metamorphic HEMT MMICs and modules for use in a high-bandwidth 210 GHz radarJ.IEEE Journal of Solid-State Circuits,2008,43(10):2194-2205.24Mei X,Yoshida W,Lange M,et al.First demonstration of amplification at 1 THz using 25-nm InP high electron mo

129、bility transistor processJ.IEEE Electron Device Letters,2015,36(4):327-329.25Radisic V,Scott D W,Monier C.50 mW 220 GHz InP HBT power amplifier MMICC.IEEE MTT-S International Microwave Symposium(IMS2014),2014:1-3.26 何美林,胡志富,刘亚男等.基于 InP HEMT 工艺的 220GHz 低噪声放大器设计 C.第三届全国太赫兹科学技术学术年会.南京,中国,2017:313-315.2

130、7Chen H T,Padilla W J,Cich M J,et al.A metamaterial solid-state terahertz phase modulatorJ.Nature photonics,2009,3(3):148-151.28Manceau J M,Shen N H,Kafesaki M,et al.Dynamic response of metamaterials in the terahertz regime:Blueshift tunability and broadband phase modulationJ.Applied Physics Letters

131、,2010,96(2):021111.29Lee S H,Choi M,Kim T T,et al.Switching terahertz waves with gate-controlled active graphene metamaterialsJ.Nature materials,2012,11(11):936-941.30Akyildiz I F,Jornet J M,Han C.Terahertz band:Next frontier for wireless communicationsJ.Physical Communication,2014,12:16-32.31Jornet

132、 J M,Akyildiz I F.Femtosecond-long pulse-based modulation for terahertz band communication in nanonetworksJ.IEEE Transactions on Communications,2014,62(5):1742-1754.32Han C,Bicen A O,Akyildiz I F.Multi-wideband waveform design for distance-adaptive wireless communications in the terahertz bandJ.IEEE

133、 Transactions on Signal Processing,2015,64(4):910-922.33Han C,Akyildiz I F.Distance-aware bandwidth-adaptive resource allocation for wireless systems in the terahertz bandJ.太赫兹通信技术报告42IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology,2016,6(4):541-553.34Hossain Z,Jornet J.Hierarchical bandwidth

134、modulation for ultra-broadband terahertz communicationsC.IEEE International Conference on Communications(ICC),2019:1-7.35Y.Wu,C.Han,and T.Yang,“DFT-Spread Orthogonal Time Frequency Space Modulation Design for Terahertz Communications”,in Proc.of GLOBECOM,202136B.Gordillo,F.Sandoval,P.Ludena-Gonzalez

135、,and K.Rohoden,“Increase the Range and Coverage on OFDM System Using PAPR Reduction by Clipping on SDR,”in 2018 IEEE Third Ecuador Technical Chapters Meeting(ETCM),2018.37C.Han,L.Yan,and J.Yuan,“Hybrid Beamforming for Terahertz Wireless Communications:Challenges,Architectures,and Open Problems”,IEEE

136、 Wireless Communications,202138L.Yan,C.Han,and J.Yuan,“A Dynamic Array-of-Subarrays Architecture and Hybrid Precoding Algorithms for Terahertz Wireless Communications”,IEEE Journal on Selected Areas in Communications(JSAC),vol.38,no.9,pp.2041-2056,Sept.202039F.Gao,B.Wang,C.Xing,J.An and G.Y.Li,Wideb

137、and Beamforming for Hybrid Massive MIMO Terahertz Communications,IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.39,no.6,pp.1725-1740,June 2021.40J.Tan and L.Dai,“Delay-phase precoding for THz massive MIMO with beam split,”in Proc.IEEE Global Commun.Conf.(IEEE GLOBECOM19),Hawaii,USA,Dec.201941L

138、.Yan,C.Han,T.Yang,and J.Yuan,“Dynamic-subarray with Fixed-true-time-delay Architecture for Terahertz Wideband Hybrid Beamforming”,in Proc.IEEE Global Commun.Conf.(IEEE GLOBECOM),202142Y.-H.Chen,L.Yan,and C.Han,“Millidegree-Level Direction-of-Arrival(DoA)Estimation and Tracking for Terahertz Wireless

139、 Communications”,in Proc.of IEEE International Conference on Sensing,Communication and Networking(SECON),Como,Italy,June 202043Y.-H.Chen,L.Yan,C.Han,and M.Tao,“Millidegree-Level Direction-of-Arrival Estimation and Tracking for Terahertz Ultra-Massive MIMO Systems”,IEEE Transactions on Wireless Commu

140、nications,202144J.Tan and L.Dai,Wideband Beam Tracking in THz Massive MIMO Systems,IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.39,no.6,pp.1693-1710,June 2021.45B.Zhai,A.Tang,C.Peng and X.Wang,SS-OFDMA:Spatial-Spread Orthogonal Frequency Division Multiple Access for Terahertz Networks,IEEE J

141、ournal on Selected Areas in Communications,vol.39,no.6,pp.1678-1692,June 2021.46Z.Tian,Z.Chen,and B.Ning,“3D Beam Training in Terahertz Communication:A Quadruple-UPA Architecture,”in Proc.Of IEEE Intl.Conf.Commun.(ICC),Montreal,Canada,Jun.2021.47Priebe S,Jastrow C,Jacob M,et al.Channel and propagati

142、on measurements at 300 GHzJ.IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2011,59(5):1688-1698.48Jacob M,Priebe S,Dickhoff R,et al.Diffraction in mm and sub-mm wave indoor 43太赫兹通信技术报告propagation channelsJ.IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2012,60(3):833-844.4 9 K i m S,Za j i A G.

143、Sta t i st i c a l characterization of 300-GHz propagation on a desktopJ.IEEE Transactions on Vehicular Technology,2014,64(8):3330-3338.50Piesiewicz R,Jansen C,Mittleman D,et al.Scattering analysis for the modeling of THz communication systemsJ.IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2007,55(1

144、1):3002-3009.51Nguyen S L H,Haneda K,Putkonen J.Dual-band multipath cluster analysis of small-cell backhaul channels in an urban street environmentC.IEEE Globecom Workshops(GC Workshops),2016:1-6.52Xing Y,Kanhere O,Ju S,et al.Indoor wireless channel properties at millimeter wave and sub-terahertz fr

145、equenciesC.IEEE Global Communications Conference(GC),2019:1-6.53Jornet J M,Akyildiz I F.Channel modeling and capacity analysis for electromagnetic wireless nanonetworks in the terahertz bandJ.IEEE Transactions on Wireless Communications,2011,10(10):3211-3221.54Y.Chen,Y.Li,C.Han,Z.Yu,and G.Wang,“Chan

146、nel Measurement and Ray-Tracing-Statistical Hybrid Modeling for Low-Terahertz Indoor Communications”,IEEE Transactions on Wireless Communications,202155K.Guan,B.Peng,D.He,J.M.Eckhardt,H.Yi,S.Rey,B.Ai,Z.Zhong and T.Kurner,Channel Sounding and Ray Tracing for Intra-wagon Scenario at mmWave and Sub-mmW

147、ave Bands,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.69,no.2,pp.1007-1019,Aug.2020.56K.Guan,H.Yi,D.He,B.Ai and Z.Zhong,Towards 6G:Paradigm of realistic terahertz channel modeling,in China Communications,vol.18,no.5,pp.1-18,May 202157Y.-H.Chen,L.Yan,and C.Han,“Hybrid Spherical-and Planar-Wave

148、Modeling and DCNN-powered Estimation of Terahertz Ultra-massive MIMO Channels”,IEEE Transactions on Communications,202158S.Jia,L.Zhang,S.Wang,W.Li,M.Qiao,Z.Lu,N.Muhammad Idrees,X.Pang,H.Hu,X.Zhang,L.K.Oxenlwe and X.Yu,“2300 Gbit/s Line Rate PS-64QAM-OFDM THz Photonic-Wireless Transmission,”in Journa

149、l of Lightwave Technology,2020,38(17):4715-4721.59H.Zhang,L.Zhang,S.Wang,Z.Lu,Z.Yang,S.Liu,M.Qiao,Y.He,X.Pang,X.Zhang and X.Yu,“Tbit/s multi-dimensional multiplexing THz-over-Fiber for 6G wireless communication,”in Journal of Lightwave Technology,2021.太赫兹通信技术报告44贡献单位主要贡献人陈智 电子科技大学韩充 上海交通大学王光健 华为技术有限公司参与贡献单位和贡献人序号主要贡献单位贡献人1电子科技大学张波、马新迎、陈文荣2华为技术有限公司曾昆、余子明3中国联合网络通信有限公司马静艳、张忠皓、李福昌4上海交通大学陈燚、燕龙飞、吴永如5中国移动通信有限公司夏亮、王启星、刘光毅6北京交通大学官科、何丹萍7之江实验室余显斌、何通8爱立信公司李英刚、王巍、何安琪9上海诺基亚贝尔股份有限公司杨涛、宋暖、李知航10中信科移动通信技术股份有限公司苏昕、索士强、常国兵