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1、 1太赫茲通信技術報告2021 年年 9 月月 版權聲明版權聲明 Copyright Notification 未經書面許可 禁止打印、復制及通過任何媒體傳播 2021 IMT-2030（6G）推進組版權所有 3太赫茲通信技術報告目錄1.1 基本原理/61.2 國內外研究進展/61.3 國內外標準化進展/92.1 地面通信應用/102.2 非地面通信應用/112.3 微系統通信應用/115.1 國內外研究現狀/245.2 模型研究方法和思路/255.3 室內環境測量與結果分析/265.4 信道仿真平/275.5 多天線信道模型/287.1 太赫茲通信核心器件產業化/327.2 太赫茲通信關鍵技

2、術產業化/357.3 太赫茲通信系統產業化/36 3.1 太赫茲半導體技術/133.2 發射端核心器件/133.3 接收端核心器件/143.4 太赫茲調制電路/164.1 調制解調技/164.2 高速大帶寬基帶信號處理技術/184.3 大規模天線技術/194.4 波束對準與跟蹤技術/204.5 信道編碼技術/214.6 無線組網技術/21第一章 太赫茲通信概述/6第二章 太赫茲通信應用場景/10第五章 太赫茲傳播特性測量與建模/24第七章 國內太赫茲通信產業化進程 32參考文獻/40貢獻單位/44第六章 國內太赫茲通信系統原型驗證近況/29第八章 總結/39第三章 太赫茲通信核心器件/13第四

3、章 太赫茲通信關鍵技術/16太赫茲通信技術報告4圖目錄圖 1-1 太赫茲頻譜頻段/6圖 1-2 美國貝爾實驗室的 0.625THz 通信系統/7圖 1-3 日本 NTT 的 120GHz 通信系統實物與實驗場景/7圖 1-4 WRC-2019 議題 1.15 太赫茲頻譜劃分情況/9圖 2-1 熱點地區超寬帶覆蓋/10圖 2-2 固定無線接入/10圖 2-3 高速無線回傳/10圖 2-4 無線數據中心/10圖 2-5 數據亭數據卸載服務/11圖 2-6 空天地一體化通信應用場景/11圖 2-7 片上通信/11圖 2-8 用于健康監測的納米體域網/12圖 3-1 不同工藝的 fmax/fT 性能/

4、13圖 4-2 太赫茲頻段在不同傳輸距離下的路徑損耗 30/17圖 4-3 非正交波形（NOW）收發機框圖/17圖 4-4 （1）6G候選波形在 QPSK下的PAPR 性能，（2）6G 候選波形的 OOBE 性能，（3）未考慮 PA back-off 的吞吐量性能；（4）考慮 PA back-off 的吞吐量性能/18圖 4-5 使用不同精度的 ADC 功率開銷對比/19圖 4-6 大規模 MIMO 天線陣列的混合天線架構 45/20圖 4-7 太赫茲無線組網示意/22圖 4-8 吞吐量和數據包成功傳輸率/23圖 5-1 太赫茲多徑信道中的四種傳輸方式：(a)可視線；(b)反射；(c)散射；(

5、d)折射/24圖 5-2 會議室測量場景示意/26圖 5-3 會議室場景測量路徑損耗和理論路徑損耗/27圖 5-4 信道仿真流程/27圖 5-5 太赫茲超大規模 MIMO 傳播信道 57/28圖 6-1 中國工程物理研究院 0.14 THz 太赫茲通信系統/29圖 1-1 太赫茲頻譜頻段/6圖 1-2 美國貝爾實驗室的 0.625THz 通信系統/7圖 1-3 日本 NTT 的 120GHz 通信系統實物與實驗場景/7圖 1-4 WRC-2019 議題 1.15 太赫茲頻譜劃分情況/9圖 2-1 熱點地區超寬帶覆蓋/10圖 2-2 固定無線接入/10圖 2-3 高速無線回傳/10圖 2-4 無

6、線數據中心/10圖 2-5 數據亭數據卸載服務/11圖 2-6 空天地一體化通信應用場景/11圖 2-7 片上通信/11圖 2-8 用于健康監測的納米體域網/12圖 3-1 不同工藝的 fmax/fT 性能/13圖 4-2 太赫茲頻段在不同傳輸距離下的路徑損耗 30/17圖 4-3 非正交波形（NOW）收發機框圖/17圖 4-4 （1）6G候選波形在 QPSK下的PAPR 性能，（2）6G 候選波形的 OOBE 性能，（3）未考慮 PA back-off 的吞吐量性能；（4）考慮 PA back-off 的吞吐量性能/18圖 4-5 使用不同精度的 ADC 功率開銷對比/19圖 4-6 大規模

7、 MIMO 天線陣列的混合天線架構 45/20圖 4-7 太赫茲無線組網示意/22圖 4-8 吞吐量和數據包成功傳輸率/23圖 5-1 太赫茲多徑信道中的四種傳輸方式：(a)可視線；(b)反射；(c)散射；(d)折射/24圖 5-2 會議室測量場景示意/26圖 5-3 會議室場景測量路徑損耗和理論路徑損耗/27圖 5-4 信道仿真流程/27圖 5-5 太赫茲超大規模 MIMO 傳播信道 57/28圖 6-1 中國工程物理研究院 0.14 THz 太赫茲通信系統/29 5太赫茲通信技術報告表目錄表 1-1 國內太赫茲科研機構及研究課題/8表 4-1 PA 功率開銷對比/19表 4-2 ADC 功

8、率開銷對比/19表 4-3 太赫茲通信主要應用場景及組網形式/23表 5-1 信道建模方法的優缺點對比/25表 5-2 華為 140 GHz 信道測量/26表 5-3 信道參數/27表 5-4 信道參數相關性矩陣 27表 7-1 國內外功率放大器芯片性能對比/33表 7-2 國內外低噪放芯片性能對比表 7-3 國內外倍頻器性能對比/34表 7-4 國內外混頻器性能對比表 7-5 國外典型的太赫茲通信系統/37表 7-6 國內典型的太赫茲通信系統/38圖 6-2 浙江大學 0.4THz 光電結合方式的多通道太赫茲通信系統/29圖 6-3 太赫茲高清視頻實時傳輸系統/30圖 6-4 太赫茲遠距離傳

9、輸測試場景/30圖 6-5 華為公司太赫茲通信原型長距（3.6 公里）傳輸驗證/30圖 6-6 華為公司太赫茲高精度感知成像驗證/31圖 6-7 面向 6G 多網融合的多維復用光纖-太赫茲通信概念圖/31圖 6-9 基于波分復用與天線極化復用的多維復用光纖-太赫茲通信系統/31圖 6-10 基于波分復用與光空分復用的多維復用光纖-太赫茲通信系統/31表 1-1 國內太赫茲科研機構及研究課題/8表 4-1 PA 功率開銷對比/19表 4-2 ADC 功率開銷對比/19表 4-3 太赫茲通信主要應用場景及組網形式/23表 5-1 信道建模方法的優缺點對比/25表 5-2 華為 140 GHz 信道

10、測量/26表 5-3 信道參數/27表 5-4 信道參數相關性矩陣 27表 7-1 國內外功率放大器芯片性能對比/33表 7-2 國內外低噪放芯片性能對比表 7-3 國內外倍頻器性能對比/34表 7-4 國內外混頻器性能對比表 7-5 國外典型的太赫茲通信系統/37表 7-6 國內典型的太赫茲通信系統/38圖 6-2 浙江大學 0.4THz 光電結合方式的多通道太赫茲通信系統/29圖 6-3 太赫茲高清視頻實時傳輸系統/30圖 6-4 太赫茲遠距離傳輸測試場景/30圖 6-5 華為公司太赫茲通信原型長距（3.6 公里）傳輸驗證/30圖 6-6 華為公司太赫茲高精度感知成像驗證/31圖 6-7

11、面向 6G 多網融合的多維復用光纖-太赫茲通信概念圖/31圖 6-9 基于波分復用與天線極化復用的多維復用光纖-太赫茲通信系統/31圖 6-10 基于波分復用與光空分復用的多維復用光纖-太赫茲通信系統/31太赫茲通信技術報告61.2 國內外研究進展第一章 太赫茲通信概述1.1 基本原理太赫茲具有高頻率、大帶寬、低電磁輻射，且對非極性物質具有很好的穿透性的特點，早在 2000年初，國外就啟動太赫茲技術相關研究，并進行了太 赫 茲（Terahertz，THz）波 是 指 位 于0.1THz10THz 頻率范圍的電磁波，在整個電磁波譜中位于微波和紅外波頻段之間，如圖 1-1 所示。由于在電磁波譜的特

12、殊位置，太赫茲既具有微波頻段的穿透性和吸收性，又具有光譜分辨特性。太赫茲通信是以太赫茲頻段作為載波實現無線通信的技術。由于太赫茲頻段具有超大帶寬的頻段資源可供利用，支持超高的通信速率。因此，太赫茲通信被認為是達成 6G 太比特每秒（Tbps）通信速率的重要空口技術備選方案，有望應用在全息通信、微小尺寸通信、超大容量數據回傳、短距超高速傳輸等場景。同時，利用太赫茲通信信號的帶寬超大的特點，進行網絡和/或終端設備的高精度定位和高分辨率感知成像，也是太赫茲通信應用的擴展方向。圖 1-1 太赫茲頻譜頻段一些實踐應用。美國的研究相對突出，具有全球領先的技術發展和產業化水平。其中，以國防部高級研究計劃署（

13、DARPA）、國家航空與航天局（NASA）、國家能源局等部門牽頭，自 2009 年起，就投入大量經費和科研力量，進行太赫茲關鍵組件的研制和系統的研發，主要的頻段范圍集中在 0.11THz，應用場景包括移動自組網空間通信、機載大容量遠距離通信等。此外，眾多研究機構（如紐約大學、麻省理工、喬治亞理工大學、普林斯頓大學、加州大學伯克利分校等）和重要的國家實驗室（如 JPL 實驗室、洛斯阿拉莫斯實驗室等）也積極開展太赫茲相關技術研究，取得不錯的技術成果 1。圖 1-2 展示的美國貝爾實驗室 0.625THz 通信實驗系統 2，是目前全電子方式實現的最高載波頻率的太赫茲通信系 統。最近兩年，美國正在積極

14、推動太赫茲通信和相關應用的產業化。其中標志性的事件包括：1)2018年 2 月，美國聯邦通信委員會（FCC）批準一項名為“Spectrum Horizons”的 NPRM，對未來移動通信應用開放了從 95GHz 到 3THz 頻段，鼓勵相 7太赫茲通信技術報告圖 1-2 美國貝爾實驗室的 0.625THz 通信系統 2,3圖1-3 日本NTT的120GHz通信系統實物與實驗場景3,4關產業機構加入到太赫茲無線移動通信的應用研究中，該報告和命令于 2020 年 8 月 24 日由美國國家電信與信息管理機構（NTIA）批準正式生效；2)美國工業伙伴聯盟和 DARPA 共同創建了 ComSenTer

15、研究中心和產業聯盟，開發太赫茲無線傳輸和感知應用技術。歐洲太赫茲通信技術研究，主要依托兩個歐盟框架計劃：“Horizon 2020（地平線 2020）”和“Horizon Europe（地平線歐洲）”。通過上述兩個計劃，歐盟投資了至少千萬歐元啟動了多個跨國的太赫茲研發項目，包括：WORTECS（研究太赫茲異構組網技術）、EPIC（研究 Tpbs 傳輸前向糾錯編碼技術）、TERAPAD（研究局域網場景下超大帶寬無線接入技術）、ULTRAWAVE（研究超高容量回傳網絡技術）、DREAM（研究可重構 Mesh 網絡技術）等。2017 年，歐盟基于“地平線歐洲”計劃開始 6G 通信技術研發，屆時網絡峰

16、值數據達 Tbps量級，而超高速太赫茲通信技術是達成上述目標的核心技術之一。日本政府將太赫茲技術列為未來十年十大關鍵科學技術首位。2006 年，日本電報電話公司 NTT完成世界上首例太赫茲通信演示，并在 2008 年成功用于北京奧運會的高清轉播，如圖 1-3 所示。該系統工作頻點 120GHz，傳輸距離可達 15 公里。目前 NTT 正在全力研究 0.50.6THz 高速大容量無線通信系統，并計劃在 2021 年東京奧運會上實現100Gbit/s 的太赫茲高速無線局域網通信。國內的太赫茲技術研究起步稍晚。2005 年，科技部、中科院、國家自然科學基金委聯合召開了“太赫茲科學技術”主題的香山科學

17、會議，標志我國太赫茲研究戰略的啟動。隨后，科技部等多個相關部委陸續設立了太赫茲相關研究計劃，如 2010 年“毫米波與太赫茲無線通信技術開發”863 計劃專項，2018 年“太赫茲無線通信技術與系統”科技部重大專項，2019 年“太赫茲核心器件與收發芯片”國家自然科學基金委移動網絡專項等。另一方面，國內以高校和研究院所為代表的科研機構也積極投入太赫茲研究，并以不同形式進行了互通協作，共同推動國內太赫茲技術和產業進展。經過十余年的技術發展，以電子科技大學、中國工程物理研究所、中電13所、中科院上海微系統所、天津大學、湖南大學、浙江大學、復旦大學等眾多高校和科研院所為代表的國家太赫茲相關研究單位，

18、都在太赫茲核心關鍵器件和通信原型系統的開發上取得了眾多技術成果5-8，接近或部分達到了世界先進水平，具體如下表所示。太赫茲通信技術報告8表 1-1 國內太赫茲科研機構及研究課題研究單位研究課題中國科學院上海微系統與信息技術研究所太赫茲量子器件及其成像電子科技大學大功率太赫茲源、新型太赫茲源、太赫茲準光器件、太赫茲通信、太赫茲有源超表面、太赫茲成像系統前段關鍵技術、太赫茲高速直接調控器件及應用上海理工大學太赫茲 TDS 系統、太赫茲納米光子學中科院電子學研究所太赫茲成像中電 41 所太赫茲倍頻源中電 13 所太赫茲混頻器、倍頻器、放大器天津大學太赫茲波譜成像、太赫茲輻射源、太赫茲光纖激光技術武漢

19、理工大學太赫茲微帶天線陣列紫金山天文臺太赫茲倍頻器北京大學太赫茲自由電子激光器放大器清華大學基于 SiGe BiCOMS 工藝的太赫茲功率放大器哈爾濱工業大學THz 成像探測技術南開大學太赫茲功能材料電磁特性與器件研究、鐵磁納米顆粒誘導調控增強的太赫茲液晶相移器復旦大學太赫茲波波導武漢光電國家實驗室太赫茲光通信器件，太赫茲技術，生物醫學光子學華為技術有限公司太赫茲通信感知與高精度定位浙江大學光電調制器件、光電結合方式太赫茲通信系統中國工程物理研究所太赫茲源、太赫茲半導體器件、太赫茲通信系統上海交通大學太赫茲信道 9太赫茲通信技術報告圖 1-4 WRC-2019 議題 1.15 太赫茲頻譜劃分情

20、況1.3 國內外標準化進展在太赫茲無線通信頻譜分配方面，國際電信聯盟（ITU）已經完成 100275 GHz 頻率范圍內各用頻業務的頻率劃分工作，其中，為陸地移動業務和固定業務分配的全球統一標識頻譜有 97.2 GHz。在2019 年世界無線電大會（WRC-19）上，基于 WRC-15第767號決議和WRC-19第1.15議題研究結果，大會又為陸地移動業務和固定業務在 275450 GHz頻率范圍內新增 275296GHz、306313GHz、318-333GHz、356450GHz 四個全球標識的移動業務頻段，新增頻譜帶寬合計 137GHz，如圖 1-4 所示。在太赫茲無線通信空口技術標準上

21、，美國電氣電子工程師學會（IEEE）在 2008 年在 IEEE 802.15工 作 組 下 設 立 了 太 赫 茲 興 趣 組（IG THz，THz Interest Group），探討 2753000 GHz 頻率范圍內太赫茲通信和相關網絡應用的可行性。后續，該興趣組轉為 IEEE 802.15.3d 任務組。2017 年，該任務組發布了 IEEE Std.802.15.3d-20179，定義了符合 IEEE Std.802.15.3-2016 的無線點對點物理層，頻率范圍為 252GHz 到 325GHz，是第一個工作在300GHz 的無線通信標準。2019 年，IMT-2030（6G）

22、推進組無線技術工作組成立了太赫茲通信任務組，將太赫茲通信為未來 6G 通信的重要候選技術，召集各相關產學研用單位，研究討論太赫茲通信關鍵技術、應用愿景和標準化等方面的工作，這為太赫茲通信進入 IMT 通信技術標準奠定了研究和產業共識基礎。IEEE 通信學會旗下的太赫茲通信特別興趣組（ComSoc Special Interest Group(SIG)on Terahertz Communications）已于2021年7月成立，將在國內外組織太赫茲通信領域的研討會、講座等各類活動。上海交通大學、電子科技大學、華為等工作組成員單位已積極與其中。太赫茲通信技術報告10第二章 太赫茲通信應用場景2.

23、1 地面通信應用太赫茲具有超大帶寬的頻率資源可供使用，系統的峰值速率可能達到 Tbps 以上，適合地面超高速無線通信。超高速無線移動場景6G 時代的通信業務應用，例如全息通信、高質量視頻在線會議、增強現實/虛擬現實、3D 游戲等，對數據速率、時延和連接數等網絡 KPI 的需求與 5G 相比可能呈現數量級增長，太赫茲通信能夠滿足上述技術需求，可用于為熱點地區提供超高速網絡覆蓋，作為宏蜂窩網絡的補充，提供超寬帶無線通信服務。高速無線回傳場景太赫茲無線收發設備可以用于代替光纖或電纜實現基站數據的高速回傳，節省光纖部署成本，在高山、沙漠、河流等無法部署光纖的區域應用太赫茲無線鏈路實現高速數據傳輸，作為

24、光纖的延伸。目前國內外已有的太赫茲原型通信系統已具備超高速無線數據傳輸能力，未來需要發展的技術重點是相關功能設備的低功耗、低成本和小型化。固定無線接入場景FWA（Fixed Wireless Access,固定無線接入）是在 5G 已實現商用的一種通信場景，目前較多應用毫米波技術實現。由于太赫茲通信可以支持的帶寬和速率會遠遠大于毫米波頻段，未來可應用于 FWA 場景，用于滿足 6G 通信能力需求。無線數據中心場景隨著云服務應用需求的不斷增加，對數據中心服務器/服務器群（Server Farms）的應用需求也快速增長。傳統的數據中心服務器架構基于線纜連接，海量線纜的空間占用和維護成本較高，對于數

25、據中心的散熱成本和服務器性能都有一定影響。太赫茲以其超高通信速率特點，被認為可廣泛應用于無線數據中心，用以降低數據中心空間成本、線纜維護成本和功耗，有較多相關研究成果發表10-13。圖 2-1 熱點地區超寬帶覆蓋圖 2-3 高速無線回傳圖 2-2 固定無線接入圖 2-4 無線數據中心 11太赫茲通信技術報告2.2 非地面通信應用2.3 微系統通信應用 數據亭下載場景數據亭（Data Kiosk），即具有超高數據傳輸能力的數據站點，是太赫茲另一個極具潛力的應用場景。數據亭可以分布在公共場所，例如機場、火車站、購物中心、交通擁堵等擁擠的地方，可以同時為一個用戶（點對點）或者多個用戶（點對多點）提供

26、短時超高速率數據下載服務 14-15。此外，還可以部署在加油站和交通擁堵頻繁的道路上，可以為汽車更新 3D 4K 地圖視頻，或者可以為車內乘客提供多媒體內容下載服務等。太赫茲波在外層空間中基本可做到無損傳播，通過極低的功率就可實現超遠距離傳輸。如果未來太赫茲天線系統可以實現小型化、平面化，太赫茲通信系統可通過搭載衛星、無人機、飛艇等天基平臺和空基平臺，作為無線通信和中繼設備，應用于衛星集群間、天地間和千公里以上的星間高速無線通信場景，實現未來的空天地海一體化通信?？仗斓匾惑w化網絡 16 是以地基網絡為基礎，天基網絡和空基網絡為補充和延伸，為廣域空間范圍內的各種網絡應用提供泛在、智能、協同、高效

27、的信息保障基礎設施。在覆蓋方面，空天地一體化通信網絡可以提供空、天、海、地的廣域覆蓋，特別是人跡罕至的偏遠地區、農村地區、空中和海面上；在業務方面，空天地一體化通信網絡可以提供回傳、中繼、應急通信、廣播通信、寬帶接入、個人移動、行業應用和物聯網服務等，對時延的需求不太敏感。因此，空天地一體化網絡可應用于偏遠赫茲波長極短，隨著太赫茲通信技術的持續突破和發展，未來有望實現毫微尺寸甚至是微納尺寸的收發設備和組件，在極短距離范圍內實現超高速數據鏈應用。隨著石墨烯等新型材料技術的興起與發展，太赫茲通信除了傳統的宏觀尺度應用，還有望作為無線納米網絡通信頻段，用于芯片的高速數據傳輸的片上/片間無線通信等，支

28、持健康監測系統的可穿戴或植入式太赫茲設備，用于納米體域網、納米傳感器網絡等多種微小尺度通信應用場景，實現從宏觀通信到微觀通信的 6G 網絡覆蓋。圖 2-5 數據亭數據卸載服務圖 2-6 空天地一體化通信應用場景地區通信、應急通信、高速移動終端、物聯網、遙感遙測等。圖 2-7 片上通信太赫茲通信技術報告12微小尺度通信帶有明顯的 6G 愿景特征，從目前太赫茲通信的技術能力來看，未來需要通過將太赫茲技術與微納技術的結合，以及新型材料和工藝技術的進展突破，實現毫微尺寸、高效率、低成本的太赫茲通信收發器件與設備。圖 2-8 用于健康監測的納米體域網 17 13太赫茲通信技術報告圖 3-1 不同工藝的

29、fmax/fT 性能第三章 太赫茲通信核心器件太赫茲電路是實現太赫茲系統的關鍵，它的性能直接影響著系統性能優劣。近二十年來，太赫茲電路的研究正如火如荼地開展，引發了業界的高度關注和積極探索?，F在支持高于 100GHz 應用的設備技術方面有了多種選擇，如圖 3-1 所示。太赫茲通信系統主要是太赫茲發射源和接收機，涉及的核心電路包括：倍頻器、混頻器、調制解調器、低噪聲放大器等。目前，業界對太赫茲電路技術的研究，正朝著更高頻段（超過 1THz）、更低損耗、更高效率的方向發展?；?III-V 族化合物半導體晶體管工藝的芯片集成電路，雖然發展緩慢且耗資巨大，也還是引發了廣大科研工作者的高度關注和積極探

30、索。3.1 太赫茲半導體技術3.2 發射端核心器件太赫茲半導體技術主要指的是利用二極管或晶體管等非線性器件，實現太赫茲頻段的倍頻、混頻、放大等功能電路，從而構成太赫茲發射和接收前端，實現對特定頻率太赫茲波的產生和探測。肖特基勢壘二極管是一種可常溫工作、導通電壓較低、反向恢復時間極短的二極管，目前太赫茲頻段肖特基勢壘二極管主要基于砷化鎵（GaAs）材料，這主要是因為砷化鎵擁有較高的飽和電子速率及電子遷移率，使得砷化鎵可以應用于高于高品質的太赫茲頻率源是太赫茲系統應用的關鍵，它的性能在很大程度上決定了系統的性能。目前，太赫茲固態頻率源正在向著更高頻率、更大功率、更寬頻帶、單片集成、超低相噪等方向發

31、展。倍頻器倍頻器是利用二極管的非線性特性實現頻率倍增功能的有源電路，是太赫茲固態頻率源的核心。在太赫茲通信系統中，倍頻源的主要作用是為變頻器提供本振驅動信號，從而滿足通信系統的正常工作。目前美國 VDI 公司基于 GaAs 二極管已經實現了 1THz 頻段的倍頻鏈路，在常用的 220GHz、340GHz、420GHz 等頻段的頻率源的輸出功率均在10mW 以上，可滿足變頻器的驅動功率需求。同時，德國的 ACST 公司、英國的盧瑟福阿普爾頓實驗250GHz 的場合。GaAs 基肖特基二極管是太赫茲固態有源電路采用的主流器件，以美國 VDI 公司為代表，從上世紀六十年代開始研究，已經非常成熟，并實

32、現產業化。目前器件截止頻率已經大于30THz，混頻器、倍頻器的工作頻率基本覆蓋了太赫茲頻段。同時，芯片集成化也成為太赫茲頻段半導體技術研究的重中之重。用于太赫茲頻段放大器的半導體器件，可以按照半導體材料簡單地分成兩類，一類是 Si 基器件，另一類是-族化合物基器件。Si 基器件主要為互補金屬氧化物半導體（CMOS）器件和 SiGe 雙極互補金屬氧化物半導體（BiCMOS）器件，-族化合物器件主要包括 GaAs 贗配型高電子遷移率晶體管（PHEMT）器件、GaAs 改性高電子遷移率晶體管（MHEMT）器件、InP HEMT器件、InP HBT 器件和 GaN HEMT 器件。太赫茲通信技術報告1

33、4室、愛爾蘭的 Farran 公司等研究機構在太赫茲倍頻源方面也有諸多建樹。國內方面，電子科技大學，中國電子科技集團公司第十三研究所，中國工程物理研究院等研究機構經過技術追趕，在 110GHz、220GHz、340GHz 等頻段的太赫茲頻率源也基本滿足了應用需求 18-20。功率放大器功率放大器通常位于通信系統發射機的末級，與上變頻器相連接，其功率放大性能決定了通信系統的作用距離。功率放大器的核心指標是放大器增益，直接影響著通信系統的實際作用距離。目前功率放大器普遍采用基于 InP HBT/DHBT 的器件，該器件由發射極、集電極和基極組成，具有高頻率、高功率的特點，因而可以應用于太赫茲功率放

34、大器的研究，InP HBT器件還具有相位噪聲低、頻帶寬、集成能力高的特點，十分適合于線性功放和超高速電路的設計。目前美國 Teledyne 公司在 InP HBT 器件研究中處于世界領先，德國 IAF 研究所、美國諾格公司等研究機構緊隨其后?；?InP HEMT 的太赫茲功放目前在 220 GHz 頻段已經實現了輸出功率大于200 mW21，可支持公里級的太赫茲通信需求。國內在太赫茲 InP HBT/DHBT 技術方面起步較晚，實現的功放也集中于 200GHz 以下，中國電子科技集團公司第十三、第五十五研究所、中國科學院微電子研究所等目前正在積極的推進 220GHz 以上頻率功率放大器的相關

35、研究工作。3.3 接收端核心器件太赫茲頻段的接收機中，外差接收是應用最為廣泛的接收體制。在外差接收體制中，系統的關鍵電路通常包括實現頻率變換、信號產生和信號放大功能的電路。變頻器變頻器是利用肖特基勢壘二極管的非線性特性實現頻率變換功能的有源電路，是超外差接收系統中的核心電路之一。通信系統中，變頻器的主要作用是將中頻基帶信號搬移至太赫茲頻段進行發射（上變頻），或將太赫茲頻段傳輸信號搬移至中頻頻段送至基帶進行解調（下變頻）。變頻器的核心指標是噪聲溫度和變頻損耗，前者影響著接收機的噪聲性能，后者則決定了太赫茲頻段信號變頻至中頻頻段信號的損耗。太赫茲變頻器發展已有幾十年的歷史，技術相對成熟，目前，太赫

36、茲固態變頻器正在向著高頻率、低損耗、低噪聲、寬頻帶、單片集成等方向發展，最高工作頻率已達 5THz22。作為目前固態變頻器的世界領先研究機構，美國弗吉尼亞二極管公司（VDI）的分諧波變頻器的工作頻率已經覆蓋到 5THz，在常用的 220GHz、340GHz、420GHz 等頻段的分諧波變頻器的變頻損耗的典型值分別為 8dB、10dB、12dB。同時，德國的 ACST 公司，英國的盧瑟福阿普爾頓實驗室，巴黎天文臺等研究機構在太赫茲分諧波變頻器方面也具有諸多建樹。國內方面，電子科技大學、東南大學、中國電子科技集團公司第十三研究所等研究機構經過近十年的技術追趕，在 140GHz、220GHz、340

37、GHz 等頻段的分諧波變頻器也基本達到了世界一流水平。低噪聲放大器低噪聲放大器作為通信系統接收機的第一級，其性能決定了整個接收機的性能。其重要作用是將微弱的傳輸信號功率放大，并盡可能的減小放大器自身的噪聲對信號的干擾，以提高通信系統的信噪比。低噪聲放大器的核心指標是噪聲系數和放大器增益，前者影響著接收機的噪聲性能，后者是對信號功率放大能力的體現，影響著通信系統的作用距離。目前，低噪聲放大器主要基于 InP 器件，InP是重要的-族化合物材料之一，相比其他材料，InP 電子遷移率較高，但是禁帶寬度較小，所以 InP基器件可以用來進行 THz 高頻、高增益、低噪聲的小信號放大器設計。在 InP H

38、EMT 電路研究方面，美國諾格公司（Northrop Grumman）處在行業領先的位置，該公司研制的 InP 放大芯片工作頻率可達 600GHz 以 15太赫茲通信技術報告3.4 太赫茲調制電路近年來，太赫茲直接調制技術的發展，為解決太赫茲無線通信技術和成像技術中存在的一系列問題，提供了新的研究方向，為實現高效、高速太赫茲無線通信和快速、高分辨率太赫茲成像提供了新的技術解決途徑。太赫茲準光調制器作為基于外部直接調制技術的太赫茲無線通信系統及太赫茲成像系統中的核心器件，其器件性能的提升對太赫茲系統的發展有著至關重要的作用。外部直接調制方式是針對空間中傳輸的太赫茲波進行直接調制。其不受太赫茲輻射

39、源性能的影響，可根據不同的通信距離和工作環境，靈活地選擇輸出功率和載波頻率。太赫茲直接調制器具有很高的功率承載能力，可與多種太赫茲輻射源靈活搭配，特別適用于遠距離太赫茲空間信息網絡的組建。由于太赫茲波頻率高、波長短，因此作為外部直接調制太赫茲無線通信系統的核心器件，太赫茲高速準光調制器的發展對于該系統的實際應用具有十分重要的影響。根據最新研究可以發現 27-29，包括相變材料在內的多種半導體材料被應用到器件的研究中，雖然調制方式多樣化，但該類器件的發展較為緩慢。此外，有關太赫茲調相器的調相機理的研究鮮有報導。因此，研究相位調制的內在機制，增大器件的相移量是太赫茲準光相位調制器發展的迫切需求。上

40、。在 220GHz、340GHz 的常用頻段，其噪聲系數典型值為 6dB 和 8dB。同時，美國 Teledyne 公司，德國 IAF 研究所等研究機構也具有較強的太赫茲芯片研發能力 23-25。近五年來，國內投入了大量人力物力研究 InP HEMT 器件和電路，主要研究單位有中國電子科技集團公司第十三、第五十五研究所、中國科學院微電子研究所等，目前研制出的 220GHz 放大器性能良好 26。太赫茲通信技術報告16第四章 太赫茲通信關鍵技術4.1 調制解調技術鑒于太赫茲的信道特性，傳統調制方式不能完全實現太赫茲頻段的期望性能。圖 4-1 描述了太赫茲頻段路徑損耗特性。眾所周知，給定傳輸距離，

41、由于傳播衰減損耗會隨頻率的增加而增大。幾米的傳輸距離就能導致 100 dB 以上路徑損耗。此外，分子吸收是影響太赫茲頻段傳輸特性的一個重要因素。分子吸收導致的路徑衰減分隔了許多傳輸窗，并且其位置和寬度都與傳輸距離緊密相關。在太赫茲頻段，傳輸距離的微小變化會極大地影響其信道的大尺度傳輸特性，即傳輸窗帶寬會急劇下降。例如，傳輸距離小于 1 米，太赫茲頻段信道可呈現幾乎 10 THz 的傳輸窗。然而，當傳輸距離從 1 米增加到 10 米時，傳輸窗帶寬將下降至少 10%。太赫茲頻段的這一特殊信道傳輸特性要求根據目標距離不同的應用場景（短距離場景、中長距離場景）并在相應的場景中選擇合適的調制方式。對于短

42、距離場景，太赫茲通信調制方式的設計思路與超寬帶通信類似，即低功耗、小尺寸、低復雜度。相比于傳統的調制方式，基于脈沖的調制方案能夠滿足這些要求，更適合于短距離太赫茲高寬帶通信。相關文獻提出了一種時域擴展開關鍵控脈沖調制方案，通過發射百飛秒級時長的脈沖，實現太赫茲頻帶的超高速率傳輸 31。盡管這些脈沖的持續時間很短，但利用等離子波太赫茲收發器件可以檢測以及解調出這些脈沖。這種調制方式主要適用于短距離場景，此時分子吸收損耗對信道不會有嚴重影響。對于中長距離場景，分子吸收的存在使得太赫茲頻帶的頻譜窗口與傳輸距離具有密切關系，促使距離自適應通信調制方式的提出。此外，每個頻譜窗口都具有數千兆赫茲到太赫茲的

43、超寬帶帶寬，并且可以劃分為更窄的子窗口，允許并行多寬帶傳輸。在太赫茲頻段，多寬帶調制技術能夠根據傳輸距離動態調整傳輸波形，充分利用太赫茲信道可用帶寬，允許對每個頻譜子窗口的數據速率和發射功率進行動態調制，有利于降低功耗，提高傳輸距離 32。除了提高單用戶的數據速率，還可以使用距離自適應調制技術對多個用戶的可用帶寬進行有效分配。距離自適應多用戶調制技術將太赫茲頻譜窗口中的中心子窗口分配給距離更遠的用戶，將邊界子窗口分配給更近的用戶，同時對不同用戶進行功率自適應分配 33。這種用于太赫茲頻段的距離自適應調制技術優于現有的毫米波調制技術以及非自適應調制技術。由于不同距離的用戶具有不同的可用帶寬以及解

44、調能力，上述距離自適應調制技術可以與傳統的調制方式相結合，實現分層帶寬調制技術 34。該技術在發射端采用多種調制階數以及符號時間，在不同距離的用戶接收端根據自身的可用帶寬確定解調階數以及符號時間，能夠有效提高整個系統的數據速率。圖 4-1 太赫茲頻段在不同傳輸距離下的路徑損耗 30 17太赫茲通信技術報告圖 4-2 OFDM,DFT-s-OFDM,OTFS,DFT-s-OTFS太赫茲傳輸的峰值平均功率比圖 4-3 非正交波形（NOW）收發機框圖沿用 5G 空口的技術方案，需評估比較不同的波形設計方案，包括單載波基于傅立葉變換擴展的正交頻分復用 DFT-s-OFDM 及其變體、多載波正交頻分復用

45、 OFDM、以及正交時頻空間 OTFS 在太赫茲信道和器件影響下的性能，如頻譜效率、多普勒偏移的魯棒性、峰值平均功率比、相位噪聲、帶外能量泄露等。針對太赫茲波形，上海交通大學韓充教授與諾基亞貝爾團隊提出新型的基于傅立葉變換擴展的正交時頻復用 DFT-s-OTFS 的設計方案，結合單載波與正交時頻空間的優勢，有效抵御太赫茲波段對多普勒偏移的敏感性，同時降低峰值平均功率比 35，比較結果如圖 4-2?？紤]到 6G 極致速率的需求，高頻大帶寬(高頻段毫米波(mmWave)和太赫茲(THz)成為 6G 無線通信系統的主要的候選技術。然而高頻大帶寬系統受到功放（PA）非線性的制約，因此高功率效率（或低峰

46、均比(Peak to Average Power Ratio,PAPR)）是 6G 的波形設計的重要指標，此外頻譜效率（Spectrum Efficiency,SE）和帶外泄露（Out-Of-Band-Emission,OOBE）仍然是波形設計的重要指標。DFT-s-OFDM 由 于 低 PAPR 的 特 點，且 在4G/5G 的上行得到初步應用，可以作為 6G 波形的候選方案。為了在保證 DFT-s-OFDM 低 PAPR 的基礎上以合理的接收機復雜度實現 SE 提升,提出一種新的非正交波形（NOW）方案。NOW 將 DFT-s-OFDM 與時域 FTN 相結合，通過壓縮整個 DFT-s-O

47、FDM 時域 OFDM 符號，實現在給定時間內傳輸更多的數據，從而在保證 DFT-s-OFDM 低 PAPR 的基礎上提升 SE，如圖 4-3 所示，NOW 在發射端完成傳統 DFT-s-OFDM 方案的 CP Insertion 操作以后，添加 FTN Modulation 模塊，具體包括 Up-sampling 與 Pulse-shaping 兩部分操作，實現一個OFDM 符號的整體壓縮。根據壓縮因子進行調整的頻域功率分配方法，進一步降低 NOW 的 OOBE。利用鏈路級仿真平臺對 NOW 波形性能驗證，結果如圖 4-4 所示。提出的 NOW 波形與 CP DFT-s-OFDM 相比，約有

48、 1.3dB 的 PAPR 增益。在 QPSK下，與其他正交 DFT-s-OFDM 波形相比，在沒有考慮 PA back-off 時，NOW 有 57%吞吐量增益；而在考慮 PA back-off 時，NOW 能夠實現 85%的吞吐量增益。太赫茲通信技術報告18圖 4-4（1）6G 候選波形在 QPSK 下的 PAPR 性能圖 4-4（3）未考慮 PA back-off 的吞吐量性能圖 4-4（2）6G 候選波形的 OOBE 性能圖 4-4（4）考慮 PA back-off 的吞吐量性能4.2 高速大帶寬基帶信號處理技術太赫茲通信傳輸速率高、頻帶寬、射頻非理想性突出，對超寬帶信號采樣、高速基帶

49、信號處理、基帶數字電路設計與實現帶來極大的挑戰，尤其需要突破低復雜度和低功耗的高速基帶信號處理和集成電路設計技術，滿足太赫茲通信系統對體積、功耗、復雜度等實用性技術要求。針對現有通信設備不能滿足超大帶寬太赫茲信號的數模轉換和高速基帶處理功能的問題，主要是受限于通信設備的 AD/DA 采樣速率，需要研究低量化精度信號處理技術，具體包括比特量化與信號算法的聯合優化設計、聯合自適應量化門限單比特解調優化以及基于概率計算的低復雜度硬件集成電路設計等。針對太赫茲通信高頻率和大帶寬引入的復雜動態信道、混合失真、復合噪聲、方向性強易被遮擋等不利影響，需要從不同層面研究適應于太赫茲硬件設備實現的低復雜度、高效

50、信號處理方法。針對太赫茲射頻非理想特性和工程實現的約束，嘗試根據現有的理論基礎，設計適應于大帶寬高數據速率的太赫茲通信波形和低復雜度的并行化基帶信號處理架構，解決太赫茲超高傳輸速率的物理層設計和工程實現問題，讓太赫茲通信在當前器件約束下走向實際應用。高頻收發端功耗主要來源于 PA，DAC/ADC，本地振蕩器，上下變頻處理器和數字基帶處理器。收發端的功耗主要與 PA，數模轉換器的線性度、精度和硬件個數有關。收發端的架構和天線陣元個數均會影響收發端的功耗。隨著天線陣元個數和頻段的增加，PA的功耗逐漸增加。使用功率回退（backoff，BO）可以有效改善 PA 線性度，但是在高頻和多天 19太赫茲通

51、信技術報告線的情況下，使用 BO 同樣帶來額外的功耗開銷。ADC 的精度對功耗的影響很大，如圖 4-5 所示。通過功耗分析可以發現，使用多個低精度的 ADC 代替高精度 ADC 具有更低的功耗可以在補償量化損失的同時降低總體的功率開銷。PA 和 ADC 的功耗與總功耗的比與收發端的架構有關，其功耗對比如下表 4-1，表 4-2。模擬和混合架構中 PA 功耗占主導。而低精度的 ADC 在不同架構中具有相似的功耗開銷，遠小于 PA 的功耗。隨著精度的提升，ADC 的功耗迅速升高，引入大量的功率開銷。因此，在設計收發端的時候，為了降低總的功耗，需要重點考慮 PA 的選擇，并且盡可能的使用多個低精度的

52、 ADC 代替高精度 ADC，在滿足性能需求的同時盡可能的降低功耗。圖 4-5 使用不同精度的 ADC 功率開銷對比表 4-1 PA 功率開銷對比表 4-2 ADC 功率開銷對比4.3 超大規模天線技術大規模甚至超大規模天線系統可以有效地克服太赫茲頻段帶來的非常嚴重的傳輸衰減。然而大規模天線上的太赫茲硬件設備具有很高的復雜度和功率損耗。一方面，傳統的全數字天線架構（即每個天線陣元都接具備一個收發單元）要求極高的硬件復雜度，實際中不可行。另一方面，全射頻模擬架構（即一個或幾個并行射頻通道連接所有天線陣元）通過射頻端的移相網絡對每個天線陣元調整相位。與全數字結構不同的是，其射頻端信號處理只能在整個

53、寬帶上進行并且某一時刻僅支持單流傳輸。因此混合模擬/數字混合架構更適用于太赫茲超大規模天線系統 44。典型的混合模擬數字大規模天線架構如圖 4-9所示，主要分為兩種，即（a）全連接、（b）子陣結構。全連接指的是每個射頻鏈路與所有的天線陣元都連接，而基于子陣的結構是每個射頻鏈路只與某一個子陣的天線相連。因此，全連接陣列架構所有的射頻通道共享整個天線陣列中的每一個天線單元，而子陣結構中每一個子陣只與一個單獨的射頻通道相連。兩個架構的基帶信號處理可以實現多流復用并降低用戶間干擾。不同的架構決定了波束賦形的算法設計及實現、關系到硬件復雜度及基帶算法復雜度以及整個系統成本。綜述文獻 37 比較了兩種混合

54、架構的頻譜效率以及硬件復雜度。全連接結構具有較高的頻譜效率以及較高的硬件復雜度與功耗。子陣結構具有較低的硬件復雜度和功耗，但與此同時頻譜效率也較低。因此，現有的兩種混合結構均無法在頻譜效率、硬件復雜度、以及功耗之間進行有效平衡。針對上述問題，上海交通大學韓充教授與新南威爾士大學 Jinhong Yuan 教授提出了動態陣列結構來平衡頻譜效率與功耗 38，如圖 4-2(c)所示。動態陣列結構通過插入開關網絡，以此實現頻譜效率與功耗的智能控制，閉合開關數越多，頻譜效率及功耗越大，反之，即可實現較低的頻譜效率與功耗。全連接結構以及子陣結構均為動態陣列結構開關全部閉合或每個射頻鏈路連接一個閉合開關的特

55、太赫茲通信技術報告20殊情況。動態陣列結構可以很好的平衡頻譜效率以及功耗，但是其硬件復雜度卻仍較高?；诮档陀布碗s度的目標，該團隊提出了一種基于子陣結構的動態子陣列的結構，即將圖 4-9(b)中的固定子陣列映射方式改為新型的動態映射方式 38。動態映射方式通過開關網絡來實現。具體地，每根天線連接一個移相器，然后連接一個開關。通過開關從不同射頻鏈路依據優化目標，如最大化頻譜效率，做出智能選擇。最終，每根射頻鏈路連接控制的天線均為動態選擇的結果。由于傳統的子陣列結構每根射頻鏈路只能選擇相鄰的固定天線，這種新型動態選擇的結構被稱為動態子陣列結構。通過子陣列的動態選擇，系統設計增添了新的自由度，即開

56、關映射自由度，因此動態子陣列結構相比于較為傳統的子陣列結構，頻譜效率得到很大提升。在硬件復雜度方面，動態子陣列結構比子陣列結構多使用了開關網絡。由于開關網絡硬件復雜度遠低于移相器網絡，動態子陣列的硬件復雜度略高于子陣列結構。因此，相比于子陣列結構，動態子陣列結構可實現更高的頻譜效率，與此同時，功耗和硬件復雜度提升有限，可實現較好的在頻譜效率、功耗、以及硬件復雜度方面的平衡。此外，現有的混合模擬數字大規模天線架構大多假設理想的無限精度可調移相器。因此，上海交通大學韓充教授與新南威爾士大學 Jinhong Yuan圖 4-6 大規模 MIMO 天線陣列的混合天線架構 45教授以及悉尼大學 Nan

57、Yang 教授針對這一點研究了更符合實際應用的太赫茲動態子陣列結構中低精度可調移相器的使用38。研究結果表明，使用3-bit精度的移相器，太赫茲動態子陣列結構可以實現與利用理想無限精度移相器相近的效果。因此，通過使用低精度移相器，太赫茲動態子陣列結構可以降低硬件復雜度與功耗，同時獲得較高頻譜效率。相比于傳統頻段，太赫茲通信系統具有廣闊帶寬（上百 GHz 甚至 THz）,為典型的寬帶通信系統。已有的混合波束賦形結構通常使用移相器來實現模擬波束賦形矩陣。移相器具有頻率平坦特性，即在工作帶寬內，移相器對所有頻率調節相同相位。但是，在寬帶太赫茲系統中，不同載波頻率對應的信道不同，從而需要不同的波束賦形

58、矩陣。由于已有的基于移相器的混合波束賦形結構僅能針對一個頻點進行波束賦形，對于其他載波頻率，波束賦形矩陣存在偏差，繼而導致其他載波頻率的波束出現偏移現象。在寬帶太赫茲超大規模天線系統中，大帶寬以及超大規模天線陣列帶來的大陣列口徑使得波束偏移現象較為嚴重，大大降低波束賦形增益。為解決波束偏移問題，在低頻段通信系統中，通常使用延時器（true-time-delay，TTD）來代替移相器實現模擬波束賦形矩陣 39。由于該頻率偏移與載波頻率成正比，因此可以利用延時器可針對不同頻率同時實現所需波束賦形權重，繼而消除波束偏移問題。但是，在太赫茲頻段下，可調節的延時器具有極高的硬件復雜度。為解決這一問題，清

59、華大學戴凌龍教授團隊提出使用移相器和時延器相結合的方式 40，上海交通大學韓充教授和諾基亞貝爾團隊提出使用固定延時器的方法 41。4.4 波束對準與跟蹤技術極窄波束太赫茲通信對高精度對準帶來了較大挑戰。首先，太赫茲頻率高，信道的多普勒效應強，信道相干時間短，通信過程中需要在數個相干時間內達到毫度級的角度跟蹤。其次，在波束搜索過程中，系統需要向所有方向發射波束，構造極窄波束需要向更多的方向發射波束，導致波束訓練時間過 21太赫茲通信技術報告4.5 信道編碼技術4.6 無線組網技術太赫茲通信系統需要設計新的信道編碼以匹配其信道特點和收發機能力。使用容量逼近的傳統信道編碼的目的為給定發射功率后最大化

60、數據速率，或等效為給定數據速率后最小化發射功率。然而除了考慮發射功率外，還需考慮功率消耗的另一個源頭，即解碼功率。當通信距離小于 10 米時，最先進的解碼器所需的解碼功率也將逼近，甚至超過發射功率。因此業界為了降低解碼功率，不惜以增加發射功率為代價，在60GHz系統中使用非編碼傳輸。在選擇太赫茲通信系統的信道編碼策略時，需要結合太赫茲通信系統超寬帶和高數據速率的特點，仔細、謹慎的設計解碼功率和解碼時間。信道編碼的技術挑戰可分為：一、研究太赫茲頻段引起信道估計誤差的源頭。太赫茲信道具有分子吸收噪聲和多徑衰落的特點，是產生信道比特誤碼率的重要原因。推薦從噪聲及多徑衰落的統計分析著手，研究引起信道估

61、計誤差的特征。二、設計具有超低復雜度的信道編碼策略。由于發射功率最小化和解碼時間最小化很難同時取得，因此如何折衷考慮它們非常很重要，需要設計合適的信道編碼來最小化發射功率與解碼功率之 和。面對未來 6G 無線網絡多樣化的應用場景，需要合理規劃太赫茲通信適用于組網哪個部分，比如前傳、回傳、空口等，還需要研究太赫茲無線鏈路長、波束對準的開銷較大，減少有效信息傳輸時間。從接收端角度估計和跟蹤方面入手，傳統的多 重 信 號 分 類（multiple signal classification,MUSIC）算法進行角度估計雖然可以實現較高的準確度，但其網格搜索開銷極大，不適用于太赫茲超大規模天線陣列進行

62、極細波束對準所需的高精度角度估計。此外，在太赫茲動態子陣列架構中，信道觀測不能滿足 Vandermonde 結構，無法使用例如Root-MUSIC 這一低復雜度算法。因此，上海交通大學韓充教授團隊提出將 MUSIC 算法與三維空間中的黃金分割譜峰搜索方法結合，針對子陣列結構提出新的 AoSA-MUSIC 算法。具體而言，首先，在獲取信道觀測的過程中，基于多精度碼本采用層次化波束訓練的思想，利用多種精度的估計設計接收合并向量權重，以子陣列為單位重構信道觀測，以逐漸細化角度估計分辨率。其次，在角度獲取過程中，采用黃金分割譜峰搜索的方式減小搜索開銷，實現達到毫度級角度估計的同時顯著降低計算復雜度。然

63、后，針對太赫茲頻率高、信道多普勒效應強、相干時間短等特點，使用一種結合卡爾曼濾波器和AoSA-MUSIC 的算法進行角度跟蹤 4243。此外，44 利用波束偏移或分裂的太赫茲彩虹現象，清華大學戴凌龍教授和上海交通大學王旭東教授團隊分別開展了基于頻率變化反推波束角度的研究 4546。從發射端波束訓練的方面考慮，第一，數字控制的多天線波束構造依賴于矢量碼本，碼本中的每一個碼字均代表不同的波束方向?；驹谂c用戶通信時，系統通過搜索碼本選擇信號最強的波束方向，完成波束訓練。針對系統參數和目標用戶的方向，采用離線生成碼本、在線搜索碼本方案實現波束訓練，優化選擇適應當前通信場景的混合波束賦形碼本，有助于簡

64、化搜索波束過程，減少搜索時長，完成快速收斂的波束訓練。第二，基于多精度碼本采用層次化波束訓練，利用多種精度的碼本逐漸細化發送波束和提高訓練分辨率。系統采用傳統方案進行波束搜索時，需要對所有方向發射波束，而本項目中系統只需要向部分波束方向發射波束，有效地簡化訓練過程、降低時間開銷 46。第三，為了避免波束間的干擾，傳統波束搜索為各用戶依次獨立進行，因此系統波束訓練時間與用戶數成正比。在多用戶場景采用并行訓練，利用太赫茲超大規模天線陣列形成的多波束同時協同進行多用戶場景下的并行和層次化訓練，減少訓練時間，將訓練開銷降低到用戶數目的對數級。太赫茲通信技術報告22與其它頻段聯合組網的兼容性，并明確太赫

65、茲通信典型應用場景所對應的組網方案，如圖 4-10 所示。在太赫茲組網場景中，由于通信波束較窄，移動設備在小區系統中進行頻繁切換，這使得太赫茲組網的鄰區發現和網絡路由變得更具挑戰性。因此，需要加快對太赫茲通信應用到的網絡構架、組網方式、移動性管理等方面的研究探索。此外，太赫茲通信在實際應用中還需要解決的公開挑戰有：一、探索多跳通信的機會，包括被動中繼和主動中繼。特別地，通過在發射機和接收機之間設置多個被動中繼（如智能反射表面），能夠有效地降低太赫茲通信系統傳輸功率和能耗，還可以利用智能反射表面來增強太赫茲通信的傳輸距離和信號強度，但需要考慮到智能反射表面的位置、方向、反射系數和成本的最佳部署拓

66、撲。二、開發適應太赫茲波段網絡物理層和鏈路層的新的路由算法?？紤]到可用帶寬資源受到太赫茲無線信道的分子吸收影響，將這些信息合并到路由決策過程中是更為合理的，基于此可以探索新的路由度量。同時這些新的度量方法考慮了傳輸距離、物理層和鏈路層資源以及節能等諸多因素。三、設計新穎的切換算法和支持網絡架構。在太赫茲波段通信網絡中，需要開發利用速度、方向、交通信息等附加信息和模糊邏輯等先進技術的智能切換算法。此外，可以設計更合適的小蜂窩網絡架構來減少切換的數量和切換失敗的概率，比如虛擬小區或擴展小區。四、研究低開銷的網絡尋址等。地址問題可以通過使用 128 位長的 IPv6 地址來解決更為合理。然而，對于諸

67、如納米物聯網（IoNT）這樣的納米級應用，為每個納米節點分配不同的地址并不是一項簡單的任務，主要是由于這需要為每個納米機器使用非常長的地址，以及納米機器之間的復雜協調。在未來使用太赫茲頻段進行通信的場景中，很多場景存在多點接入及組網的需求，如太赫茲無線局域網、太赫茲無線個域網、太赫茲星間組網等。其組網形式也不盡相同。目前太赫茲通信主要應用場景和組網形式總結為下表 4-3。由于太赫茲頻段衰減較大，為了彌補高路徑損耗，往往采用具有高增益的窄波束定向輻射天線，給接入及組網帶來了困難，因此太赫茲通信網絡 MAC 協議需重點關注接入協議設計問題。針對上述挑戰，中國電科網絡通信研究院為未來 6G 太赫茲通

68、信網絡設計一種 MAC 協議架構，在窄波束條件下，可以在水平方向上實現 360范圍的波束掃描與多用戶接入。協議采用 TDMA+CSMA 混合接入，使用帶內信令方式，即讓信令（控制消息）與數據在同一頻段內傳輸。該協議主要設計了 MAC協議的個部分：1）層同步和資源分配機制；2）幀傳輸的可靠性保障機制；3）節點發現、節點入網及退網；4）信令幀、數據幀的幀結構設計。該方案通過 OPNET14.5 仿真驗證，結果如圖 4-8 所示，該協議數據包成功傳輸概率接近于 1，可支持的最大傳輸速率達 10Gbps。圖 4-7 太赫茲無線組網示意 23太赫茲通信技術報告場景名稱操作環境傳輸距離傳播環境天線校準要求

69、組網形式空間通信太空幾百米到上千公里視距傳輸、無大氣吸收、無多徑波束自動校準跟蹤點對多點、多點對多點回傳及前傳 室外骨干網、靜態鏈路 幾百到幾千米視距傳輸、大氣吸收、基本無多徑安裝過程中對天線校準點對點微蜂窩蜂窩網分層結構一部分、室內和室外均可 100 米視距、非視距傳輸、多徑波束自動校準跟蹤點對多點、多點對多點無線局域網/個域網無線接入點、移動用戶、室內小于100米（一般小于 10 米）視距、非視距傳輸、多徑波束自動校準跟蹤點對多點、多點對多點芯片間通信 計算機內部、固定鏈路幾厘米到幾十厘米視距、非視距傳輸、多徑嚴重設計時已對齊（波束自動校準跟蹤為可選項）點對點數據中心室內 100 米視距傳

70、輸、大氣吸收、基本無多徑設計時已對齊（波束自動校準跟蹤為可選項）點對點表 4-3 太赫茲通信主要應用場景及組網形式圖 4-8 吞吐量和數據包成功傳輸率太赫茲通信技術報告24第五章 太赫茲傳播特性測量與建模準確的信道模型是無線通信網絡設計的基礎，太赫茲無線信道模型在近十年得到了很快的發展。常見的太赫茲無線通信場景包括：生物體內、室內、室外、地空、空空以及星間等場景。國內外對這些太赫茲通信場景的信道建模和特征分析都有了一定的研究。5.1 國內外研究現狀德國布倫瑞克工業大學的 M.Koch、T.Kurner和 T.Kleine-Ostmann 教授領導的太赫茲通信實驗室專注研究 300 GHz 及以

71、下頻段的信道測量、模擬和天線技術。美國佐治亞理工學院的 Zajic 教授也對 300 GHz 的室內辦公室、計算機主板、桌面、數據中心等場景進行了測量，分析了這些場景下的太赫茲信道特征，并建立了隨機信道建模太赫茲頻段的散射信道 47。近幾年國外研究人員在 140 GHz 的低太赫茲頻段的室內信道測量上做出了大量工作。阿爾托大 學 的 Katsuyuki Haneda 教 授 對 140 GHz 室 內商場信道進行了測量分析 48。來自紐約大學的Rappaport 教授對 140 GHz 頻段的反射和散射特性進行了測量，并利用直接散射模型以及雷達散射截面模型進行了太赫茲頻段中路徑損耗的距離及頻率

72、選擇性的分析對比 49。針對室外場景，John Federici 教授對室外天氣導致太赫茲信號的衰減進行了測量并給出了理論分析，隨后總結了不同天氣因素對太赫茲鏈路的影響 50。2011 年，上海交通大學韓充與美國佐治亞理工學院的 Ian F.Akyildiz 教授，從信道建模入手開始對太赫茲無線通信進行理論研究，創建了太赫茲電磁波沿可視線傳播的分析型信道模型，并發現了太赫茲頻段中路徑損耗具有強烈的距離及頻率選擇 性。圖 5-1 太赫茲多徑信道中的四種傳輸方式：(a)可視線；(b)反射；(c)散射；(d)折射 25太赫茲通信技術報告2018 年，上海交通大學韓充老師對 0.1-1 THz太赫茲頻

73、段，利用射線追蹤、場分析法、全波仿真法對基于 CMOS 的太赫茲片上網絡的信道進行建模和特征分析，并提出了優化片上網絡信道中太赫茲波傳輸的芯片設計方案 51。2019 年，與北京交通大學的官科教授，結合不同天氣因素（包括雨水，霧霾，雪，沙塵）對太赫茲信號影響，提出了室外太赫茲鐵路通信鏈路性能的預測模型 52。此外，上海交通大學團隊利用射線追蹤法以及基于幾何的隨機信道模型針對 110GHz 低太赫茲頻段的室外移動信道進行了建模研究，該模型充分考慮了信道在移動過程中的時變和不平穩特性，解決了移動信道的空間一致性問題，并對太赫茲移動信道進行了詳細的相關性分析 54。5.2 模型研究方法和思路太赫茲信

74、道研究方法根據信道模型的種類主要可以分為三個大類，分別為：確定性信道模型，統計性信道模型以及混合信道模型，優缺點對比如表5-1 所示。確定性信道模型即在傳播環境確定的情況下，對發射端和接收端之間的信道進行建模。因為傳播環境、收發端確定，信道不含有隨機分量，因此這類模型被稱為確定性信道模型。常見的確定性信道建模方法有射線追蹤和全波仿真兩種。統計性信道模型是利用測量或者確定性信道建模的方法得到某一類場景下的信道數據，進行統計性分析，并利用其信道參數的統計特性對信道建模的一種方法。統計性信道模型由于通常用隨機變量來描述信道參數，也又稱為隨機性信道模型。確定性信道模型較為準確，但對傳播環境的信息要求高

75、，復雜度高，而統計性信道模型復雜度低，準確度較低?；旌闲诺滥Ｐ蛣t結合多種信道建模方法，期望得到復雜度和準確度的折中。方法確定性統計性混合方法射線追蹤法時域有限差分法沖激響應模型RT-FDTDSSRHSRH優點精確度較高精確度極高低計算復雜度高精確度適用范圍大精確性和計算復雜度均較好適當的計算復雜度對復雜結構的分辨率高適用范圍大缺點需要環境信息和材料信息精確度低需要環境信息和材料信息從測量結果中提取參數較困難-計算資源消耗大應用場景室內和室外元器件間室內和室外寬帶通信高頻復雜結構多鏈路通信室外表 5-1 信道建模方法的優缺點對比太赫茲通信技術報告265.3 室內環境測量與結果分析華為和上海交通大

76、學合作在 140 GHz 頻段對室內信道進行了測量和信道分析。其使用的 140GHz信道測量系統包含 140 GHz 傳輸系統和矢量網絡分析儀 54。矢量網絡分析儀的頻帶寬度為 130-140 GHz。測量系統的時域分辨率為 76.9 皮秒，對應 2.3厘米的空間分辨率。頻域采樣間隔為 10 MHz，因此可記錄的最大過量延遲為 100 納秒，對應 30 米的路徑長度。其發射天線的主瓣寬度為 30 度，增益為 15 dBi，接收天線的主瓣寬度為 10 度，增益為 25 dBi。發射端和接收端都安裝在云臺上，可實現水平方向0-360度旋轉，仰角0-30度旋轉。表5-2介紹了華為 140 GHz 信

77、道測量。表 5-2 華為 140 GHz 信道測量圖 5-2 會議室測量場景示意室內會議室場景如圖 5-3 所示，Tx 放置在房間角落，測量時 Rx 放在 10 個不同的位置，分布在整個會議室。圖 5-4 對比了測量的路徑損耗以及理論的路徑損耗值，可以發現測量值和理論值符合的較好。其中，個別點由于天線對齊的原因，導致測量的路徑損耗較大。為了進一步分析信道特征，我們在表 5-3 中列出了各個測量點的收發端距離，K 值，時延擴展，角度擴展以及 P 值。P 值為所有非視距（NLoS）徑中墻面反射徑與其他反射徑的功率比值。我們可以發現會議室場景下 K 值介于 12.4 dB 與 39.57 dB 之間

78、，這表明：太赫茲室內信道中，視距徑起主導作用。同時，由于發射端窄波束，測量的信道延遲擴展在數個納秒之間，這表明太赫茲室內信道的相干帶寬小于 1GHz，角度擴展在 20 到 30 度之間。此外，我們還計算了不同信道參數的相關性，如表 5-4 所示。我們發現多徑的數量和 K 值與收發端的距離成強負相關，這表明收發端距離越遠，多徑的數量越少，K 值也越小。這是因為收發端距離越遠，一些多徑的能量會小于噪聲，同時視距徑的能量也會減少從而減小 K 值。此外，多徑的數量與時延擴展和角度擴展幾乎沒有相關性。而時延擴展與角度擴展呈正相關，這說明多徑能量分布在時延域擴展大，那么也會在角度域擴展大。27太赫茲通信技

79、術報告圖 5-3 會議室場景測量路徑損耗和理論路徑損耗表 5-4 信道參數相關性矩陣表 5-3 信道參數圖 5-4 信道仿真流程5.4 信道仿真平臺太赫茲信道仿真平臺是基于信道建模開發的，目的是在不重復信道測量工作的情況下，有效地再現信道特性。首先通過大量的太赫茲信道測量結果，可以建立的太赫茲信道模型，并模擬太赫茲波的傳播特性；針對不同的場景，可以根據上述已有的知識建立信道仿真平臺；因此，在之后的工作中，如圖 5-4 所示，可以通過特定的信道場景和收發機位置選擇適用于該場景的信道參數，信道仿真平臺將生成大尺度和小尺度衰落特征，從而直接生成模擬信道 5556。太赫茲通信技術報告28圖 5-5 太

80、赫茲超大規模 MIMO 傳播信道 575.5 多天線信道模型準確的信道模型是研究該超大規模 MIMO 系統的基礎，高效、準確地估計太赫茲信道信息是實現太赫茲波束賦形技術的前提。針對 MIMO 系統的三維信道建模、特征分析和估計，從以下幾個方面進行研究。首先，充分考慮該系統中以子陣列為基本單位的硬件限制。由于天線數目的劇增，太赫茲超大規模 MIMO 通常以子陣列為單位，子陣列內天線間距為半波長，子陣列的間距為半波長或更長，信道建模同樣以子陣列為基本單位。其次，充分考慮太赫茲信道的稀疏特性以及電磁波的球面波傳播機理。由于太赫茲頻段散射損耗的增加，太赫茲信道具有極度的稀疏性，信道中的路徑數目遠遠小于

81、天線數目。然而，現有的 MIMO 系統研究通常采用平面波信道模型，隨著天線規模的增大以及載波頻率的提升，由球面波模型簡化而得的平面波信道模型的準確度大大下降。初步研究表明，對于收發端分別搭載 1024 個天線單元的超大規模 MIMO，當子陣列間距超過 2 倍波長時，平面波模型即可造成 20%以上的路徑增益誤差。因此，上海交通大學韓充團隊提出融合球面波和平面波電磁理論準確建立信道模型 57，核心思想為在超大規模 MIMO 子陣列的內部進行平面波信道建模，用少量信道參數刻畫子陣列間的信道，以實現較低的復雜度。在子陣列之間，結合球面波電磁理論進行信道建模，以保證信道模型的準確性。29太赫茲通信技術報

82、告第六章 國內太赫茲通信系統原型驗證近況經過十余年的技術發展和經驗積累，我國在太赫茲通信系統關鍵技術突破和原型系統研制方面也取得了眾多進展，接近或達到國際先進水平。其中，近幾年比較典型的系統原型驗證工作有：2017 年，中國工程物理研究院研制出超遠距離太赫茲無線通信系統，在工作頻率 0.14THz，采用調制方式 16QAM，實現了 10Gbps 傳輸速率，通信距離達 21.3km 的超遠距離太赫茲通信實驗。該系統當時是公開報道大氣內最遠距離的太赫茲通信實驗，具有國際先進水平和良好的推廣應用價值，這是我國太赫茲通信技術和應用研究的新突破，對我國太赫茲技術發展具有促進作用。此外，中國工程物理研究院

83、自主研發了一系列高水平的太赫茲核心模塊，已在國內十多家單位得到應用，對推動我國太赫茲技術實用化發揮重要作用。2018 年，浙江大學研制出基于光電結合的多通道太赫茲無線通信系統，該系統采用八通道太赫茲載波進行調制，實現工作頻率 0.4THz、調制方式16QAM、傳輸速率160Gbps的超高速無線通信實驗?；诠怆娊Y合方式的太赫茲通信系統優勢在于實現超高傳輸速率，并且提升帶寬利用率。2020 年 10 月，電子科大在原 2016 年全電子實現 220GHz 太赫茲高速無線通信原型的基礎上，進一步提升系統的性能指標，實現工作頻2020 年 12 月，電子科技大學首次在云南撫仙湖開展太赫茲通信測試，研

84、究近水面太赫茲通信信道特征，并針對不同天氣條件驗證遠距離傳輸能力。該套通信測試系統基于全固態電子學的太赫茲射頻組件，工作頻率為 0.1THz，利用功率合成技術實現太赫茲射頻輸出功率超過 200mW，掛載一只增益為 45dBi 的卡塞格倫天線，保證遠距離傳輸能力。收/發端機箱內部集成高精度中頻本振源、模塊化電源、電控云臺等，功耗小于 30W，可完全脫離儀器獨立運行。最終，在傳輸距離 10.1km 時，傳輸速率達到 1.5Gbps，傳輸距離 20.9km 時，傳輸速率達到 500Mbps，系統誤碼率均低于 1E-9，可穩定流暢傳輸 4K 超清視頻業務。圖 6-2 浙江大學 0.4THz 光電結合方

85、式的多通道太赫茲通信系統圖 6-1 中國工程物理研究院 0.14 THz 太赫茲通信系統率 0.22THz、通信距離大于 1000m、誤碼率小于1E-6、傳輸速率大于 20Gbps 的太赫茲高速無線通信，并且該系統已經進行外場測試，如圖 6-3 所示。該演示驗證系統是基于全自主研制的太赫茲射頻組件與高性能基帶信號處理平臺，進行 4K 高清視頻等業務實時傳輸以及信道 EVM、信噪比、星座圖、誤碼率等指標測試分析。在該演示驗證系統中，太赫茲射頻組件工作在 0.22THz，連續波輸出功率達到 1mW，基帶實時處理帶寬超過 6GHz，基帶平臺內部針對太赫茲射頻器件與信道特征，集成相噪抑制、功放非線性補

86、償、高速 LDPC 編譯碼等信號處理算法，保證系統能夠高速穩定傳輸。太赫茲通信技術報告30華為公司也較早關注太赫茲技術，成立了專門的太赫茲技術研究團隊，研究內容覆蓋基礎信道、算法、芯片和關鍵部件、天線、系統架構和測試驗證等領域。2020 年，該團隊完成了太赫茲通信感知原型系統的研制和驗證工作，原型系統采用固態電子學架構，工作頻率為 0.22THz，關鍵電路基于III-V 族化合物半導體器件實現，在混頻器，倍頻器，圖 6-5 華為公司太赫茲通信原型長距（3.6 公里）傳輸驗證圖 6-4 太赫茲遠距離傳輸測試場景低噪放等太赫茲關鍵電路器件上取得了技術突破，同時考慮小型化天線設計，在雨霧高濕天氣環境

87、下，實測 3.6 公里距離，可支持 20Gbps 速率，如圖 6-5 所示。實驗系統驗證說明，太赫茲通信系統可以同時支持大帶寬，高頻譜效率和遠距離傳輸?；谀壳皽y試系統，未來將繼續朝雙極化，以及多通道太赫茲通信系統演進。此外，該團隊利用太赫茲大帶寬、無損穿透特性，還進行了高精度感知成像實驗，如圖 6-6 所示，成像精度達毫米級。在 2021 年，浙江大學進一步完善之前 2018 年提出的光電結合的多通道太赫茲無線通信系統，提出了面向 6G 多網融合的多維復用光纖-太赫茲通信系統。該系統結合了高階調制維度、光波長維度、光偏振維度、光空分維度，可以實現多維復用的光纖-太赫茲通信系統，有效支撐多網融

88、合超高速數據傳輸，而且系統結構簡單、靈活可配置、頻譜效率高。系統概念圖如下圖 6-7 所示浙江大學搭建了兩套傳輸試驗系統進行性能驗證，如圖 6-8，6-9 所示，分別是 1）基于波分復用與天線極化復用 58 和 2）基于波分復用與光空分復用 59 系統?；趫D 6-8 的系統驗證結，隨著輸入光功率的增大，BER 降低，并可達到 SD-FEC誤碼判決門限。最終基于雙波長與雙極化可以實現500Gbit/s凈速率THz通信?；趫D6-9的系統驗證，單芯 core_1 上具有不同無線傳輸距離的 3 個通道的實測 BER 性能。最終系統基于三波長與七芯光纖傳輸實現 1.059Tbit/s 凈速率的太赫茲

89、通信。圖 6-3 太赫茲高清視頻實時傳輸系統 31太赫茲通信技術報告圖 6-6 華為公司太赫茲高精度感知成像驗證圖 6-7 面向 6G 多網融合的多維復用光纖-太赫茲通信概念圖圖 6-8 基于波分復用與天線極化復用的多維復用光纖-太赫茲通信系統圖 6-9 基于波分復用與光空分復用的多維復用光纖-太赫茲通信系統太赫茲通信技術報告32第七章 國內太赫茲通信產業化進程為了滿足未來 6G 移動通信多樣化應用場景要求，需要逐步實現太赫茲通信核心器件、關鍵技術和通信系統的產業化，進而實現太赫茲通信產業的大規模商用。7.1 太赫茲通信核心器件產業化 核心器件技術特點太赫茲芯片由于工作頻率高，對半導體器件、測

90、試測量、電路設計工具等方面提出了很大的挑戰。(1)半導體器件太赫茲頻段遠高于毫米波頻段，隨著頻率的增大，器件的增益降低。為了獲得能夠在太赫茲頻段工作的器件，通常采用提高襯底材料濃度和細柵工藝等方式實現。目前，高濃度材料制備和細柵工藝都不成熟，導致芯片批次性差，成品率遠達不到產業化需求。此外，制備細柵所需的高端光刻機設備只能國外進口，受國際形勢的影響，國外的高端設備對國內禁運，進一步阻礙了太赫茲芯片的研發和產業化進程。(2)測試測量高性能太赫茲測試平臺對于太赫茲芯片的發展至關重要，是發展太赫茲核心芯片的基礎保障。受限于核心器件的性能，國內太赫茲測試儀器設備性能欠佳，還有較大的提升空間。國內太赫茲

91、儀器設備基本被 Keysight 和 R&S 等國外公司壟斷，價格昂貴。由于市場需求少，且設計和機械加工門檻高，國內在測試太赫茲固態器件所需的關鍵儀器和耗材等方面研究和投入較少，只能依賴進口，價格昂貴，嚴重影響了太赫茲芯片的研發和產業化進程。此外，300GHz 以上的太赫茲測試儀器設備沒有計量標準，太赫茲固態器件測量方面沒有統一的行業標準，基礎理論研究較少，測試技術不成熟，測量誤差大。(3)電路設計工具進入太赫茲頻段，芯片電路設計對仿真工具的依賴度更高。但是，目前電路設計工具在太赫茲頻段的準確性未得到驗證。核心器件產業特點隨著 2019 年全球 6G 研究的啟動，美國、日本、歐盟等國際各區域和

92、國家已經紛紛開始加大對太赫茲通信技術的研究投入和應用推動，從而對太赫茲通信關鍵器件和芯片的需求量明顯上升。目前太赫茲通信核心器件的產業特點有以下幾個方面：(1)市場推動不夠國內太赫茲通信技術進展和成果多為學研類機構，器件廠商、設備廠商和運營商參與程度低，缺少應用需求的牽引，就缺少產業化動力和方向，無法有效推動產業化進展和構建產業生態。(2)產業投入少，方向不明確目前太赫茲頻段方面多為國家重大專項類課題支持，傾向于太赫茲通信關鍵器件自主研發的政策扶持，缺乏太赫茲通信的產業化規劃引導和國家政策的重點扶持推動。然而，太赫茲通信技術應用場景不明確，設備廠商和運營廠商參與度低，缺少產業化動力和方向，無法

93、有效推動太赫茲芯片產業化進展。(3)器件工藝基礎薄弱我國半導體和高頻器件產業起步晚，產業化程度低。在化合物半導體材料等基礎領域技術落后、產能不足，缺乏先進成熟的半導體制造工藝，核心器件尤其是高頻模擬器件是通信產業短板。國內太赫茲通信技術多為原型機演示，距離產業化還有相當一段距離。國內外太赫茲芯片發展現狀太赫茲通信關鍵核心芯片主要有功率放大器、33太赫茲通信技術報告低噪放、倍頻器、混頻器等，國外主要研究機構有美國 Teledyne、美國 NG 公司、德國 IAF、英國盧瑟福實驗室、美國 JPL、美國 VDI 公司等，國內主要研究結構有中電 13 所、中電 55 所、中科院、電子科技大學等。就目前

94、而言，國內外太赫茲芯片和核心距離產業化仍有一定的差距，其各項技術指標對比如下表所示：研究機構國別工藝技術路線工作頻率(GHz)Pout(mW)Gain(dB)IAF德國35nm mHEMT220-20NG 公司美國50nm HEMT2207016Teledyne美國250nm HBT22016011.5NG 公司美國25nm HEMT8500.9313.6太芯/中電 13 所中國70nm HEMT2204018中電 55 所中國500nm DHBT2202015表 7-1 國內外功率放大器芯片性能對比表 7-2 國內外低噪放芯片性能對比研究機構國別工藝技術路線工作頻率(GHz)噪聲系數(dB)

95、增益(dB)IAF德國35nm mHEMT2205.526IAF德國35nm mHEMT610-20NG 公司美國25nm HEMT2204.220NG 公司美國25nm HEMT6701016太芯/中電 13 所中國70nm HEMT2205.824太赫茲通信技術報告34表 7-3 國內外倍頻器性能對比表 7-4 國內外混頻器性能對比研究機構國別最高頻率倍頻器最高效率倍頻器ACST GmbH德國660 GHz30%332 GHz,Pout=14mW查爾姆斯大學瑞典440 GHz35%170 GHz,Pout=3.5mWJPL美國2700 GHz25%180 GHz,Pout=120mWObs

96、ervatory de Paris法國300 GHz27%295 GHz,Pout=10.5mW盧瑟福實驗室英國220 GHz29.4%168 GHz,Pout=14mWUMS 公司法國200 GHz7%190 GHz,Pout=3mW弗吉尼亞大學美國172 GHz29%160 GHz,Pout=70mWVDI 公司美國3100 GHz25%160 GHz,Pout=125mW中電 13 所中國430 GHz15%220 GHz,Pout=38mW研究機構國別工藝類型最高頻率混頻器ACST GmbH德國準垂直660 GHz查爾姆斯大學瑞典表面溝道刻蝕1200 GHzJPL美國表面溝道刻蝕320

97、0 GHzObservatory de Paris法國表面溝道刻蝕1200 GHz盧瑟福實驗室英國表面溝道刻蝕664 GHzUMS 公司法國陽極空氣橋380 GHzVDI 公司美國表面溝道刻蝕1570 GHz十三所中國陽極空氣橋330 GHz 35太赫茲通信技術報告 核心器件產業化進程目前，國內太赫茲通信關鍵芯片研發能力接近國際領先水平，具備一定的產業化能力，高頻段部分關鍵指標還有一定差距，具體情況為：(1)100GHz 以下，國內芯片技術相對較為成熟，可以實現大功率傳輸，芯片的開發和量產成本都相對較低；(2)100GHz以上，功放芯片輸出功率急劇下降，面向未來實際應用還需要突破；(3)220

98、GHz 以下，國內與國外射頻芯片水平差距較??；(4)220GHz 以上，受半導體材料、光刻機等先進制造設備和測試測量設備等的限制，國內與國外射頻芯片水平還有一定差距。目前而言，太赫茲通信核心器件研究需要很高的技術門檻和投資門檻，國內有能力從事核心芯片研制的單位寥寥無幾，整體上與國外還有一定差距，需要長期持續的投入和發展。太赫茲核心器件產業化進程大概會分為三個階段。在第一階段，需要開展太赫茲通信核心器件及芯片技術研究，實現 220GHz 太赫茲器件、芯片成熟化及工程化應用，并開展更高太赫茲頻段的半導體器件及芯片技術研究，重點解決半導體工藝、建模、電路設計等技術瓶頸，研發太赫茲無線通信收發系統的系

99、列化單片電路。在第二階段，實現太赫茲通信芯片在高速無線通信、星間通信等重點領域的實用化、工程化應用。在第三階段，實現 1THz內的太赫茲器件、芯片成熟化及工程化應用，全面拓展太赫茲通信應用領域。7.2 太赫茲通信關鍵技術產業化目前我國在太赫茲通信關鍵技術方面存在不同程度的技術壁壘和難點，同時該領域內尚不存在完善的全鏈條技術體系。因此，迫切需要推動太赫茲通信關鍵技術產業化進程。關鍵技術產業特點首先，太赫茲通信關鍵技術基礎理論有待突破：太赫茲輻射功率較低，很難達到通信對載波功率的要求；太赫茲接收系統靈敏度較低，缺乏高性能探測器；大帶寬帶來采樣速率需求提升和信號處理復雜度提升，A/D、D/A 采用能

100、力提升受限，如采用分段鏈路覆蓋，帶來射頻通道數增加，成本和功耗都將增加；需要研究支持高增益和快速波束掃描的陣列天線。其次，太赫茲通信關鍵技術缺乏產業引導。支持和鼓勵設備廠商和運營商盡早明確應用場景和關鍵技術需求，以應用需求為牽引，促進產業上下游協同合作，構建密切合作、互利共贏的生態體系，實現太赫茲通信各項關鍵技術的不斷突破和進展，并促進關鍵技術標準化和產業鏈的日趨成熟。最后，太赫茲通信關鍵技術缺乏有效的保護機制。大力支持自主知識產權，引進國內外優秀人才及團隊，對核心技術進行攻關。關鍵技術特點太赫茲通信關鍵技術是支撐太赫茲通信系統產品化、產業化以及大規模生產的重要保障。就目前而言，我國在太赫茲通

101、信關鍵技術方面仍然面臨一定的挑戰，需要在后續的發展過程中不斷解決。目前太赫茲通信關鍵技術特點如下：在調制解調技術方面，現有的太赫茲通信原型系統中，出于實現的簡化設計以及功率效率考慮，多采用了簡單的單載波的傳輸方式。而受限于功率和器件線性條件，現有試驗系統中多采用了簡單的低階調制技術。由于以上因素的制約，太赫茲通信系統的頻譜利用效率尚不能達到較高的水平。在高速基帶信號處理技術方面，現有通信設備不能滿足太赫茲通信的超大帶寬信號的數模轉換和高速基帶處理功能，主要是目前的通信設備受限于AD/DA 的采樣速率等方面，為了解決這個問題必須要研發低量化精度信號處理系統。在太赫茲天線技術方面，現有太赫茲通信系

102、統中仍然主要采用了透鏡或反射面等天線形式。在這種條件下，無法根據信道和干擾條件的變化，動態形成所需的波束，尤其是無法滿足對移動性的需求。因此，需要突破大規模天線技術來提升系統的頻譜效率和覆蓋性能。在無線組網技術方面，現在太赫茲通信典型應用場景所對應的組網方案不明確，也不能確定太赫茲通信應用場景中與其它頻段聯合組網是否可行。因此，需要加快探索太赫茲涉及到的網絡構架、組太赫茲通信技術報告36網方式、移動性管理等內容。關鍵技術產業化進程在第一階段，太赫茲關鍵技術主要以理論突破、技術攻堅為主。預計主要開展基于電子學、光子學和光電結合的方法太赫茲發射源、高速信號處理技術、調制解調技術、大規模天線技術、通

103、信組網技術、應用場景研究，并能夠支持少量太赫茲通信產品樣機的研發和測試需求。實現適用于 220GHz 以下太赫茲通信系統的關鍵技術，并支撐太赫茲通信系統實現產品化。在第二階段，太赫茲通信關鍵技術將實現一系列重大研究突破，并能夠用于支持少量太赫茲通信商用產品的研發和測試需求。除了實現先進的信道編碼與調制技術、空間復用技術、大規模天線、高速基帶信號處理等，還將完成太赫茲通信網絡高層技術研究，包括高精度低延遲的移動性管理、用戶面/控制面管理、靈活的網絡切片化管理、快速波束對準、多用戶匹配及預編碼分配、小區選擇/重選/切換、太赫茲網絡測試調優等研究工作。在第三階段，太赫茲通信已落地商用，產業化發展較成

104、熟，已具備產品化能力，多個頻段的太赫茲通信關鍵技術研究較為成熟，全部實現自主研發。這些關鍵技術能夠適用于多樣化的太赫茲通信場景，從而滿足未來太赫茲通信商業化要求。7.3 太赫茲通信系統產業化 太赫茲通信系統技術特點目前太赫茲無線通信技術形成了基于微波光子學的光電結合方式、全固態混頻電子學方式、直接調制方式的三類太赫茲無線通信系統并行發展的態勢。第一類是全固態混頻電子學方式的太赫茲無線通信系統，該技術是利用混頻器進行 ASK、PSK、OOK 信號的直接調制，高速數據信號由混頻器的中頻端輸入，在混頻器中與本振源差頻后產生太赫茲頻段的載波調制信號。目前該方式太赫茲無線通信系統具有體積小、易集成、功耗

105、低的特點，不足之處在于本振源經過多次倍頻后相噪惡化，且變頻損耗大，載波信號的輸出功率在微瓦級。因此，該類系統需要進一步發展高增益寬頻帶功率放大器以提高發射功率。但是該技術可實現中遠距離太赫茲高速無線通信，是實現太赫茲通信的高效、可行技術路線。第二類是基于直接調制方式的太赫茲無線通信系統是近年來隨著太赫茲調制器速率突破衍生發展的新一類通信系統，該系統分為內調制和外調制，內調制是高速數字信息直接疊加在振蕩源的直流偏置電壓上，通過控制太赫茲源的振蕩特性實現信號的強度調制。這種方式的優勢在于易于集成、體積小、靈活性大，可隨意選擇載波頻率、太赫茲源功率，是目前三類系統中唯一可搭配中高功率太赫茲源實現十毫

106、瓦以上載波輸出的通信系統，可實現中遠距離無線通信。第三類是采用光電結合方式的太赫茲無線通信系統，該技術是最早發展的太赫茲無線通信系統方案。該方案需要兩個窄線寬的鎖模激光器，利用光學外差法并通過單行載流子光電二極管轉化成太赫茲信號，其調制方式是基于光學的 MZM 高速調制器，不僅可以實現 ASK 和 OOK 二元調制，而且可以實現 MQAM、MPSK 多元調制。目前該方式的太赫茲無線通信系統已突破 100Gbps，該系統優勢在于傳輸速率高，帶寬利用率高，但是由于發射功率僅為微瓦級、并且系統體積和能耗均較高，雖然在地面短距離高速通信方面有優勢，但難以適合應用于遠距離空間信息網絡系統。從目前國內外太

107、赫茲無線通信系統發展以及研究成果看，第一類全固態電子學方式已經可實現中遠距離公里級別幾十 Gbps 的高速無線傳輸，但是其輸出功率仍然受限于太赫茲放大器、低噪放技術，因此突破相關技術是該類系統的發展趨勢。第二類基于直接調制方式是可實現大功率、遠距離的太赫茲無線通信技術，但是目前受限于高速調制器技術，因此該系統如何提高直接調制器速率、降低系統整體損耗是該系統的發展趨勢。第三類采用光電結合方式太赫茲無線通信系統可實現 100Gbps 以上的速率，該類系統具有極高的通信速率，但系統受限于輸出功率問題，如何降低系統復雜度，提高輸出是該類系統的發展趨勢。37太赫茲通信技術報告 太赫茲通信系統產業特點(1

108、)市場需求產業特點太赫茲通信系統是制定 6G 通信協議標準的基礎，市場需求量會有較大幅度上升。國內外市場需求主要為地面通信場景和非地面通信應用場景，具體包括高速直播通信、AR/VR、遠程醫療與精準控制、探測與成像、超高速局域網通信、超高速無線回傳網、無線芯片通信。根據移動通信技術的發展規律，平均每十年更新一代，業界預計 2030 年將進入 6G商用時代。屆時，對太赫茲核心器件及通信系統的需求將會是爆發式增長。鑒于 6G 比 5G 需要更高速率、更低的時延、更高的頻譜效率，進入到太赫茲頻段勢在必行。當前各國對太赫茲頻段資源的爭奪日益緊張。美、日、歐針對 6G 通信和空間通信等應用，制定了一系列發

109、展計劃，積極搶占太赫茲頻譜資源。預計至 2035 年 6G 通信將大規模建設和商用，市場需求主要為空間、納米級通信應用場景。(2)應用場景產業特點在第一階段，太赫茲通信系統主要以理論研究和關鍵技術突破為主，實現部分太赫茲頻段的通信系統樣機全國產化，擁有完全自主知識產權。在第二階段，太赫茲通信系統研發成熟度較高，能夠實現少量的通信系統產品化，但太赫茲通信產品占無線通信市場份額不高。在第三階段，部分頻段的太赫茲通信系統能夠全面實現產品化，并且能夠突破更高頻段的太赫茲核心器件、芯片及通信系統的國產化。但考慮到太赫茲低頻段具有繞射、高魯棒性等優點，低頻段太赫茲通信產品會在 6G 高速通信場景中大范圍應

110、用，而高頻段太赫茲通信產品會在部分特定通信場景中應用。國內外太赫茲通信系統發展現狀目前國內外太赫茲通信系統研究，重點還是集中在核心關鍵技術、共性關鍵技術攻關方面，缺乏對實際應用場景、通信系統環境適應性等方面的考慮。從目前太赫茲通信系統的研究現狀來看，其與未來多樣化通信場景需求相比仍有一定的差距，尚不能滿足產業化和大規模生產的要求。為了說明當下太赫茲通信系統的產業化進展情況，下面給出了國內外部分太赫茲通信系統的研究內容：表 7-5 國外典型的太赫茲通信系統機構名稱相關研究內容成果應用情況日本 NTT、Osaka 大學120GHz 及 300GHz 通信系統、相關核心芯片及器件120GHz 系統在

111、高清賽事轉播方面開始商業化德國 TUBS 大學太赫茲通信國際標準、典型應用信道特性已頒布標準，預計將要實際應用美國布朗大學300GHz 通信系統、復用器件、信道特征通信演示德國 IAF、KIT240GHz 通信系統、相關核心芯片及器件尚未應用法國 IEMN280GHz 通信系統尚未應用美國 DAPAR100Gbps 射頻骨干網，工作頻率 71-76GHz 和 81-86GHz，單通道 25Gbps，22 極化復用 MIMO通信演示太赫茲通信技術報告38表 7-6 國內典型的太赫茲通信系統機構名稱相關研究內容成果應用情況電子科技大學太赫茲通信系統、相關核心芯片及模塊太赫茲通信系統已應用于航天工程

112、項目中國工程物理研究院電子工程研究所140GHz、220GHz、340GHz 通信系統，0.11THz核心關鍵組件，0.3THz 以下集成電路芯片太赫茲核心器件已提供給國內多家單位使用西安空間無線電技術研究所126GHz，236GHz 通信系統面向空間通信的太赫茲通信地面實驗浙江大學0.30.4THz 通信系統尚未應用中國電子科技集團公司第十三研究所肖特基二極管、太赫茲集成電路芯片太赫茲核心器件已提供給國內多家單位使用 太赫茲通信系統產業化進程太赫茲通信技術是下一代信息技術產業及有關產業的基礎，國內外組織紛紛加快推動太赫茲技術及產業化的發展。目前，國內的太赫茲通信產業取得了一系列進展。2012

113、 年，電子科大牽頭成立太赫茲科學協同創新中心，參與單位包括南京大學、清華大學、中科院電子所，中科院光電所等眾多科研單位。2013 年，中國電子學會成立了“太赫茲分會”。同年，國家自然科學基金委員會與中國科學院一起成立“太赫茲科學技術前沿戰略研究基地”。2015 年，華訊方舟與包括電子科技大學、清華大學在內的多個國內高校合作創辦了深圳太赫茲科技創新研究院。2017 年 10 月，華訊方舟科技有限公司與雄安新區舉行重大項目簽約儀式，共同發起成立雄安太赫茲科技創新研究院，建立國際太赫茲開放性研究平臺和軍民同和產業園區。華訊方舟構建從芯片到設備到系統到平臺達到全太赫茲產業生態鏈，將直接面向未來 6G

114、通信未來發展的太赫茲器件需求，開展器件研發和生產技術的研究，推進太赫茲產業的發展。2019 年，由北京航空航天大學、中國信息通信研究院、中國聯通網研院等三十四家單位聯合倡議發起，九十余家產業鏈上下游單位參與成立“毫米波太赫茲產業發展聯盟”，旨在加快我國毫米波太赫茲產業發展，提高產業創新能力，在政府、產業界、學術界發揮橋梁和紐帶作用。2019 年，工信部 6G 無線研究組成立了太赫茲通信任務組，作為未來 6G 通信的重要候選技術，召集各相關產學研用機構，研究討論太赫茲通信關鍵技術、應用愿景和標準化等方面的工作。2019 年 11 月，由毫米波太赫茲產業發展聯盟和中國聯通網研院聯合舉辦的“太赫茲通

115、信技術研討會”在北京成功召開。產業聯盟聚集產業生態各方力量，聯合開展太赫茲領域的技術研究、標準制定、產業孵化和應用研究。39太赫茲通信技術報告第八章 總結太赫茲通信作為現有空口傳輸方式的有益補充，被認為有可能應用于全息通信、微小尺寸通信、超大容量數據回傳、短距超高速傳輸等 6G 大容量和超高速傳輸需求場景。同時，利用太赫茲通信信號超大帶寬的特點，進行網絡和終端設備的高精度定位和高分辨率感知也是太赫茲通信系統的重要應用方向。目前，太赫茲通信技術需要解決的主要挑戰集中在核心器件、關鍵器件和系統的研產能力上。雖然國內多家研發單位完成了全電子類和光電結合類太赫茲通信樣機的研制和驗證，但在實時性、空間復

116、用、功耗、通信距離、工作環境等方面還需繼續努力，不斷突破，具體包括但不限于：(1)移動性方面，目前太赫茲通信原型多為固定的點對點、或者點對多點通信，較難實現移動通信能力，后續需要在陣列天線方向形成突破；(2)系統功耗方面，目前太赫茲系統還在原型驗證階段，商業化才剛起步，器件工作效率和能耗方面還達不到商用通信系統的要求。后續，系統功耗能效的提升是需要克服突破的技術重點之一；(3)空口技術也是太赫茲通信應用落地需要完成的關鍵研究方向，需要持續投入研究。目前 6G研究各國都屬于起步階段，空口技術路線還在前期探索階段；(4)信道傳播特性是評估系統各場景性能和相關關鍵技術設計的前提，產業需要適時開展太赫

117、茲信道測量和標準化工作，為后續空口技術研究提供指導。綜上所述，考慮到未來的太赫茲通信應用落地需求，需要不斷突破各項關鍵技術，逐步明確太赫茲通信技術路線，以及大力促進太赫茲通信產業化成熟發展。太赫茲通信技術報告40參考文獻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 陳智,張雅鑫,李少謙.發展中國太赫茲高速通信技術與應用的思考 J.中興通訊技術,2018,24(03):43-47.8 姚建銓,鐘凱,徐德剛.太赫茲空間應用研究與展望 J.空間電子技術,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 中國聯通,太赫茲通信技術白皮書,2020.41太赫茲通信技術報告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):20160981-20160981.20 楊大寶,邢東,梁士雄,等.單片集成 430GHz 三倍頻器的設計及測試 J.中國激光,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,劉亞男等.基于 InP HEMT 工藝的 220GHz 低噪聲放大器設計 C.第三屆全國太赫茲科學技術學術年會.南京,中國,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.太赫茲通信技術報告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太赫茲通信技術報告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.太赫茲通信技術報告44貢獻單位主要貢獻人陳智 電子科技大學韓充 上海交通大學王光健 華為技術有限公司參與貢獻單位和貢獻人序號主要貢獻單位貢獻人1電子科技大學張波、馬新迎、陳文榮2華為技術有限公司曾昆、余子明3中國聯合網絡通信有限公司馬靜艷、張忠皓、李福昌4上海交通大學陳燚、燕龍飛、吳永如5中國移動通信有限公司夏亮、王啟星、劉光毅6北京交通大學官科、何丹萍7之江實驗室余顯斌、何通8愛立信公司李英剛、王巍、何安琪9上海諾基亞貝爾股份有限公司楊濤、宋暖、李知航10中信科移動通信技術股份有限公司蘇昕、索士強、常國兵