2020年6G無線熱點(diǎn)技術(shù)研究報(bào)告1、引言目前，5G在世界范圍內(nèi)開始進(jìn)行商用，業(yè)務(wù)范圍和生態(tài)圈基本成熟，需要我們同步前瞻未來信息社會(huì)的通信需求，啟動(dòng)6G移動(dòng)通信系統(tǒng)概念與技術(shù)研究。6G技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、連接數(shù)量、時(shí)延等一系列指標(biāo)有著較高要求，6G時(shí)代將會(huì)在現(xiàn)有的場(chǎng)景上擴(kuò)展到更廣泛的層面和空間，真正實(shí)現(xiàn)空天地海全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)任意設(shè)備之間的信息傳輸，即真正進(jìn)入萬物互聯(lián)時(shí)代。在6G研究領(lǐng)域，國際通信技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)相繼提出了多種實(shí)現(xiàn)6G的技術(shù)路線，但這些方案都處于概念階段，能否落實(shí)還需驗(yàn)證。較具代表型的技術(shù)路線有：韓國SK集團(tuán)信息通信技術(shù)中心曾在2018年提出了“太赫茲+去蜂窩化結(jié)構(gòu)+高空無線平臺(tái)（如衛(wèi)星等）”的6G技術(shù)方案，不僅應(yīng)用太赫茲通信技術(shù)，還要徹底變革現(xiàn)有的移動(dòng)通信蜂窩架構(gòu)，并建立空天地一體的通信網(wǎng)絡(luò)。三星研究院新設(shè)了一個(gè)”下一代通信研究中心”，配合5G商用化服務(wù)的擴(kuò)張，加強(qiáng)移動(dòng)通信先導(dǎo)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)方面研究組織的功能和作用。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室也提出了“太赫茲+網(wǎng)絡(luò)切片”的技術(shù)路線。這些方案在技術(shù)細(xì)節(jié)上都需要長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)驗(yàn)證。目前隨著各國及產(chǎn)業(yè)界6G研究的推進(jìn)，6G通信的愿景，場(chǎng)景和基本指標(biāo)已經(jīng)有了新的進(jìn)展。相比于現(xiàn)行的5G通信，6G通信網(wǎng)絡(luò)將與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能進(jìn)一步集成。為解決未來髙度智能、髙度數(shù)字化和高度信息化社會(huì)對(duì)無線傳輸?shù)男枨螅?G無線網(wǎng)絡(luò)在無線連接的維度，廣度都將有巨大的提升，支持諸如超大帶寬視頻傳輸，超低延時(shí)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，空天地一體互聯(lián)等諸多場(chǎng)景。為支持上述愿景和應(yīng)用，6G通信系統(tǒng)的性能要求必須實(shí)現(xiàn)如ITbPS超大峰值速率和IGbPS超大用戶體驗(yàn)速率，超低延時(shí)O.ImS和髙移速通信，超髙頻譜利用率等。本白皮書將6G無線通信中各熱點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行梳理。2.6G信道仿真技術(shù)的發(fā)展第六代移動(dòng)通信技術(shù)(6G)將在第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)的基礎(chǔ)上繼續(xù)深化移動(dòng)互聯(lián)，不斷擴(kuò)展萬物互聯(lián)的邊界和范圍，提供全球覆蓋，最終實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。6G將在5G的基礎(chǔ)上從陸地移動(dòng)通信網(wǎng)路擴(kuò)展至空天地海一體化通信網(wǎng)絡(luò)，包括衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)、陸地超密集網(wǎng)絡(luò)、地下通信網(wǎng)絡(luò)、海洋通信網(wǎng)絡(luò)等。為了滿足超高傳輸速率和超高連接密度的應(yīng)用需求，包括毫米波、太赫茲在內(nèi)的全頻譜和信號(hào)髙效傳輸新方法將被充分探索和挖掘。為了滿足人與人、物與人、物與物的角度出發(fā)，未來6G將帶來超能交通、智能交互、通感互聯(lián)網(wǎng)、全息無線電等全新的應(yīng)用場(chǎng)景。因此，為了支持6G更為多元的應(yīng)用、更加精致的技術(shù)需求，為了6G更為有效的設(shè)計(jì)、部署和評(píng)估，準(zhǔn)確的信道信息變得至關(guān)重要。2.1面向6G的高性能射線跟蹤仿真技術(shù)作為確定性信道建模方法的代表，射線跟蹤(Ray-tracing,RT)于上世紀(jì)90年代開始用于無線通信的研究。它能夠準(zhǔn)確地考慮到電磁波的各種傳播途徑，包括直射、反射、繞射、透射等，并能考慮到影響電波傳播的各種因素，從而針對(duì)不同具體場(chǎng)景做準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。但它受限于計(jì)算復(fù)雜度和計(jì)算能力，應(yīng)用復(fù)雜度較高。近年來，射線跟蹤技術(shù)在5G已得到越來越多的關(guān)注和認(rèn)可，在愈發(fā)精細(xì)化、智能化的6G也將得到進(jìn)一步的應(yīng)用，其深層原因有三：為6G提供大帶寬的太赫茲電磁波，其傳播特性更接近于光(射線)，因此以光學(xué)為理論基礎(chǔ)的射線跟蹤與太赫茲的物理本質(zhì)更加自洽。一方面太赫茲對(duì)傳播環(huán)境和移動(dòng)性高度敏感，而波束賦形等太赫茲大規(guī)模多天線甚至是超大規(guī)模多天線技術(shù)對(duì)信道空間分辨率的要求又極高；另一方面，太赫茲動(dòng)態(tài)信道測(cè)量難度巨大，昂貴復(fù)雜。這使得僅僅依靠測(cè)量，在太赫茲頻段已無法獲得全面且精細(xì)的信道空、時(shí)、頻信息。射線跟蹤則不存在此類限制，利用被測(cè)量驗(yàn)證的射線跟蹤器，可以充分探索信道多徑的時(shí)延和角度特征。隨著空間搜索算法、硬件設(shè)備和高性能計(jì)算的發(fā)展，大型復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景、大量采樣點(diǎn)的高效射線跟蹤仿真已成為可能。因此，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的時(shí)代，利用準(zhǔn)確、髙效的射線跟蹤仿真，可以突破測(cè)量的局限，獲得更多維度的信道特性。基于射線跟蹤的確定性信道建模方法可以提供準(zhǔn)確的功率、時(shí)延、角度、極化等信道信息，適用于不同頻段的時(shí)變多輸入多輸岀信道的仿真、預(yù)測(cè)與建模。然而在實(shí)際中，計(jì)算復(fù)雜度和可用性一直是制約射線跟蹤技術(shù)廣泛應(yīng)用的瓶頸。為此，項(xiàng)目成員單位北京交通大學(xué)將射線跟蹤內(nèi)核部署在髙性能平臺(tái)上，利用分布式計(jì)算功能進(jìn)行云化，構(gòu)建了高性能射線跟蹤仿真平臺(tái)——CIoUdRT(http：//www.raytracer,cloud/),并和粵通院在一些基礎(chǔ)和應(yīng)用方面合作。在準(zhǔn)確性方面，超寬帶動(dòng)態(tài)射線跟蹤信道仿真器，在6GHZ以下頻段已經(jīng)得到了大量的測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證，也通過了大量的室內(nèi)外、車聯(lián)網(wǎng)、軌道交通等場(chǎng)景的毫米波與太赫茲頻段測(cè)量數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)與驗(yàn)證。在高效性方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員將射線跟蹤仿真器部署到高性能計(jì)算平臺(tái)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2-1所示，該平臺(tái)由96個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成，共有1600個(gè)CPU核心、10個(gè)NVlDIATeSlaGPU核心、1個(gè)管理節(jié)點(diǎn)和1個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器；射線跟蹤引擎被部署于計(jì)算節(jié)點(diǎn)上從而實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算處理。CIoUdRT由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、高性能計(jì)算服務(wù)器以及用戶終端組成，它們?nèi)客ㄟ^網(wǎng)絡(luò)連接，以進(jìn)行數(shù)據(jù)與命令傳輸，該平臺(tái)由5層組成。2.2面向6G應(yīng)用場(chǎng)景與關(guān)鍵技術(shù)的射線跟蹤信道仿真本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高精度高效率的信道仿真技術(shù)（CloUdRT平臺(tái)）現(xiàn)已成功在多種應(yīng)用場(chǎng)景中得到應(yīng)用，并得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的共同認(rèn)可，也將在面向下一代無線通信應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮廣泛的作用。（1） 在信道建模以及推進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)化工作上，提供信道數(shù)據(jù)支撐基于數(shù)字地圖的混合信道模型的研發(fā)，與實(shí)測(cè)結(jié)果相結(jié)合提出6G通信標(biāo)準(zhǔn)信道模型。如和日本NICT.NTTDOCOMO聯(lián)合完成了300GHZ頻段的下載站場(chǎng)景信道建模，被IEEE802.3d-2017采納，成為首個(gè)面向6G的太赫茲通信標(biāo)準(zhǔn)信道模型。（2） 在實(shí)際通信系統(tǒng)鏈路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真方面，提供準(zhǔn)確的信道模型，為實(shí)際通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供信道基礎(chǔ)信息。CIOUdRT支持了韓國電子通信研究院(ETRl)在25GHZ頻段實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)移動(dòng)熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(MHN-E)鏈路級(jí)軟件演示。如圖2-4所示，在平昌冬奧會(huì)上,CloudRT支持的MHN-E原型機(jī)成功在60公里時(shí)速下實(shí)現(xiàn)了5GbPS車地傳輸速率。如圖2-5所示，CIoUdRT為太赫茲智慧鐵路、無人機(jī)通信、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、空天車地組網(wǎng)等5G及6G的前沿研究提供著髙精度的信道信息。高性能射線跟蹤平臺(tái)CIoUdRT可突破算力瓶頸，為全息無線電通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)估提供理論依據(jù)。智能全息無線電技術(shù)是6G候選熱點(diǎn)技術(shù)之一，利用電流片(CUrrentSheet)的超寬帶緊耦合天線陣列(TightlyCOUPIedArray,TCA),實(shí)現(xiàn)連續(xù)孔徑的天線陣接收和測(cè)量信號(hào)波連續(xù)的波前相位。從信道建模的角度而言，只要能對(duì)TCA的每一個(gè)天線振子對(duì)應(yīng)的多徑信道進(jìn)行準(zhǔn)確地表征，將每一個(gè)天線振子對(duì)應(yīng)的信道沖激響應(yīng)(ChannelImPUlSeResponse,ClR)進(jìn)行聯(lián)合處理，即可得到全息無線電鏈路的整體信道。然而，由于要實(shí)現(xiàn)連續(xù)孔徑有源天線陣列，TCA的天線振子數(shù)目巨大，而且需要考慮天線振子之間的互耦效應(yīng)，這使得計(jì)算復(fù)雜度面臨計(jì)算效率的瓶頸。利用CIoUdRT平臺(tái)，則可以有效突破算力瓶頸，準(zhǔn)確表征TCA接收信號(hào)的連續(xù)相位變化，生成準(zhǔn)確的全息無線電信道信息。

2.3高性能射線跟蹤信道仿真技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)射線跟蹤技術(shù)成為推動(dòng)不僅是當(dāng)前5G更是未來6G發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。如圖2-6發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。如圖2-6所示,未來，高性能射線跟蹤平臺(tái)將向著場(chǎng)景重建智能化、傳播機(jī)理模型自適應(yīng)以及增加鏈路級(jí)和系統(tǒng)級(jí)仿真功能的方向發(fā)展，為6G的研發(fā)從電波傳播與信道的仿真、建模一直到系統(tǒng)級(jí)的性能評(píng)估形成統(tǒng)一的整體，支撐以太赫茲、全息通信、空天地一體化等為代表的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)6G智慧未來愿景。3.6G寬帶系統(tǒng)綜述6G寬帶通信系統(tǒng)將把應(yīng)用場(chǎng)景從物理空間推動(dòng)到虛擬空間，在宏觀上將實(shí)現(xiàn)滿足全球無縫覆蓋的“空-天-陸-海”融合通信網(wǎng)絡(luò)，在微觀上滿足不同個(gè)體的個(gè)性化需求，提供“隨時(shí)隨地隨心”的通信體驗(yàn)，不僅解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)和無人區(qū)的通信問題，還能以類人思維服務(wù)于每位客戶，實(shí)現(xiàn)智慧連接、深度連接、全息連接和泛在連接。而建立這樣的系統(tǒng)，需要海量異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的接入和全頻譜融合協(xié)作，要把人工智能日益增強(qiáng)的算力更好地應(yīng)用到通信系統(tǒng)，以物理層全新的空口技術(shù)甚至軌道角動(dòng)量的革命性突破，來滿足6G應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)超低時(shí)延、超大帶寬、超大容量和極高可靠性、確定性的要求。3.1基于用戶需求的內(nèi)生智能虛擬隨愿網(wǎng)絡(luò)未來垂直應(yīng)用的新場(chǎng)景將是智能體交互和虛實(shí)空間互動(dòng)，其中智能體包括可以獨(dú)立完成推理決策的實(shí)體（如機(jī)器人、無人機(jī)、無人汽車等），虛擬空間指對(duì)現(xiàn)實(shí)物理世界的模擬重構(gòu)（如擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、全息影像和數(shù)字李生系統(tǒng)等）。隨著這些應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展，6G時(shí)代將依托“信息隨心至，萬物觸手及”的5G愿景，探索出以人類需求為根本的“隨時(shí)隨地隨心”的智慧網(wǎng)絡(luò)。6G將完成“海量物聯(lián)”和“萬物智聯(lián)”。未來十年,物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備的數(shù)量預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)三倍（從2019年的約110億臺(tái)增長(zhǎng)到2030年的300億臺(tái)），為各種需求髙度多樣化的用例提供服務(wù)。隨著應(yīng)用范圍的進(jìn)一步深化和拓展，近乎即時(shí)的無限無線連接性是整個(gè)數(shù)字化的主要推動(dòng)力，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的“數(shù)字李生”社會(huì)需要更先進(jìn)的通信基礎(chǔ)設(shè)施來實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)髙速、無延遲、安全可靠的分發(fā)。6G階段的萬物智聯(lián)，將具備更強(qiáng)的性能，更加綠色智能，并實(shí)現(xiàn)更廣的覆蓋，峰值速率將達(dá)到100Gbit∕s"lTbit/s；空口時(shí)延低至0.1ms；連接數(shù)密度支持IOoO萬連接/平方公里；定位精度將達(dá)到厘米量級(jí)，有效降低成本和能耗，大幅提升網(wǎng)絡(luò)能效，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。6G網(wǎng)絡(luò)基于無處不在的大數(shù)據(jù)，將Al賦能各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，創(chuàng)造出“智能泛在”的世界，而移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）正是實(shí)現(xiàn)智能泛在的關(guān)鍵之一。邊緣計(jì)算技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)的資源、內(nèi)容和功能遷移到更靠近終端的位置，由于部分計(jì)算、存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)功能從數(shù)據(jù)中心下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，極大減少傳輸時(shí)延，提高業(yè)務(wù)的時(shí)效性，進(jìn)而能提供豐富面向垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)。6G將進(jìn)一步超越5G時(shí)代的邊緣計(jì)算，走向“在網(wǎng)計(jì)算”，進(jìn)而為“泛在智能”提供算力基礎(chǔ)，算力將從外延走向內(nèi)生，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算的深度融合。3.2“空-天-陸-海”全維度網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)陸海空天融合通信網(wǎng)絡(luò)可以分解為兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)由陸基（即陸地蜂窩、非蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等）、空基（無人機(jī)、飛艇、飛機(jī)等各類飛行器）及天基（各類衛(wèi)星、星鏈等）構(gòu)成的空天地一體化子網(wǎng)；另一個(gè)是由水下、海基（海面及深海通信設(shè)備等）、岸基，并結(jié)合空基與天基構(gòu)成的深海遠(yuǎn)洋通信子網(wǎng)。地面網(wǎng)絡(luò)（TN）與非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）融合組網(wǎng)是6G系統(tǒng)建設(shè)要解決的難點(diǎn)之一。為了完成覆蓋全球全地形的全維度通信系統(tǒng)，地球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)以及飛機(jī)、無人機(jī)、飛艇等空中飛行設(shè)備組成的“空天”網(wǎng)絡(luò)也將融合進(jìn)來，同時(shí)6G主要開發(fā)的太赫茲頻段在太空不存在吸收損耗的問題，應(yīng)用于衛(wèi)星的太赫茲通信，具有傳輸速度快和傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此衛(wèi)星輔助的無線通信可以提供更大的覆蓋范圍并解決高速移動(dòng)終端的覆蓋問題。低軌道衛(wèi)星通信可以實(shí)現(xiàn)較低的傳輸時(shí)延，同時(shí)衛(wèi)星通信融合也能解決全維度網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)大量空中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（例如無人機(jī)、平流層飛艇等）的管理問題。衛(wèi)星融合最簡(jiǎn)單的方式是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為地面基站和核心網(wǎng)的回傳或者作為地面有線回傳的備份。此外，學(xué)界還提出了Non-3GPP接入和3GPPRAT接入兩種方式。前者將衛(wèi)星接入到6G核心網(wǎng)，和地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)共用核心網(wǎng)；而后者是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的深度融合方式，將衛(wèi)星作為一種特殊的6G基站接入到6G核心網(wǎng)。隨著太赫茲相關(guān)研究的推進(jìn)和技術(shù)進(jìn)步，太赫茲波段在衛(wèi)星通信上的應(yīng)用也將更加成熟可靠。學(xué)界通常所說的海洋通信網(wǎng)絡(luò)包括海上無線通信系統(tǒng)、海洋衛(wèi)星通信系統(tǒng)和基于陸地蜂窩網(wǎng)絡(luò)的岸基移動(dòng)通信系統(tǒng)，它能夠保障近海、遠(yuǎn)海和遠(yuǎn)洋的船舶海岸、船舶-船舶的日常通信，而深海遠(yuǎn)洋通信子網(wǎng)也將納入水下/深海通信。目前，實(shí)現(xiàn)水下無線通信的載體主要有三種：聲波、電磁波和光波，基于三種載體的通信方式各具利弊，將兩種甚至多種通信方式結(jié)合起來是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。3.3人工智能算力與移動(dòng)通信的結(jié)合傳統(tǒng)的物理層設(shè)計(jì)是分模塊分別優(yōu)化的，這樣的設(shè)計(jì)雖然可以保證每個(gè)模塊是最優(yōu)的情況，但是整體上做不到最優(yōu)。比如編碼、調(diào)制與波形在傳統(tǒng)系統(tǒng)中是分別設(shè)計(jì)的，一旦把三者綜合起來考慮，則往往因?yàn)榻邮斩藦?fù)雜度太高而放棄。但是對(duì)于機(jī)器學(xué)習(xí)來說，可以不需要精心地設(shè)計(jì)各類的編碼方案，也不需要仔細(xì)思考各種星座圖,可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來代替這種模塊級(jí)聯(lián)的方式，通過網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)的方式來獲取最優(yōu)的端到端映射方式。利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行物理層端到端優(yōu)化和聯(lián)合優(yōu)化是學(xué)界的研究熱點(diǎn)，但通信領(lǐng)域數(shù)據(jù)和其后隱藏的物理規(guī)律與計(jì)算機(jī)視覺面向的圖像和視頻數(shù)據(jù)差別非常大，現(xiàn)在人工智能框架強(qiáng)項(xiàng)是針對(duì)圖像、視頻、文本和語音數(shù)據(jù)，直接把這些框架拿來解決通信領(lǐng)域數(shù)據(jù)，匹配效果無法達(dá)到最優(yōu)，相比于成熟的模塊級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)所能達(dá)到的性能還有一定差距，而且變化快、實(shí)時(shí)性髙的環(huán)境下訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的效率需要考慮，訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同測(cè)試環(huán)境下的魯棒性也同樣是一個(gè)需要攻破的難題。6G的“海量物聯(lián)”時(shí)代，在陸地、海洋和天空中都會(huì)有大量的互聯(lián)終端設(shè)備，利用這些數(shù)以億計(jì)的傳感器的實(shí)時(shí)感知與智能計(jì)算能力，支持多終端共享Al算力，智能終端設(shè)備側(cè)Al也必將從單設(shè)備、多設(shè)備正式走向分布式和去中心化模式，為6G的異構(gòu)、多終端實(shí)時(shí)感知計(jì)算提供了有力的支持。去中心化Al通信不僅要滿足海量、異構(gòu)的終端設(shè)備通信，也要保證節(jié)點(diǎn)高度自治和數(shù)據(jù)計(jì)算共享，并在“虛擬隨愿網(wǎng)絡(luò)”中動(dòng)態(tài)自適應(yīng)地協(xié)作完成用戶的個(gè)性化任務(wù)計(jì)算。3.4大帶寬與全頻譜協(xié)作信息時(shí)代，隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，人們對(duì)無線數(shù)據(jù)流量的需求呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。如何滿足人們髙速率低延時(shí)的業(yè)務(wù)需求成為了亟需研究和解決的問題。在優(yōu)化現(xiàn)有頻譜的使用分配，提高效率的同時(shí)，人們將放眼于更高的頻率和更大的通信帶寬。在6G系統(tǒng)當(dāng)中室內(nèi)和室外連接的峰值數(shù)據(jù)速率最高將可達(dá)1TbPSO并且保證95%用戶位置的用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)速率預(yù)計(jì)將達(dá)到1GbPSO為了支持極高的峰值速率，支持的最大接入帶寬必須大幅增加。毫米波頻段可支持高達(dá)IOGHZ的帶寬，而太赫茲和可見光頻段可達(dá)IOOGHz,因此激光、可見光通信和太赫茲波段通信是6G研究的主題。6G的許多應(yīng)用場(chǎng)景需要多頻段電磁波兼容共存，其中海量終端間的實(shí)時(shí)交互對(duì)有效利用頻譜空間提出了更高的要求。以3GPP非授權(quán)頻譜新空口技術(shù)(NRUnlicensed,NR-U)為代表的非授權(quán)頻譜共享，以及基于環(huán)境反向散射的頻譜共享等都為未來頻譜共享的標(biāo)準(zhǔn)提供了參考。目前開展頻譜融合研究首先要獲取系統(tǒng)的所用頻段和干擾保護(hù)準(zhǔn)則，隨后結(jié)合具體場(chǎng)景構(gòu)建干擾分析模型,最后采用頻譜兼容共存分析方法(包括確定性計(jì)算、仿真分析、內(nèi)場(chǎng)測(cè)試和外場(chǎng)測(cè)試等)得出結(jié)論。同時(shí)，學(xué)界也在研究性能更好的多端口頻段協(xié)同天線，如“信號(hào)導(dǎo)向”天線(SignaIROUting)可以將微波信號(hào)和毫米波信號(hào)分別單獨(dú)“導(dǎo)入”到對(duì)應(yīng)的天線輻射單元之中。另外,基于大數(shù)據(jù)和人工智能的動(dòng)態(tài)頻譜規(guī)劃是未來的發(fā)展趨勢(shì)。3.56G空口技術(shù)隨著各項(xiàng)研究技術(shù)的推進(jìn)和發(fā)展5G已經(jīng)逐步由愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，5G所提出的網(wǎng)絡(luò)特性，空口指標(biāo)也在逐步的實(shí)現(xiàn)。在落實(shí)好5G各項(xiàng)基礎(chǔ)上，對(duì)6G的規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)性能特點(diǎn)的分析和6G空口的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也已經(jīng)進(jìn)入了研究的階段。相較于5G空口，6G應(yīng)該具有更加強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和能力。從具象的角度看，6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)超高速率的通信、極低的延遲和超高的容量密度以及支持超大的連接密度。同時(shí)6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是具有柔性彈性和智慧綠色的網(wǎng)絡(luò)。從延續(xù)性角度來看，6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)趨勢(shì)有一個(gè)進(jìn)一步的增強(qiáng)和延續(xù)，如5G網(wǎng)絡(luò)本身所具有的特性如高速率，綠色節(jié)能，智能便捷和泛在覆蓋等特性。同時(shí)6G網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該擁有自己的創(chuàng)新業(yè)務(wù)需求，如內(nèi)生智能、可信增強(qiáng)、自生自治和內(nèi)生安全等。6G空口能力不僅僅需要實(shí)現(xiàn)對(duì)5G空口能力的延續(xù)和增強(qiáng)，也需要對(duì)未來的通信需求帶來的挑戰(zhàn)，做出合理的可引導(dǎo)式的應(yīng)對(duì)。應(yīng)該作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化驅(qū)動(dòng)的社會(huì),萬物互通互聯(lián)，信息智能泛在等美好愿景的基石。面對(duì)海量物聯(lián)的需求，6G通信也需要在已有頻譜資源下實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。要進(jìn)一步提髙頻譜效率，一方面靠多天線、調(diào)制編碼、雙工等傳統(tǒng)物理層技術(shù)進(jìn)步,另一方面要持續(xù)探索新的物理維度和傳輸載體，從信息傳輸方式角度實(shí)現(xiàn)革命性突破，如軌道角動(dòng)量技術(shù)(OAM)O4.軌道角動(dòng)量技術(shù)電磁波軌道角動(dòng)量(OrbitaIAngUIarMomentum,OAM)是區(qū)別于電磁波電場(chǎng)強(qiáng)度的另一個(gè)重要物理量。具有OAM的電磁波又稱“渦旋電磁波”，其相位面沿著傳播方向呈現(xiàn)螺旋狀，已經(jīng)不是平面電磁波。電磁波軌道角動(dòng)量提供了除頻率、相位、空間之外的另一個(gè)維度，給人們提供了一個(gè)新的視角去認(rèn)識(shí)和利用電磁波。整數(shù)倍OAM模態(tài)數(shù)的電磁波之間相互正交，在同一個(gè)頻點(diǎn)可以通過OAM復(fù)用傳輸多路正交信號(hào)，從而提高頻譜效率，增加信道容量。"OAM復(fù)用傳輸獲得頻譜效率的大幅提高”是目前OAM電磁波應(yīng)用于通信領(lǐng)域最大的關(guān)注點(diǎn)，也是未來無線通信，特別是大規(guī)模無線中繼傳輸?shù)闹匾l(fā)展方向。具有不同模態(tài)數(shù)的電磁渦旋波間相互正交，因此在無線傳輸過程中，可以在同一載波上將信息加載到具有不同軌道角動(dòng)量的電磁波上，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的傳輸，這種OAM電磁波復(fù)用技術(shù)可有效提髙頻譜利用率。1992年，AlIenL.首次在光學(xué)領(lǐng)域研究了OAM光束的數(shù)學(xué)機(jī)理，并討論了采用不同模態(tài)OAM光束為傳輸容量提升帶來的優(yōu)勢(shì)。從本質(zhì)上講，光波同樣是電磁波的一種，而在現(xiàn)代無線通信中人們大量釆用微波頻段的電磁波，因此在最近的十幾年中，微波頻段OAM的應(yīng)用研究突飛猛進(jìn)。通過特殊OAM天線或傳統(tǒng)天線陣列輻射攜帶OAM的微波波束，不同模態(tài)OAM波束之間可以被正交分離，因此，采用微波OAM波束復(fù)用傳輸有望大大提高現(xiàn)有無線通信鏈路的傳輸容量。根據(jù)OAM域是否與傳統(tǒng)域獨(dú)立，并且模態(tài)之間是否相互正交，可以將OAM與傳統(tǒng)域之間的關(guān)系總結(jié)為三種情形，即：1)OAM獨(dú)立于傳統(tǒng)域，且模態(tài)間相互正交；2)OAM與傳統(tǒng)域非獨(dú)立，但模態(tài)間仍然可以正交分離；3)OAM與傳統(tǒng)域非獨(dú)立，并且模態(tài)間不易正交分離，OAM被映射成為一種新自由度。為了更清晰地歸納說明，可以通過三條典型的傳輸容量邊界，將OAM對(duì)傳輸容量的提升劃分為四個(gè)區(qū)域。在A區(qū)域中，利用OAM量子發(fā)射機(jī)和OAM量子傳感器分別產(chǎn)生和接收獨(dú)立于傳統(tǒng)物理量以外的新維度，此時(shí)通過多模態(tài)OAM信道復(fù)用傳輸，其傳輸容量超過相同環(huán)境下采用MlMo方法的容量上界。這個(gè)容量上界指的是在極為豐富的理想多徑環(huán)境下，信道的特征值基本相同時(shí)，MIMO系統(tǒng)所能達(dá)到的最大信道容量。A區(qū)域的數(shù)學(xué)模型對(duì)應(yīng)OAM獨(dú)立于傳統(tǒng)域，且模態(tài)間相互正交的理想情況。在B區(qū)域中，由于沒有OAM傳感器，只能采用天線間接測(cè)量OAM在傳統(tǒng)域中引起的電場(chǎng)強(qiáng)度變化。為了提升鏈路的傳輸容量，MIMo體制是現(xiàn)在普遍釆用的通信方式。而由于MlMo復(fù)用信道的相關(guān)性，信道矩陣是不滿秩的。如果此時(shí)采用特殊OAM天線取代傳統(tǒng)平面波天線，基于OAM模態(tài)之間的正交性，這種替換有助于改善傳統(tǒng)MIMo信道之間的相關(guān)性，從而改善通信系統(tǒng)的傳輸容量。值得注意的是，在該區(qū)域中，仍然采用傳統(tǒng)天線來產(chǎn)生和接收電磁波，OAM新維度實(shí)際上映射到了傳統(tǒng)域中。該區(qū)域?qū)?yīng)于OAM與傳統(tǒng)域不獨(dú)立，但是模態(tài)之間仍然正交分離的情況。由于釆用了特殊OAM天線來改善信道之間的相關(guān)性，理想情況下，有望將信道矩陣的秩從視距（LoS）信道情況改善到滿秩信道狀態(tài)。（3）在C區(qū)域中，如果不使用特殊OAM天線，而僅僅使用傳統(tǒng)陣列天線來產(chǎn)生和接收OAM波束，其本質(zhì)上也可以被看作是一種特殊的MIMO傳輸方案。為了產(chǎn)生和接收OAM電磁波束，發(fā)射端和接收端可以自由組陣，而均勻環(huán)形天線陣（UCA）是一種被廣泛釆用的有效組陣方式。相對(duì)于普通MIMo系統(tǒng)，OAM波束傳輸條件要求嚴(yán)格的LoS直射傳輸場(chǎng)景。因此，在這種LoS場(chǎng)景下，基于天線陣的OAM系統(tǒng)傳輸容量接近于閉環(huán)LoS-MlMO系統(tǒng)容量的上界，并且受到LOS信道條件限制。更具體地說是由于傳統(tǒng)陣列天線相關(guān)性很強(qiáng)，特別是LoS傳輸條件下，系統(tǒng)傳輸容量受到LoS信道秩的限制。在C區(qū)域中，采用OAM波束對(duì)傳輸容量上界并沒有突出的貢獻(xiàn)，但由于OAM波束的特殊結(jié)構(gòu)，接收端不需要將信道估計(jì)信息及饋給發(fā)射端，模態(tài)間的解復(fù)用可以釆用類似逆快速傅利葉變換（IFFT）方法實(shí)現(xiàn)，或者直接在射頻鏈路上釆用模擬移相網(wǎng)絡(luò)完成，從而大大降低了接收端的計(jì)算復(fù)雜度，這為OAM微波波束走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。值得注意的是，無論是C區(qū)域還是B區(qū)域，都對(duì)應(yīng)于OAM非獨(dú)立但模態(tài)間可正交分離的第2種情況。D區(qū)域是一個(gè)特殊的OAM傳輸區(qū)域。在D區(qū)域中，針對(duì)于長(zhǎng)距離傳輸場(chǎng)景，由于只能用普通平面波天線測(cè)量OAM波束的部分相位面信息，此時(shí)OAM任意模態(tài)之間難以被正交分離，因此將這種傳輸體制稱為非獨(dú)立且非正交傳輸。又由于與傳統(tǒng)域相重疊，OAM模態(tài)的變化映射到空域、頻域等其他傳統(tǒng)域中，通過控制OAM模態(tài)的變化可以對(duì)電磁波束起到調(diào)控作用，因此又可以將其稱之為一種新的自由度(DoF)o這里自由度的概念是指對(duì)電磁波進(jìn)行調(diào)控的變量種類。由于在接收端只需要采樣接收部分相位面信息，因此它適合進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸而不必?fù)?dān)心波束發(fā)散角的問題。但是，部分相位面接收的代價(jià)是帶來了傳輸容量的損失，而模態(tài)之間的非正交也給信息的檢測(cè)分離帶來了極大困難。同樣地，基于5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI),6G中OAM的KPl指標(biāo)包括頻譜效率，端到端延遲，連接密度，網(wǎng)絡(luò)能效，區(qū)域流量密度，移動(dòng)性，頻率帶寬，基站運(yùn)行容量，抖動(dòng)，可靠性等。OAM對(duì)這些KPl的主要貢獻(xiàn)將顯示出領(lǐng)先一代的優(yōu)勢(shì)。KPl在未來6G中隨著OAM的增加而增加，運(yùn)營商在經(jīng)濟(jì)效益方面將有很大的附加值。未來OAM統(tǒng)計(jì)波束傳輸在6G場(chǎng)景中的應(yīng)用可以是從宏基站到微基站的鏈路回傳，也可以是終端與終端之間的近場(chǎng)通信。此外，廣義OAM波束用于微基站到用戶端接入的6G場(chǎng)景，尤其可以考慮作為OAM多址的接入方案。5.寬帶太赫茲器件的發(fā)展太赫茲波(TerahertZ,THZ)是頻率在0.ITOTHz(ITHZ=IO12Hz)范圍內(nèi)的電磁波，處于電子學(xué)向光子學(xué)的過渡區(qū)域，具有不同于微波和光波的獨(dú)特特性，是電磁波譜中唯一尚待開發(fā)、亟待全面探索的、具有重大科學(xué)意義和應(yīng)用前景的新頻段。在過去的25年里，無線通信對(duì)通信速率的需求以摩爾定律的方式增長(zhǎng)，無線移動(dòng)通信從2G時(shí)代到現(xiàn)在即將進(jìn)入的5G時(shí)代，通信速率從<200KbPS發(fā)展到COGbps,而未來6G移動(dòng)通信速率將超過IOOGbPSO對(duì)于電磁頻譜中目前許可的頻段，不太可能實(shí)現(xiàn)如此高的無線數(shù)據(jù)傳輸速率。相比于微波毫米波，太赫茲波載波頻率高、通訊容量大。考慮到太赫茲波段尚未分配給全球特定的有源業(yè)務(wù)，借助太赫茲頻段大帶寬特性，其有望具備實(shí)現(xiàn)未來無線通信所需高數(shù)據(jù)速率的潛力，已成為無線通信發(fā)展的必然趨勢(shì)。在太赫茲通信系統(tǒng)中，上下變頻是實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)與太赫茲信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換的有效途徑，其核心功能器件是太赫茲頻段的混頻器，其在通信系統(tǒng)中應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì):采用超外差原理和固態(tài)電子學(xué)器件，通信理論完備；通過全數(shù)字矢量調(diào)制信號(hào)生成實(shí)現(xiàn)太赫茲信號(hào)調(diào)制解調(diào)，提高了頻譜效率、通信速率和信號(hào)傳輸質(zhì)量、系統(tǒng)靈活、可重構(gòu)；3）頻率擴(kuò)展空間較大。目前太赫茲頻段混頻器通常是基于具有非線性效應(yīng)的肖特基二極管來實(shí)現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的Si基材料肖特基二極管相比，采用GaAS材料有效地促進(jìn)了太赫茲肖特基二極管的發(fā)展。GaAS材料可以生長(zhǎng)于之匹配的異質(zhì)材料，通過選擇濕法腐蝕將襯底減到非常薄，甚至將襯底完全去除而將二極管轉(zhuǎn)移到低損耗的襯底上，從而大幅度減小了太赫茲傳輸過程中的損耗，使GaAS肖特基二極管的太赫茲頻段有了廣泛的應(yīng)用。與GaAS材料相比，InP基材料具有更高的載流子遷移率和非常高的飽和速度，使得肖特基二極管可以向更髙的頻率拓展。目前國際上，美國VDl公司在肖特基二極管混頻器方面處于技術(shù)領(lǐng)跑地位，其研制的肖特基二極管的混頻器工作頻率可覆蓋O.l~2THz頻段。但頻率越髙，可利用的帶寬越大，但其變頻損耗也隨之增加，影響系統(tǒng)的發(fā)射功率和接收靈敏度。盡管基于肖特基二極管的混頻器可以在太赫茲頻段有效實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的上下變頻，但其發(fā)射功率和接收靈敏度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。可以說，當(dāng)前太赫茲通信技術(shù)的發(fā)展很大程度上受制于髙功率信號(hào)產(chǎn)生和高靈敏信號(hào)檢測(cè)技術(shù)。在太赫茲信號(hào)功率放大方面，目前包括固態(tài)功放和真空電子學(xué)放大器兩種技術(shù)途徑。兩者相比，前者功率相對(duì)較小，但結(jié)構(gòu)緊湊、功耗與偏壓低，使用起來更為便捷，且有望通過功率合成進(jìn)一步提升功率，在很多應(yīng)用場(chǎng)合得到青睞。比如，由NOrthrOPGrUmman研制的220GHZ固態(tài)功放，基于50nmInPHEMT工藝，使用八端口功率耦合，單個(gè)模塊在205-225GHz的范圍內(nèi)輸出功率大于60mW,峰值功率功率在210GHZ達(dá)到75mWo使用四端口功率耦合，單個(gè)模塊在210-225GHz的范圍內(nèi)功率達(dá)到IOOmW,峰值功率在210GHZ達(dá)到185mW0由DARPA資助的RaytheOnMiSSiIeSyStemS項(xiàng)目，DarinGritterS,KenBrOWn等人與TeIedyneSCientific的ZaChGriffith,MigUeIUrteaga合作，將32個(gè)50mW的InPHBTPAMMlCS進(jìn)行32路功率合成，該功率合成器釆用2級(jí)，第一級(jí)為一分四功分器將輸入信號(hào)從入口分配到到四層獨(dú)立的板，第二級(jí)為四個(gè)獨(dú)立的一分八路功率合成器板，在這個(gè)板上每個(gè)MMlC放大器都由獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路控制，波導(dǎo)功分器與每個(gè)MMlC放大芯片之間都由高性能的微帶-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換連接，每層板都由獨(dú)立的散熱結(jié)構(gòu)。該放大器模塊在200-26OGHZ的頻率范圍內(nèi)，小信號(hào)增益能達(dá)到40dB,并能產(chǎn)生幾百毫瓦的飽和輸出功率。另夕卜，NUVOtrOniCS的Jean-MarCRollin,DaVidMiller等人也與TeIedyneSCientifiC的ZaChGriffith,MigUeIUrteaga合作，釆用金屬層疊三維造技術(shù)，制作了一個(gè)新穎的1分16路的功率合成網(wǎng)絡(luò)，該模塊使用的MMIC放大芯片有80mW輸出功率和15dB的小信號(hào)增益，芯片被安裝在16路合成器的上下兩面，每一個(gè)芯片都安裝在有一個(gè)獨(dú)立的WR4端口E面探針到CPW結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上，該轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有這極低的損耗。這個(gè)新穎的模塊有這超緊湊的體積，其輸出功率在220GHZ大氣窗口頻段也可達(dá)到幾百毫瓦。在真空電子學(xué)放大器方面，美國DARPA啟動(dòng)了髙頻真空集成電子學(xué)（HlFIVE）計(jì)劃，頻率為220GHZO目標(biāo)是利用MEMS技術(shù)制造全集成“芯片級(jí)”微型真空功率器件，并和固態(tài)放大器集成在一起，形成功率帶寬積達(dá)到500W?GHz,主要技術(shù)難點(diǎn)在于大電流密度陰極及帶狀注電子光學(xué)系統(tǒng)，高深寬比互作用結(jié)構(gòu)加工工藝，硅深刻技術(shù)，散熱技術(shù)等。目前，國際上220GHZ頻段的真空電子學(xué)放大器輸出平均功率可達(dá)到百瓦以上量級(jí)。在太赫茲信號(hào)低噪聲接收方面，目前主流的思路是研發(fā)太赫茲頻段的低噪聲放大器，但目前在200GHZ及以上頻段的MMlC低噪放芯片技術(shù)(尤其是國內(nèi))還不成熟，正在不斷發(fā)展的過程中，裸芯片噪聲系數(shù)很難優(yōu)于7dB,研發(fā)封裝成模塊后，噪聲系數(shù)會(huì)進(jìn)一步惡化，需要在理論方法和技術(shù)層面不斷加強(qiáng)研究，提升器件性能。比如，IAF采用20nmmHEMT技術(shù)，基于接地共面波導(dǎo)研制出適用于WR-I.5波導(dǎo)的低噪放。在576GHZ達(dá)到最大增益15.4dB,在555-619GHz的頻率范圍內(nèi)增益大于IOdBO600GHZ小信號(hào)的增益可以達(dá)到14.IdB,室溫的噪聲系數(shù)約為9.5dB0NOrthrOPGrUmman基于20nmInPHEMT工藝研制了0.85THz放大器，增益約為13.6dB,噪聲系數(shù)11.ldB。另外，在低溫致冷情況下，基于超導(dǎo)體-絕緣體-超導(dǎo)體隧道結(jié)(SIStunneljunctions)混頻器和Hotelectronbolometer(HEB)混頻器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)高于常規(guī)太赫茲肖特基二極管混頻器的靈敏度，在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合可發(fā)揮出重要作用。除了太赫茲發(fā)射接收電路，太赫茲天線在太赫茲通信系統(tǒng)中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通信用太赫茲髙增益天線具有超電大尺寸和跨尺度結(jié)構(gòu)并存的特點(diǎn)，一方面為了獲得髙的增益，天線通常具有幾百倍波長(zhǎng)的電大尺寸，另一方面，饋源和饋電結(jié)構(gòu)往往具有與波長(zhǎng)相比擬甚至小于波長(zhǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。對(duì)這種特殊結(jié)構(gòu)天線的設(shè)計(jì),傳統(tǒng)全波電磁仿真方法和高頻近似電磁仿真方法均不適用，需要研究專用的高效多尺度電磁仿真技術(shù)，用于天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)。太赫茲波長(zhǎng)短，對(duì)太赫茲通信天線的研制需要研究機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和高精度加工技術(shù)，包括對(duì)天線反射面面形精度受溫度和溫度梯度的影響的仿真分析，超電大及射面的超精密加工方法，超電大反射面曲率和精度的檢測(cè)方法，太赫茲饋源的高精度電鑄加工方法，太赫茲天線主副反射面和饋源喇叭的基準(zhǔn)安裝技術(shù)及檢測(cè)標(biāo)定方法等。通信用太赫茲高增益天線輻射口徑大，遠(yuǎn)場(chǎng)距離遠(yuǎn)，對(duì)天線遠(yuǎn)場(chǎng)輻射性能的直接測(cè)試難度大，需要研究有效的間接測(cè)試方法，以對(duì)天線的電氣性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，為天線的優(yōu)化奠定測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)。太赫茲大規(guī)模陣列天線和MlMo天線技術(shù)可大大增加太赫茲通信電的信道數(shù)量，是太赫茲通信技術(shù)的重要發(fā)展方向，而陣列饋電與波束賦形則是實(shí)現(xiàn)以上通信模式的關(guān)鍵，通過對(duì)太赫茲陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法開展研究，可大大提髙陣列效率，降低陣元數(shù)量和陣列復(fù)雜度；通過研究陣列饋電網(wǎng)絡(luò)的幅相控制方法，可實(shí)現(xiàn)陣列合成波束的靈活控制，形成太赫茲通信波束賦形能力，以滿足需要實(shí)時(shí)波束切換的太赫茲通信場(chǎng)景。綜上所述，高功率太赫茲信號(hào)產(chǎn)生、高靈敏度太赫茲信號(hào)接收、高增益太赫茲天線以及太赫茲頻段的波束賦形與調(diào)控等技術(shù)已成為推動(dòng)太赫茲通信技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的核心關(guān)鍵技術(shù)，將對(duì)太赫茲通信距離、通信速率、通信誤碼率，以及通信系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。6G太赫茲無線通信平臺(tái)的構(gòu)想太赫茲通信技術(shù)憑借其極高的數(shù)據(jù)傳輸速率、妥全性等一系列優(yōu)勢(shì)，在未來的6G無線網(wǎng)絡(luò)中將有廣闊的應(yīng)用前景。如片上通信、超高速率無線接入、高速基站間回傳、安全通信、空間通信等。太赫茲頻段憑借豐富的頻段資源優(yōu)勢(shì)，受到學(xué)術(shù)界的熱烈關(guān)注，也受到歐、美、日等國家區(qū)域和組織的高度重視，成為目前極具潛力的6G關(guān)鍵候選頻譜技術(shù)。全球首份6G白皮書報(bào)告中對(duì)未來眾多6G候選技術(shù)應(yīng)用潛力和技術(shù)影響力的分析和預(yù)估。14個(gè)6G潛在無線技術(shù)方向中，包含6個(gè)與太赫茲相關(guān)的技術(shù)方向，分別包括太赫茲通信相關(guān)的關(guān)鍵器件材料工藝（磷化鈕、錯(cuò)硅CMOS、COMS、石墨烯、無損太赫茲材料等）和無線物理層設(shè)計(jì)等。盡管各式半導(dǎo)體、金屬等材料的器件的提出大幅度提髙了THZ通信設(shè)備性能，但是目前的THZ器件仍不能滿足超高性能的THZ通信技術(shù)要求。首先，THZ射頻器件發(fā)射功率有限，限制了THZ在室外遠(yuǎn)距離通信場(chǎng)景中的應(yīng)用。當(dāng)傳輸距離達(dá)到幾十米甚至是公里級(jí)別時(shí)，太赫茲通信能耗就會(huì)極大提髙，大大縮短了移動(dòng)端電池的使用壽命。與此同時(shí)，在THZ通信中，隨著發(fā)射功率的提高，器件會(huì)更容易發(fā)熱，因此會(huì)對(duì)器件的微散熱技術(shù)提出更高要求。其次再有，未來6G網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)端用戶將以海量的形式存在，這就要求通信端THZ核心芯片具備集成度髙、體積小等特點(diǎn)。因此解決可商用太赫茲器件和標(biāo)準(zhǔn)化太赫茲通信系統(tǒng)的搭建問題是太赫茲通信能否用于6G超高信道容量系統(tǒng)的關(guān)鍵。6.1大容量基帶處理技術(shù)的分析由于太赫茲豐富的頻率資源，在6G的容量需求下，在基帶處理中，初始階段可以不太追求過髙的調(diào)制階數(shù)，所以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜度可以不必像低頻段資源的要求那樣，對(duì)性能達(dá)到極致。但不得不看到的是，動(dòng)則幾個(gè)GHZ的帶寬，對(duì)基帶平臺(tái)的數(shù)模轉(zhuǎn)換需求，數(shù)字IQ傳輸需求，物理層的處理技術(shù)，都形成了硬件設(shè)計(jì)和器件技術(shù)的壓力。為了滿足全頻段的多場(chǎng)景的挑戰(zhàn)，具有彈性的基帶處理架構(gòu)是一個(gè)較合適的選擇。需要從三個(gè)角度考慮靈活多樣性：1處理帶寬和釆樣精度的靈活性，針對(duì)調(diào)制和解調(diào)變化或者自適應(yīng)性，以及物理工作帶寬的自適應(yīng)性，顯然兼具多域能力的需求也是在未來研究的一個(gè)重點(diǎn)工作；2數(shù)字接口的能力適配性，這方面的研究重點(diǎn)是如何在滿足最大能力的基礎(chǔ)上，降低代價(jià)，可以在接口多適配和多速率，以及節(jié)能方面進(jìn)行研究，推動(dòng)該極高速接口的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)、器件研究；3基帶處理的資源池化能力，作為需滿足各種空口需求的物理層處理，需要從應(yīng)用場(chǎng)景，釆用的6G熱點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行匹配計(jì)算能力，選取最經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)基帶算法的處理，這要求我們?cè)谘芯恐校浞稚钊胙芯慷喾N6G熱點(diǎn)技術(shù)的基本原理，實(shí)踐數(shù)據(jù),并釆用兼容的原則進(jìn)行分析，得出具有統(tǒng)一性的需求，指導(dǎo)未來基帶處理平臺(tái)技術(shù)的研究。6.2太赫茲射頻技術(shù)太赫茲通信原型系統(tǒng)的鏈路調(diào)制方式目前主要有兩種不同架構(gòu)：一種是光電結(jié)合的方案，利用光學(xué)外差法產(chǎn)生頻率為兩束光頻率之差的太赫茲信號(hào)，該類方案的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率高，缺點(diǎn)是發(fā)射功率低，系統(tǒng)體積大，能耗髙，適用于地面短距離高速通信方面，較難用于遠(yuǎn)距離通信。另一種太赫茲通信鏈路是與微波無線鏈路類似的全固態(tài)電子鏈路，利用混頻器將基帶或中頻調(diào)制信號(hào)上變頻搬頻到太赫茲頻段，該類方案釆用全電子學(xué)的鏈路器件，優(yōu)點(diǎn)是射頻前端易集成和小型化，功耗較低，缺點(diǎn)是發(fā)射功率和工作能效也較低。目前制約太赫茲無線通信系統(tǒng)投入商業(yè)使用的最主要的因素是商用太赫茲射頻器件的短缺，由于相比5G的毫米波，太赫茲的共工作頻段更高也更寬，對(duì)無線射頻器件如混頻器，本振源，倍頻器，濾波器等的設(shè)計(jì)和加工都有很苛刻的要求，太赫茲通信系統(tǒng)的搭建也比4G和5G通信系統(tǒng)的搭建也困難數(shù)倍。6.3太赫茲天線技術(shù)太赫茲天線由于工作頻段極高，所對(duì)應(yīng)的輻射單元物理尺寸極小。O.ITHZ標(biāo)準(zhǔn)偶極子天線的長(zhǎng)度大概在1.5mm左右。因此太赫茲天線的加工和制作有很高的難度，這極大的限制了可使用的太赫茲天線的形式。然而由于太赫茲頻段的電磁波在空氣中衰減要比毫米波大上許多，太赫茲通信需要高天線增益來補(bǔ)償極大的信號(hào)傳輸損耗，因此高增益的太赫茲天線設(shè)備至關(guān)重要。當(dāng)前成熟太赫茲射頻器件的缺乏讓太赫茲通信系統(tǒng)對(duì)天線增益的需求更加嚴(yán)重，現(xiàn)階段由于太赫茲陣列天線技術(shù)不成熟，反射面天線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高增益太赫茲天線的主要手段，然而這種技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)靈活的波束成形，限制了太赫茲頻段下多用戶復(fù)雜通信的實(shí)現(xiàn)。因此需要相控陣列天線增大太赫茲天線靈活性。然而，目前太赫茲相控陣列天線的技術(shù)突破有限，仍需要在材料、器件等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)攻關(guān)。6G太赫茲無線平臺(tái)新波形的研究LTE和5GNR采用CP-OFDM和DFT-S-OFDM作為上行/下行鏈路的波形。 與LTE和5GNR空口技術(shù)相比，太赫茲通信具有豐富的頻譜資源，擁有超大帶寬的資源優(yōu)勢(shì)，但是現(xiàn)階段太赫茲通信也面臨著一些挑戰(zhàn)，包括：器件功耗大、采樣帶寬受限、PA非線性大效率低、相位噪聲高、路損大等。為了克服這些挑戰(zhàn)，太赫茲通信除了依賴于髙頻器件的研究發(fā)展及性能提升之外，也需要通過空口技術(shù)的有效設(shè)計(jì)來保證和實(shí)現(xiàn)。因此，太赫茲通信的空口技術(shù)在設(shè)計(jì)基帶波形、幀結(jié)構(gòu)和參數(shù)集、調(diào)制編碼、波束管理等技術(shù)時(shí)要綜合考慮硬件鏈路的非理性特性。未來空口設(shè)計(jì)方案需要具有多種能力和特點(diǎn)才能適配6G太赫茲通信的技術(shù)特征和優(yōu)勢(shì)，如頻譜和帶寬資源的動(dòng)態(tài)配置、波束接入的智能管理，以及髙低頻、空天地多維度、宏觀到微觀多尺度的空口協(xié)同和信息融合等。該技術(shù)研究仍處于探索起步階段，技術(shù)路線尚不明確，需要產(chǎn)業(yè)界共同參與研究，并積極探討，逐步理清未來太赫茲通信空口技術(shù)路線和發(fā)展方向。7.1候選太赫茲新波形研究基于現(xiàn)有的LTE和5GNRDFT-S-OFDM波形，綜合太赫茲場(chǎng)景面臨的路徑損耗大、相位噪聲高、功率放大器效率低等問題需要一種太赫茲信號(hào)候選新波形。為一種太赫茲信號(hào)候選新波形時(shí)域數(shù)據(jù)的基本符號(hào)結(jié)構(gòu)，該圖中給出了一個(gè)參考信號(hào)符號(hào)(RS,ReferenCeSymbOI)和兩個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)(Datal,Data2),其余符號(hào)用省略號(hào)表示。每個(gè)符號(hào)的長(zhǎng)度為一個(gè)DFT操作的時(shí)域長(zhǎng)度，即符號(hào)長(zhǎng)度為子載波間隔的倒數(shù)。數(shù)據(jù)符號(hào)內(nèi)的時(shí)域數(shù)據(jù)主要有數(shù)據(jù)Data和首尾插入序列(S2,SI)兩部分組成。相鄰數(shù)據(jù)符號(hào)的尾部插入序列(SI)是相同的，這樣，前一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的尾部插入序列就可以看作是后一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的循環(huán)前綴，可以抵抗無線信道的多徑時(shí)延干擾。相鄰數(shù)據(jù)符號(hào)的首部插入序列(S2)也是相同的，這樣數(shù)據(jù)符號(hào)在過采樣之后，可以減少數(shù)據(jù)部分對(duì)尾部插入序列的干擾，以保證過采樣之后，相鄰數(shù)據(jù)符號(hào)的尾部部分仍然是相同的。首部和尾部插入序列是接收端已知的參考信號(hào)序列，可以用來做相位噪聲估計(jì)、頻偏糾正、輔助信道估計(jì)和輔助同步等。同時(shí)也設(shè)計(jì)該首部和尾部插入序列來自于參考信號(hào)符號(hào)時(shí)域數(shù)據(jù)的首部和尾部序列，這樣也保證了參考信號(hào)符號(hào)的尾部序列可以看作是后一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的循環(huán)前綴。該基本符號(hào)結(jié)構(gòu)可以節(jié)省額外CP的開銷，而且，隨著無線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展大小的變化，尾部插入序列的長(zhǎng)度也可以變化，相當(dāng)于改變了循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，這樣可以靈活地自適應(yīng)多徑時(shí)延擴(kuò)展大小的變化，進(jìn)一步提升頻譜效率。例如，當(dāng)無線信道多徑時(shí)延量變小時(shí)，尾部插入序列的長(zhǎng)度就可以變短，在保持符號(hào)長(zhǎng)度不變的情況下（即保持子載波間隔不變），數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度就可以變長(zhǎng)，這樣就可以提升頻譜效率。未來6G將包含比5G更多和更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求也不相同。對(duì)于一些特殊應(yīng)用場(chǎng)景，為了保證好的性能，增強(qiáng)空口波形設(shè)計(jì)是非常重要的。目前，沒有任何一種單一的空口波形方案可以滿足6G各種不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。比如，對(duì)于太赫茲場(chǎng)景，為了克服一些挑戰(zhàn)，單載波類型的增強(qiáng)波形可能是一個(gè)好的選擇；對(duì)于室內(nèi)熱點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景，其需求包括：更高的速率、更大的容量和靈活的用戶調(diào)度等，為了滿足這些需求，基于OFDM多載波類型的增強(qiáng)波形可能是一個(gè)好的選擇；對(duì)于髙多普勒頻移場(chǎng)景，基于OTFS類型的增強(qiáng)波形可能是一個(gè)好的選擇；等等。因此，設(shè)計(jì)多種波形類型的組合方案將可以滿足6G不同場(chǎng)景的需求。多種波形類型組合方案中，不同波形之間的靈活切換、配合及兼容性等問題也需要深入細(xì)化進(jìn)行研究。7.2新型調(diào)制方式研究低峰均比調(diào)制方式也是太赫茲通信空口技術(shù)需要重點(diǎn)研究的方向。目前業(yè)界提出了一些低峰均比調(diào)制方案包括FDSS+pi/2BPSK,8-BPSK和CPM等，這些方案雖然峰均比很低，但是解調(diào)性能會(huì)有一點(diǎn)損失。因此仍然需要進(jìn)一步研究峰均比低且解調(diào)性能又好的新型調(diào)制方式。太赫茲通信相位噪聲很高，雖然接收端能夠補(bǔ)償大部分相噪，但殘留相噪仍然會(huì)影響性能。因此也需要為太赫茲通信設(shè)計(jì)能很好抑制相噪的新型調(diào)制方式。由于相位噪聲與AWGN有不同的特性，因此也需要研究新型的解調(diào)算法以保證好的解調(diào)性能。另外，為了滿足6G爆發(fā)式增長(zhǎng)的容量需求，提高頻譜效率也是非常重要的。一些高頻譜效率的調(diào)制技術(shù)，比如FTN(faster-than-Nyquist)和SEFDM(SPeCtrallyefficientfrequencydivisionπιultiPleXing),已經(jīng)提岀了好幾年，這些調(diào)制技術(shù)也是值得進(jìn)一步深入研究的。7.3波束管理研究相對(duì)于傳統(tǒng)移動(dòng)通信頻段，太赫茲頻段的路損衰減很大。然而，得益于太赫茲頻段單位面積可以容納更多天線的特點(diǎn)，可以通過波束的方式來克服路損衰減大的不利因素。波束管理主要分為如下關(guān)鍵技術(shù)：波束訓(xùn)練：太赫茲波束數(shù)目多，主要解決的問題是如何以較低的訓(xùn)練開銷、延遲及復(fù)雜度，快速找到滿足傳輸條件的波束鏈路，解決方案可考慮如何充分利用空域的稀疏性。波束跟蹤：太赫茲波束窄，容易發(fā)生切換，主要解決的問題是隨著終端的移動(dòng)，準(zhǔn)確快速地對(duì)使用的波束鏈路進(jìn)行調(diào)整、切換，解決方案可考慮與人工智能結(jié)合。波束恢復(fù)：太赫茲信號(hào)繞射能力弱，容易發(fā)生阻塞，主要解決的問題是當(dāng)原有波束鏈路失效時(shí)，收發(fā)可以快速重建新的波束鏈路進(jìn)行通信，解決方案可考慮多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作傳輸。86G核心技術(shù)研究的未來展望綜合前文所描述的6G無線通信的構(gòu)想和研究成果，目前國內(nèi)外作為6G候選技術(shù)的主要研究方向有：太赫茲通信技術(shù)，利用遠(yuǎn)超現(xiàn)階段4G和5G的頻譜資源可以實(shí)現(xiàn)超大容量的通信速率，相關(guān)研究單位有日本OSaka大學(xué)、我國電子科技大學(xué)，中國物理工程研究院、廣東省新一代通信與網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院等；OAM軌道角動(dòng)量技術(shù)，利用OAM模內(nèi)在的正交性提升信道容量，相關(guān)研究單位有日本NTT,我國清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等；高效建模和傳輸理論，智能反射表面等新型天線技術(shù)提升信道容量和頻譜利用率，相關(guān)研究單位有新加坡國立大學(xué)，華南理工大學(xué)等；適用6G無線網(wǎng)絡(luò)的信道模型和仿真技術(shù)，相關(guān)研究單元有北京交通大學(xué)、廣東省新一代通信與網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院、北京郵電大學(xué)、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司。8.1空天地一體化經(jīng)過近40年的發(fā)展，地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力、髙數(shù)據(jù)傳輸速率、低時(shí)延、城郊低成本覆蓋以及支持海量連接等優(yōu)勢(shì)，在人口相對(duì)聚集的地區(qū)可以有效提升社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的數(shù)字化程度。但是在偏遠(yuǎn)地區(qū)的地面網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)困難，成本髙昂，且地面網(wǎng)絡(luò)會(huì)受到地形和地理災(zāi)害限制。非地面網(wǎng)絡(luò)可以突破地表限制，實(shí)現(xiàn)全球全域的無線覆蓋和大時(shí)空尺度的快速通信服務(wù)。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有天然的廣播特性，覆蓋范圍內(nèi)的鏈路損耗與時(shí)延相對(duì)一致，避免了地面移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的“遠(yuǎn)近”效應(yīng)，用戶具有相近的體驗(yàn)速率。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，非地面網(wǎng)絡(luò)具有比地面網(wǎng)絡(luò)更低的覆蓋成本與容量成本。但其傳播時(shí)延高，并且無法完成深度覆蓋和城區(qū)容量承載。與傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)相比，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)涉及多個(gè)通信系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)繁多復(fù)雜；且部分接入節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的移動(dòng)性，如低軌衛(wèi)星的過頂時(shí)間只有幾到幾十分鐘，因此需要低時(shí)延、高效率、健壯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和靈活的功能節(jié)點(diǎn)部署方案以應(yīng)對(duì)接入節(jié)點(diǎn)的頻繁切換。同時(shí)由于多個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)營者不同，因此需要設(shè)計(jì)安全、可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)接口，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的深度、安全融合。從研究和解決問題角度，預(yù)計(jì)未來行業(yè)可能在以下幾個(gè)方面開展研究：通信設(shè)備：適應(yīng)空天地海復(fù)雜的通信環(huán)境、支持多頻多模；小型化、輕量化、高能效的設(shè)備研發(fā)；便攜、高能效、綠色集約的終端等；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與功能重構(gòu)、以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境和功能要求等。空口與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)：真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)，釆用統(tǒng)一的空口技術(shù)體制、資源共享，包括：動(dòng)態(tài)頻率共享與干擾消除、天線與射頻、智能接入與移動(dòng)性管理、抗高時(shí)延、高多普勒頻移等關(guān)鍵技術(shù)、跨域資源管理、實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)調(diào)度與編排等。8.2太赫茲通信技術(shù)太赫茲通信可支持超大帶寬超高速率通信傳輸，但太赫茲通信頻段的路徑損耗較大，且穿透和繞射能力較差,易被建筑物和物體遮擋。因此太赫茲通信具有大帶寬、超高速、短距、安全等應(yīng)用特點(diǎn)，未來有望應(yīng)用于無線回傳/光纖替代、無線局域網(wǎng)/個(gè)域網(wǎng)、無線數(shù)據(jù)中心和安全接入多種地面超高速通信場(chǎng)景，也可以通過搭載衛(wèi)星、無人機(jī)、飛艇等天基平臺(tái)和空基平臺(tái)實(shí)現(xiàn)空天地海多維度一體化通信，與微納技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于從宏觀到微觀的多尺度通信。面向未來應(yīng)用，太赫茲通信技術(shù)目前需要研究和發(fā)展推進(jìn)的工作方向主要包括：（1） 太赫茲關(guān)鍵器件更髙功率和效率的突破，從分立元器件研制向低成本小型化集成化的進(jìn)化等；（2） 多種6G通信應(yīng)用場(chǎng)景下的太赫茲傳播特性和信道建模研究；（3） 太赫茲通信空口技術(shù)，未來太赫茲通信空口技術(shù)的架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該具有足夠的靈活性，可以支持頻譜和帶寬資源的動(dòng)態(tài)配置、波束接入的智能管理，以及高低頻、空天地多維度、宏觀到微觀多尺度的空口協(xié)同和信息融合，支持覆蓋多種太赫茲通信應(yīng)用場(chǎng)景。太赫茲不同應(yīng)用場(chǎng)景類型對(duì)太赫茲通信系統(tǒng)的功能和性能要求不同，技術(shù)成熟度不同，標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)度也存在較大差異，從目前產(chǎn)業(yè)界的進(jìn)展來看，預(yù)計(jì)太赫茲通信的行業(yè)研究可分為三個(gè)階段：第一階段（2020-2025年），行業(yè)研究主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)太赫茲關(guān)鍵器件的小型化集成化與低成本，并且實(shí)現(xiàn)更高功率和效率的提升，突破太赫茲通信應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，并且開始探索研究6G通信應(yīng)用場(chǎng)景下的太赫茲傳播特性和信道建模研究與空口設(shè)計(jì)；第二階段（2025~2028年），太赫茲通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)；第三階段（2028年以后），太赫茲通信技術(shù)的試點(diǎn)應(yīng)用，并逐步推動(dòng)規(guī)模化落地商用。盡管現(xiàn)階段太赫茲通信的發(fā)展面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，但隨著相關(guān)技術(shù)的不斷突破和高頻太赫茲器件產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，太赫茲將憑借其豐富的頻率帶寬資源等天然優(yōu)勢(shì),與其他低頻段網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)，廣泛應(yīng)用于多維度多尺度通信場(chǎng)景，做為未來6G通信的重要支撐技術(shù)，成為未來社會(huì)信息融合聯(lián)接的重要組成部分。&3電磁波軌道角動(dòng)量技術(shù)針對(duì)新一代通信系統(tǒng)的高帶寬、高速率的特點(diǎn)，電磁波軌道角動(dòng)量（OAM）作為無線傳輸?shù)囊环N新物理維度，利用OAM模態(tài)之間的正交性，能夠有效的提升無線通信系統(tǒng)的頻譜效率、傳輸容量和抗干擾能力，具有良好應(yīng)用前景。雖然OAM在無線通信領(lǐng)域有巨大潛力，但是目前我國電磁波OAM研究與應(yīng)用還處于起步探索階段。電磁波OAM分為量子態(tài)和統(tǒng)計(jì)態(tài)波束2種應(yīng)用方式。量子態(tài)OAM電磁波中每個(gè)微波量子均具有軌道角動(dòng)量，發(fā)射和接收都需要用量子產(chǎn)生和接收裝置；統(tǒng)計(jì)態(tài)波束則只強(qiáng)調(diào)波束整體對(duì)傳播主軸的角動(dòng)量，渦旋波束是最為典型的代表，收發(fā)可用專用天線或天線陣實(shí)現(xiàn)。目前OAM量子態(tài)僅在光OAM傳輸中得以實(shí)現(xiàn)，微波量子頻段仍在研究中，技術(shù)成熟尚待時(shí)日。所以，就成熟度而言，當(dāng)前主要依托的仍是具有OAM的渦