我國突破6G關(guān)鍵技術(shù)：“太赫茲”如何開啟未來

顏媛媛

我國突破6G關(guān)鍵技術(shù)

十年來，我國數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)跨越發(fā)展。移動通信技術(shù)從“3G 突破”“4G 同步”到“5G 引領(lǐng)”，4G 基站占全球一半以上，更建成全球規(guī)模最大的5G 網(wǎng)絡(luò)和光纖寬帶，對于6G，我國通信技術(shù)又會有怎樣的突破和布局呢？

中國航天科工二院二十五所（簡稱“25 所”）發(fā)布消息稱，近日，25 所在北京完成國內(nèi)首次太赫茲軌道角動量的實時無線傳輸通信實驗，利用高精度螺旋相位板天線在110GHz 頻段實現(xiàn)了4 種不同波束模態(tài)，通過4 模態(tài)合成在10GHz 的傳輸帶寬上完成100Gbps 無線實時傳輸，最大限度提升了帶寬利用率，為我國6G 通信技術(shù)發(fā)展提供重要保障和支撐。

上述實驗中的無線回傳技術(shù)和太赫茲通信均是6G 通信時的核心技術(shù)。

25 所方面介紹，未來，本次實驗成功的高速通信技術(shù)還可服務(wù)于10m～1km的近距離寬帶傳輸領(lǐng)域，為探月、探火著陸器和巡航器之間的高速傳輸，航天飛行器內(nèi)部的無纜總線傳輸?shù)群教祛I(lǐng)域應(yīng)用提供支撐，為我國深空探測、新型航天器研發(fā)提供信息保障能力。

無線回傳技術(shù)是移動回傳網(wǎng)絡(luò)中連接基站與核心網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。隨著通信速率需求的不斷提升，移動通信頻段被擴(kuò)展至毫米波和更高的太赫茲頻段，信號傳輸損耗大大增加，基站部署密度將大幅提升。在基站“高度致密化”的5G/6G 通信時代，傳統(tǒng)基于光纖的承載網(wǎng)傳輸將面臨成本高、部署周期長、靈活性差等問題，無線回傳技術(shù)將逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)研究報告指出，2023 年全球基站使用無線回傳的比例將高達(dá)62% 以上。

而太赫茲通信作為新型頻譜技術(shù)，可提供更大傳輸帶寬，滿足更高速率的傳輸需求，逐漸成為6G 通信關(guān)鍵技術(shù)之一。面向未來，6G 通信峰值速率將達(dá)到1Tbps，需要在已有頻譜資源下進(jìn)一步提高利用率，實現(xiàn)更高的無線傳輸能力。

“太赫茲”能用在什么地方

相比之前的5G 之于4G，6G 之于5G 的升級優(yōu)勢更為突出，堪稱跨越式革新，包括——

1）更高的速率，比5G 提升10 倍甚至100 倍（來源：《6G 白皮書》）；

2）更低的時延，可以實現(xiàn)微秒級的網(wǎng)絡(luò)延遲；

3）更廣的連接，首次實現(xiàn)全球無死角覆蓋，包括地面、衛(wèi)星和機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。

而6G 背后的大功臣——神奇的“太赫茲”，目前被視為“改變未來世界的十大技術(shù)之一”。

國際上通用的太赫茲波， 是一種頻率范圍0.1THz～10THz，波長范圍 3mm 到 30μm 的電磁輻射，具有波長短、頻率高、光子能量低、帶際寬，同時還比較安全的特點。

太赫茲波能夠毫無傷害地穿透非金屬材料，如木材、衣物、紙張、塑料、陶瓷等，另外還能捕捉到細(xì)微的瞬時形態(tài)。

同樣是電磁波技術(shù)，過去的微波，帶來了手機(jī)、移動互聯(lián)網(wǎng)等系列變革，太赫茲技術(shù)也有望在醫(yī)學(xué)、通信、材料、軍工、航空、汽車無人駕駛等領(lǐng)域掀起新一輪變革，甚至在垂直應(yīng)用的空間更為廣闊。

這次太赫茲通信實驗對于6G 通信應(yīng)用的意義更是深遠(yuǎn)——

1）高速率、頻譜利用率高

實驗利用高精度螺旋相位板天線在110GHz 頻段實現(xiàn)4 種不同波束模態(tài)，通過4 模態(tài)合成在10GHz 的傳輸帶寬上完成100Gbps 無線實時傳輸，頻譜資源利用率站上新高度。

2）方向性高、保密性強(qiáng)

太赫茲波在大氣中傳輸?shù)木钟蛐詮?qiáng)、方向性高、穿透性好，因此太赫茲通信難以被遠(yuǎn)距離偵察監(jiān)聽，適用于定向、高速率的保密通信。

3） 帶寬容量大，為AI 模型應(yīng)用提供海量數(shù)據(jù)

太赫茲波具有更高的載頻和帶寬，通信傳輸速率高、容量大，能為人工智能模型應(yīng)用源源不斷地提供高速、海量的數(shù)據(jù)支撐。

6G究竟離我們有多遠(yuǎn)

6G，即第六代移動通信技術(shù)，也稱第六代移動通信標(biāo)準(zhǔn)。與目前的5G 網(wǎng)絡(luò)對比，6G 的基本特征是帶寬更大、覆蓋面更廣、更智能，使用以毫米波、太赫茲為代表的新技術(shù)，下載速度理論上可達(dá)每秒1TB，6G 的傳輸能力理論上比5G 提升100 倍，網(wǎng)絡(luò)延遲也可能從毫秒降到微秒級。

除了傳輸能力顯著提升，6G 無線網(wǎng)絡(luò)不再困于地面，而將實現(xiàn)地面、衛(wèi)星和機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。據(jù)招商證券研報表示，超級無線寬帶、超大規(guī)模連接、極其可靠通信、普惠智能服務(wù)、通信感知融合是6G 通信五大應(yīng)用場景。

根據(jù)公開資料，推進(jìn)組6G 技術(shù)試驗分為三個階段：2022-2024 年是關(guān)鍵技術(shù)試驗階段，明確6G 主要技術(shù)方向，開展概念樣機(jī)試驗驗證，提升技術(shù)能力；2025-2026年是技術(shù)方案試驗階段，面向典型場景及性能指標(biāo)，研發(fā)6G 原型樣機(jī)，開展單站功能測試及性能驗證；2027-2030年是系統(tǒng)組網(wǎng)試驗階段，研發(fā)6G 預(yù)商用設(shè)備，開展6G 關(guān)鍵產(chǎn)品測試，全面驗證和優(yōu)化6G 能力。

根據(jù)業(yè)界共識，6G 或在2030 年正式商用。

全球開啟6G競速

中國信通院預(yù)測，到2040 年，6G 各類終端連接數(shù)相比2022 年增長超過30 倍，月均流量增長超過130 倍，最終為6G 帶來“千億級終端連接數(shù)，萬億級GB 月均流量”的廣闊市場發(fā)展空間。

研究機(jī)構(gòu)Market Research Future 預(yù)計，2040 年全球6G 市場規(guī)模超過3400 億美元，其間復(fù)合年均增長率將達(dá)58.1%。該機(jī)構(gòu)認(rèn)為，中國將是全球最大的6G 市場之一，全球有近50% 的6G 專利申請來自中國，位居第一。

早在我國5G 開始建設(shè)時，6G 的相關(guān)研究就已經(jīng)進(jìn)行布局了——2018 年，時任工信部部長苗圩就公開表示中國已經(jīng)著手研究6G。

2019 年，華為被爆出在加拿大渥太華的實驗室已經(jīng)開始進(jìn)行6G 網(wǎng)絡(luò)研究；2019 年11 月科技部會同發(fā)展改革委、教育部、工業(yè)和信息化部、中科院、自然科學(xué)基金委在北京組織召開6G 技術(shù)研發(fā)工作啟動會；2020 年5 月，中國聯(lián)通、中興通訊聯(lián)合宣布，雙方已簽署6G 聯(lián)合戰(zhàn)略合作協(xié)議；中國在“十四五”規(guī)劃綱要（2021 年3 月11 日通過）中明確提出，要前瞻布局6G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)儲備，先后成立國家6G 技術(shù)研發(fā)推進(jìn)工作組和總體專家組、IMT-2030（6G）推進(jìn)組，推進(jìn)6G 各項工作……

除了中國外，全球主要國家均已開始6G 相關(guān)研究，歐美日韓等國不斷加大6G 研發(fā)力度，通過組建研究小組、建設(shè)公共研究設(shè)施、增設(shè)6G 研究項目等方式，如成立美國Next G 聯(lián)盟、歐盟6G-IA、日本B5G 推進(jìn)聯(lián)盟、“6G研發(fā)戰(zhàn)略委員會”等組織。

全球傳統(tǒng)通信企業(yè)也在進(jìn)一步加大6G 研發(fā)投入力度，爭奪6G 主導(dǎo)權(quán)，如2022 年10 月三星電子宣布在英國倫敦的三星研究院（SRUK）成立“6G 研究小組”，專注于開發(fā)6G 網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備技術(shù)。愛立信在今年2 月發(fā)布最新報告稱，其6G 發(fā)展第二階段的旗艦研究項目Hexa-X- Ⅱ于2023 年1 月啟動，并將持續(xù)到2025 年6 月。該項目側(cè)重于系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化前期工作。

一場圍繞6G 的競爭，已悄然展開……