太赫茲通信技術(shù)以其豐富的頻譜資源、高傳輸速率、強(qiáng)大的抗干擾能力以及易于實(shí)現(xiàn)的通信與感知一體化等顯著優(yōu)勢，預(yù)示著在通信領(lǐng)域的原創(chuàng)性機(jī)理和方法上的重大創(chuàng)新，在未來移動(dòng)通信、軍用通信和空間通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。在第二屆全國太赫茲通信技術(shù)論壇的分論壇“高頻通信應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展”上，NI亞太區(qū)無線通信研究經(jīng)理李燦分享了NI在6G研究、太赫茲通信方面的進(jìn)展。

NI亞太區(qū)無線通信研究經(jīng)理李燦

6G行業(yè)的三大發(fā)展方向

為了滿足未來通信系統(tǒng)對性能和需求的不斷增長，6G將引入一系列創(chuàng)新的技術(shù)。NI認(rèn)為以下關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)⑹峭苿?dòng)6G發(fā)展的使能因素。

1.新頻譜資源：新的頻譜資源上，5G時(shí)代的FR1和FR2頻段已經(jīng)得到了應(yīng)用。展望6G，會(huì)繼續(xù)探索7-24GHz的FR3頻段，以及擴(kuò)展到亞太赫茲頻段，以獲取更廣闊的頻譜資源，支持更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更豐富的服務(wù)。

2.新應(yīng)用領(lǐng)域：在應(yīng)用領(lǐng)域，我們看到了空天地一體化、通信感知一體化等明確的需求。這些應(yīng)用不僅將極大地?cái)U(kuò)展6G的應(yīng)用場景，也將推動(dòng)6G技術(shù)向更廣泛的領(lǐng)域滲透。

3.頻譜優(yōu)化：6G將進(jìn)一步擴(kuò)展MIMO技術(shù)的規(guī)模，采用超大規(guī)模的天線陣列，以實(shí)現(xiàn)更高效的頻譜利用和更強(qiáng)大的信號處理能力。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，將使6G網(wǎng)絡(luò)變得更加智能和自適應(yīng)。通過這些技術(shù)，6G將能夠?qū)崿F(xiàn)更精準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提供更加個(gè)性化和智能化的服務(wù)。

太赫茲研究的挑戰(zhàn)

在新頻譜的研究中，亞太赫茲（Sub-THz）即95-300GHz的頻譜范圍是一個(gè)關(guān)鍵的方向，目前，這一領(lǐng)域已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大興趣。

由于太赫茲波的傳播距離較短，因此增強(qiáng)了通信安全性，且在某些材料上具有較好的穿透能力，適用于成像。此外，太赫茲波光譜特性豐富的優(yōu)勢，有助于化學(xué)分析和生物檢測?；谝陨咸攸c(diǎn)，太赫茲在無線通信、醫(yī)療成像、安全檢測、雷達(dá)、通信和偵察等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。

NI在太赫茲方面重點(diǎn)關(guān)注如何更好地對與太赫茲相關(guān)的新技術(shù)、新器件、新系統(tǒng)進(jìn)行測試驗(yàn)證。

本次會(huì)議上，上海交通大學(xué)、曾益科技基于NI毫米波太赫茲平臺展出了2個(gè)重磅demo。

NI太赫茲解決方案

現(xiàn)場Demo展示

1  新一代6G太赫茲系統(tǒng)參考架構(gòu)

6G(亞)太赫茲參考架構(gòu)通過PXI矢量信號收發(fā)儀和Virginia Diodes（VDI）頻率擴(kuò)展模塊提供D波段測量能力。該解決方案支持發(fā)射和接收功率平坦度校準(zhǔn)、可提供高達(dá)4 GHz瞬時(shí)帶寬，支持FPGA協(xié)處理器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理，為配置6G(亞)太赫茲研究、原型設(shè)計(jì)和驗(yàn)證應(yīng)用提供了一個(gè)高水平的起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界通信系統(tǒng)的原型設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

系統(tǒng)特點(diǎn):

(亞)太赫茲 RFICs和設(shè)備RF 測量

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流&基于FPGA 的信號處理

(亞)太赫茲頻段系統(tǒng)級校準(zhǔn)和校正

系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

應(yīng)用示例

參數(shù)測試

設(shè)備系統(tǒng)的激勵(lì)響應(yīng)特性測試

波形研究 (連續(xù)波,多音信號,調(diào)制波)

信道測量

被測件(DUT)類型

功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、濾波器、數(shù)字可編程衰減器（DSA）、無線傳輸設(shè)備（OTA）

原型驗(yàn)證

基于FPGA協(xié)處理器的實(shí)時(shí)射頻數(shù)據(jù)鏈路

開放式FPGA用于自定義信號處理、編碼/解碼、濾波等功能

多通道配置

2 太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)

上海交通大學(xué)太赫茲通信感知一體化系統(tǒng)是基于NILabVIEW軟件平臺和NIPXIeFPGA硬件平臺，由通感一體化發(fā)射機(jī)、感知接收機(jī)、通信接收機(jī)組成。其中，發(fā)射模塊包括基帶發(fā)射處理、DAC、中頻模塊、本振源、上變頻器、發(fā)射天線等，接收模塊包括接收天線、下變頻器、本振源、中頻模塊、ADC、基帶接收處理等。基帶生成模擬信號后上變頻為中頻信號，該信號進(jìn)一步在上變頻器中與經(jīng)過12倍頻的本振信號混頻，生成太赫茲射頻信號，目前支持的太赫茲發(fā)射頻段包括140GHz和220GHz 。

圖1：系統(tǒng)原理圖

     圖2：系統(tǒng)照片

參數(shù)性能：

在調(diào)制波形配置方面，用戶可設(shè)置多種調(diào)制階數(shù)和編碼速率，包括1/5BPSK、1/4QPSK、1/2QPSK、3/4QPSK、1/216-QAM、3/416-QAM、7/816-QAM、3/464-QAM、7/864-QAM，測試波形采用循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用（CP-OFDM）信號，同時(shí)支持離散傅立葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用（DFT-s-OFDM）、正交時(shí)頻空（OTFS）、離散傅立葉變換擴(kuò)展正交時(shí)頻空（DFT-s-OTFS）等多種傳輸波形仿真。

在傳輸帶寬方面，系統(tǒng)可傳輸8個(gè)載波分量，總帶寬達(dá)到800MHz。每個(gè)分量由2048個(gè)子載波組成，包含1200個(gè)有效子載波，子載波間隔為75kHz。在通信接收機(jī)中，通過對導(dǎo)頻信號做ZF信道估計(jì)獲取信道頻率響應(yīng)，進(jìn)而對數(shù)據(jù)信號做MMSE信道均衡，可實(shí)現(xiàn)Gbps級的傳輸速率。在感知接收機(jī)中，對OFDM解調(diào)信號消除通信信息后采用DFT算法，可實(shí)現(xiàn)分米級的測距精度。