助力 6G 移动通信,中国科大提出拍赫兹通信新框架

2021-12-20 15:36IT之家 (汪淼)

IT之家 12 月 20 日消息,据中国科学技术大学消息,12 月 17 日,中国科学技术大学徐正元教授联合其博士后研究员刘伟杰博士和清华大学王昭诚教授以及英国南开普敦大学 Lajos Hanzo 教授,在国际学术期刊《数字通信与网络(英文)》上发表了“拍赫兹通信:用于无线通信的光谱融合”的研究成果,为第六代(6G)移动通信提供了新思路

目前,第五代(5G)移动通信已进入商用化部署,各国纷纷瞄准未来 6G 移动通信展开研究工作,力图抢占技术快车道。为了实现全频谱和空间全覆盖的终极目标,有必要梳理人类所有可用的无线通信频段,在排除具有强辐射且对人体有害的 X 光波段以及太赫兹(Terahertz)频段之后,拍赫兹(Petahertz)频段成为仅剩的可用通信频谱资源

▲ 拍赫兹频谱及其相邻的太赫兹和 X 光谱

近年来,针对特定应用场景,学术界和产业界曾尝试以多种光波作为信息载体的无线光通信(OWC)技术,包括基于照明 LED 的可见光通信(VLC)、室内红外光通信(IRC)、车载紫外光通信(UVC)、空间激光通信(FSOC)、光保真(LiFi)、水下蓝绿光通信等。

上述技术仅使用拍赫兹频段内的碎片化频谱,严重制约了通信网络全局资源优化性能,也不能很好地适应多种应用环境和不同类型终端,甚至无法满足用户特殊的信息安全和抗干扰要求,比如 VLC 往往还要借助于 IRC 或 WiFi 技术来实现网络双向通信和区域覆盖功能,不可避免带来信息泄露和视觉干扰。

拍赫兹通信拥有超大带宽和超高空间分辨能力,能兼容匹配多种形态的新型移动终端和空-天-地-海的全空间应用场景,比如室内超大带宽互联、高精度定位、大规模工业机器通信、车联网、水下物联网、空间互联网等等,满足人-机-物互通互联。

▲ 全空间拍赫兹通信场景

论文首次提出了拍赫兹通信新体系框架,突破了传统肉眼视觉的光谱分段方法,有机融合红外光、可见光和紫外光多段频谱,实现拍赫兹全频段的有效开发利用。

通过频谱感知智能选择波长与空间通道,揭示了全频段信号传输特性和环境噪声影响,展现了拍赫兹通信在室内、室外和水下等全空间场景下的通信距离和数据速率性能极限,比如室内速率高达几十太比特每秒(Tbps)、水下距离远至 500 米,并挖掘了拍赫兹载波潜在的偏振和角动量维度特征以用于信号调制与复用,能实现通信链路和网络的灵活智能配置,服务于全息通信等新型高速业务与应用。

▲ 拍赫兹通信在典型场景下的通信速率与距离性能

(A: 室内多种发射功率和光束角下的性能,B: 水下三种类型水体和四种波长下的性能)

IT之家了解到,中国科学技术大学徐正元教授为论文第一作者,清华大学王昭诚教授为论文通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金委重点项目(61631018)、中科院前沿科学重点项目(QYZDY-SSW-JSC003)和先导专项(XDA22000000)支持。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.dcan.2021.08.001

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