太赫兹通信感知一体化波形：现状与展望.docx

### 太赫兹通信感知一体化波形：现状与展望 #### 一、引言与背景 太赫兹电磁波，其频段范围为0.1~10THz，因其独特的穿透性、低能性、瞬态性、“指纹”谱、宽带性等特点，被视为6G通信的关键频段之一。这些特性使得太赫兹电磁波不仅能够在自动驾驶等场景中实现超大带宽、超低时延的通信能力，还能凭借其较短的波长和小型化潜力在物联网领域发挥作用，并且结合超大规模天线技术后还能够提供高分辨率的距离、速度和角度测量能力，在感知方面展现出巨大的潜力。 #### 二、通信感知一体化技术概览 随着6G技术的发展，IMT2030(6G)推进组已经将通信感知一体化技术视为未来6G的关键技术之一。这一技术的核心在于它能够在保证高速率通信的同时实现高精度的感知，这对于推动机器通信、沉浸式业务等领域的进步至关重要。太赫兹电磁波因其独特的性能，成为实现通信感知一体化的理想选择之一，这也引发了业界对该领域的极大关注。 #### 三、应用场景与需求 太赫兹通信感知一体化技术的应用场景广泛且多样。在高度移动的太赫兹通信环境中，波束对准与跟踪变得非常困难，而利用感知信息可以显著加快这一过程，提高通信性能。该技术可以帮助催生新的业务模式，比如在物理空间与数字空间高度融合的场景中，同时需要进行精确的物理空间感知和高效的数据通信。通过硬件复用实现通信与感知功能的整合，可以有效降低设备成本，提高成本效益。 #### 四、波形设计挑战与解决方案 太赫兹通信感知一体化波形设计面临多个挑战： 1. **多样化场景需求**：不同应用场景对感知与通信的要求差异巨大，需要设计出灵活且可重构的波形来满足这些需求。 2. **信号特性矛盾**：通信信号的随机性和感知信号所需的强自相关性之间存在冲突，一体化波形设计需要在两者之间找到平衡点。 3. **多层协议匹配**：一体化信号设计还需要与数据链路层、网络层的调度机制相匹配，以支持多节点组网。 针对上述挑战，当前的研究主要集中在以下几个方面： - **基于通信波形的设计**：这类设计侧重于利用现有的通信波形（如OFDM、F-OFDM等），通过优化调制方式、发射功率和带宽等参数来实现通信感知的一体化。设计过程中需要特别注意的是峰值平均功率比(PAPR)，因为高PAPR可能导致功率放大器的非线性失真问题。 - **功率放大器补偿**：由于太赫兹信号对功率放大器的性能要求较高，因此如何有效地补偿功率放大器的非线性效应成为了关键的技术难题之一。 - **相位噪声抑制**：太赫兹频段的相位噪声问题尤为突出，这对信号的相位稳定性和准确性构成了挑战。研究者们正在探索有效的相位噪声抑制技术，以确保信号质量。 #### 五、未来展望 面对未来的挑战和发展趋势，太赫兹通信感知一体化技术仍需进一步深入研究。一方面，需要开发更加灵活和智能的波形设计方法，以应对多样化应用场景的需求；另一方面，还需继续优化硬件架构和技术方案，以提高系统的整体性能。此外，随着5G向6G的演进，通信感知一体化技术有望在自动驾驶、远程医疗、智慧城市等领域发挥更加重要的作用，为人们的生活带来革命性的改变。