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中国航天科工二院 6G 通信技术研发取得重要突破，哪些 ...

2023-4-20 10:02| 发布者: wanhu| 查看: 123| 评论: 5

摘要: 财联社4月19日电，从中国航天科工二院获悉，近日，二院25所在北京完成国内首次太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，利用高精度螺旋相位板天线在110GHz频段实现4种不同波束模态，通过4模态合成在10GHz的传输带宽 ...

财联社4月19日电，从中国航天科工二院获悉，近日，二院25所在北京完成国内首次太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，利用高精度螺旋相位板天线在110GHz频段实现4种不同波束模态，通过4模态合成在10GHz的传输带宽上完成100Gbps无线实时传输，最大限度提升了带宽利用率，为我国6G通信技术发展提供重要保障和支撑。

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奢侈品回收 2023-4-20 10:05 引用

这表述，一个字形容：高！把我一通信科班的看的一脸懵逼，来，我们说人话（在文末），先稍微解释下：太赫兹：频率从100 GHz到1000 GHz，毫米波之外（30-300 GHz），而现在民用的4G无线通信频段大概在 2GHz 左右（不同运营商稍微有点出入）轨道角动量：电磁波除了幅度、相位、频率之外，还有轨道角动量特征（Orbital Angular Momentum，OAM），就是电子绕传播轴旋转，是由能量流（由坡印廷矢量描述）围绕光轴旋转而产生的，它使电磁波的相位波前呈涡旋状，因此，携带有轨道角动量的电磁波也被称为涡旋电磁波。以前同一频率相互干扰，但现在，只要轨道角动量不同，同一频率也不会有干扰。

1992年，Allen[1] 等人证实了 OAM 的存在，人们由此开始探讨轨道角动量的应用。最初对 OAM 的应用主要在光通信领域。2014年，在维也纳实现了携带OAM 的光波在自由空间中的 3km 传输，其误码率小于1.7%[2].2007年，瑞典空间物理研究所 Thidé B[3] 教授等人提出将光子 OAM 应用于低频，通过仿真验证了可以使用相控阵列天线产生涡旋电磁波，开创了将 OAM 应用于无线通信中的先河，提出了将涡旋电磁波用于扩大无线通信容量的设想。Mohammadi S M 等人[4]利用相控阵列天线产生了涡旋电磁波，并在 29.98MHz 处进行了实验，并且提出：当圆形阵列天线直径越大时，波瓣图中两个对称主瓣之间的夹角减小，图案变得更加准直，并且旁瓣数量增加，由于旁瓣的角度比主瓣宽的多，所以它们不会沿着波束轴被检测到，但是旁瓣的增加会导致能量的分散，因此可以通过合理设计天线直径来控制 OAM 传播的方向性。什么是 OAM 复用技术？将不同的信息编码到不同的轨道角动量状态上，然后在一个共享的传输信道中进行传输。这也是目前 OAM 应用于无线通信的主要研究方向。2011年，意大利帕多瓦大学学者 Fabrizio Tamburini 等人采用螺旋抛物面天线和八木天线在 2.4GHz 频点实现了对电磁波 OAM 的产生与测量，在442米的威尼斯湖面上实现了涡旋电磁波的传输[5]。文献[6]利用不同状态的 OAM 进行复用传输，可达到32Gbit/s 的传输速率和 16bit/s/Hz 的频谱效率。

在光纤通信领域，由于现网中广泛使用的是单模光纤传输，而传统单模光纤支持的传输模式必须是基模（最低阶模），具有螺旋相位的涡旋波在单模光纤中传输会退化成平面波，目前只能依赖特殊光纤来传输 OAM 信号。2013年，Alan E. Willner 团队利用特殊设计的光纤来传输 OAM 光束，实现了1.6 Tbit/s 的光信息传输，传输光纤长为1.1km[7]。但是特殊光纤的设计、制作成本较高，不利于推广使用，也不利于与现有网络进一步融合。因此，也无法商用。

什么是相控阵天线？流浪地球2中的那个月球爆炸原理就是借用这个的，专业点描述是：相控阵天线（Phased Array Antenna）是一种具有多个天线元件并通过调整每个元件的相位来控制辐射波束指向的天线系统。相控阵天线可以在无需物理移动天线结构的情况下，迅速改变波束指向，实现对多个目标的跟踪和控制，在雷达、通信、导航等领域有着广泛的应用。高精度螺旋相位板天线：就是某种型号的相控阵天线在110GHz频段实现4种不同波束模态：这个也好理解，不解释了通过4模态合成在10GHz的传输带宽上完成100Gbps无线实时传输：“10GHz传输带宽”- 比如 100-110GHz频段或者90-100GHz频段都行；“4模态合成”- 认为是相控阵天线产生的不同形态的波束以某种方式糅合；“100Gbps无线实时传输” - 也好理解，毕竟11年意大利在无线通信上就达成了32G，在光纤通信中甚至为1T.那么问题来了：为什么不说传输了多远呢？哈哈，我想笑。这么高的频段，难不成还能搞个空地通信？！低频段，频谱资源紧张，容量有极限；高频段，频谱资源丰富，但波长短，即使你天线波束再精准，放大器效率再高、接收器噪声再低、天线增益再高，还想上天不成。另外，几十、上百米口径的天线要安装在哪？回答这个问题，也是因为被新闻中的表述惊到了，又是“轨道”、又是“航天”，又是“重大”，好怕错过了啥革命性的新技术，特地查了下，虚惊一场，下面是好早之前的一篇回答。为什么之前很火的的 5G 技术如今似乎关注度降低了？参考文献：[1]Allen L, Beijersbergen M W, Spreeuw R J, et al. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes.[J]. Physical Review A Atomic Molecular & Optical Physics, 1992, 45(11):8185.[2]Krenn M, Fickler R, Fink M, et al. Communication with spatially modulated Light through turbulent Air across Vienna[J]. New Journal of Physics, 2014, 16.[3]Thidé B，Then H，Sj holm J，et al． Utilization of photon or bital angular momentum in the low -frequency radio domain.[J].Physical Review Letters,2007,99(8):87-91.[4]Mohammadi S M, Daldorff L K S, Bergman J E S, et al. Orbital Angular Momentum in Radio—A System Study[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation, 2010, 58(2):565-572.[5]Fabrizio Tamburini, Elettra Mari, Anna Sponselli, et al. Encoding many channels in the same frequency through radio vorticity: first experimental test[J]. New Journal of Physics, 2011, 14(3):811-815.[6]Zhao Z, Yan Y, Li L, et al. A dual-channel 60 GHz communications link using patch antenna arrays to generate data-carrying orbital-angular-momentum beams[C]// IEEE International Conference on Communications. IEEE, 2016:1-6.[7]Nenad Bozinovic, Siddharth Ramachandran. Terabit-scale orbital angular momentum mode division multiplexing in fibers.[J]. Science (New York, N.Y.), 2013, 340(6140):1545-8.
奢侈品回收 2023-4-20 10:04 引用

从中国航天科工二院获悉，近日，二院25所在北京完成国内首次太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，利用高精度螺旋相位板天线在110GHz频段实现4种不同波束模态，通过4模态合成在10GHz的传输带宽上完成100Gbps无线实时传输，最大限度提升了带宽利用率，为我国6G通信技术发展提供重要保障和支撑。这段话就是经典的「汉字我都认识，连在一起不知道啥意思」。虽然我学过通信原理和信号处理，但大部分内容都已经还给老师了…先吐槽一下记者的中英文混用。太赫兹为啥不写成 THz，明明后面也用了 GHz，或者你就统一一下，把 GHz 写成「千兆赫兹」，Gbps 写成「千兆比特每秒」啊…我让 GPT-4 用我能听懂的话解释了一些名词（如果内容有错漏请指出）：太赫兹（THz）：太赫兹是一种电磁波频率单位，常用于无线通信和其他科学领域。轨道角动量[1]（Orbital Angular Momentum，简称OAM）：一种光子的物理性质，可用于提高无线通信的传输容量。螺旋相位板天线[2]：一种特殊的天线，能产生具有轨道角动量的电磁波。波束模态[3]：描述电磁波的形状和传播特性的数学模型。100Gbps：一种传输速率，表示每秒可以传输100千亿位数据。然后再改写一下新闻：为了进一步提高通信速度，研究人员采用了一种名为轨道角动量（OAM）的技术。轨道角动量是一种特殊的电磁波属性，可以让多个信号同时在同一频段传输，从而大大提高数据传输速度。
为了实现这个目标，研究人员使用了一种特殊的天线，叫做螺旋相位板天线。这种天线可以在110GHz的频率范围内产生4种不同形状的电磁波。这些不同形状的电磁波可以同时传输数据，类似于在同一时间里开了4条数据传输的「车道」。
通过将这4种电磁波组合在一起，研究人员实现了10GHz的传输带宽。传输带宽是衡量通信系统在单位时间内传输数据的能力，这里的10GHz传输带宽意味着该系统具有很高的数据传输速度。
最终，这个实验成功地完成了每秒传输100千亿位数据的无线实时传输。这一速度远远超过了现有的5G网络，为未来6G网络的高速数据传输提供了可能性。受 5G 的部署和实际体验影响，大家对 6G 的看法不一，但总的来说，研究肯定还是要鼓励的。在讨论 AI 发展的时候，我们会说早在禁游戏的时候就把后续的显卡和 AI 科技树堵死了，怎么到 6G 这边，又在说这些研究无用了。今年两会的时候，工信部长就表示「中国在 5G 方面已是世界前列，正在加快 6G 研发」[4]：“研”就是研发，要进一步发挥好政府、企业、研究机构的作用，我们正在总结推广5G经验，组建了IMT-2030(6G)推进组，已经在开展工作了，接下来，我们要继续产学研用集中发力，加强国际合作，加快6G的研发。去年 7 月，IMT-2030(6G) 还发布了《6G典型场景和关键能力》白皮书。国外也没有放松对 6G 的研究，甚至都开始提出 7G 的规划了。

Projection of 5G/6G Technology (Courtesy of Navixy)

在这个阶段，我们还是不要放松，毕竟谁会嫌网速快呢？随着科技的全面进步，不久之后，8k 120Hz 的流媒体也不是没有可能，承载这样的数据流量，自然需要更高的带宽和速度。产学研用，从研究到落地，还会有五六年的差距，AI 大爆炸近在眼前，谁敢说未来几年的数据传输需求不会大爆炸，所以还是多点想象力，多给科研人员留一些空间和自由吧。以上。
wanhuLee 2023-4-20 10:04 引用

从研究生的时候，就开始接触各种研究所，毕业后也在研究所工作过，对他们应该算是很熟悉了。大家可以查一下，在民用领域，有哪些技术是研究所做出了重大的技术突破的？好像几乎没有，研究所就是个总体单位，是老罗口中的"方案整合商"，只不过是有些特殊地位，可以拉到一般民企拉不到的项目，然后再分包给各个民企做。
名表鉴定大师 2023-4-20 10:03 引用

不是说6G没有用，而是不需要全面普及。即使是5G也是一样。根据应用场景，在有需要的区域铺设6G其他地区5G或者4G会比较好。6G全覆盖，成本会非常高，而应用场景有限。目前最新的4G技术，速度没有比还没有成熟的5G慢多少，但是能耗确实大大低于5G，当然以后5G肯定也会更快，而问题问题是平时的生活应用，我们需要多快的速度，现在的4G够不够，现在的5G够不够，而付出的一次性成本和电费又是多少。反过来说，如果只在有需要的区域铺设高速网络，那是不是更好的策略。某些电信运营商已经在夜间关闭5G服务了，这已经不是5G是否是全场景的最优解问题，而是全场景在该时段都不能使用5G。在数据容积大低延迟，联网设备高密度的情况下，决对是需要5G甚至6G的，但是很明显不是全场景，5G6G也不是4G的全技术环节迭代优化，频率高，覆盖的面积就低，频率高，能量需求也就越高。一说5G总有人在说好处的时候提句物联网，我都怀疑这样的人是不是都不知道物联网是什么。我承认像某些低延迟高数据传输的物联设备需要5G6G，但是对于物联网，特别是工业基建方面来说，需求最高的还是低能耗，高可靠性的传感器，它每小时发的数据可能只是一个bit，一个电池能用3，5年，你装5G模块可能一天就没有电了。有的人就揪住一个bit还有吐脏的已经直接拉黑删除了，你有什么大病。第一工业sensor不一定只发一个bit，我见过sensor来测太阳能板位置的，传输数据非常小，如果是大坝水位，只需要0，1就足够了。一个bit不代表什么全世界sensor就一个bit，不代表有效数据一个bit就不够，不代表全世界sensor都要发汉字。而且每小时只需要发和每小时只能发你都区别不了？我也想知道什么传输协议每小时只能发一个bit。搞笑。
名表鉴定大师 2023-4-20 10:03 引用

6G技术获重大突破概念股集体高开每经AI快讯，4月20日，大恒科技、本川智能、信科移动涨超5%，金信诺、中国卫通、世嘉科技、三维通信、盛路通信等跟涨。消息面上，近日，中国航天科工二院发布了一份关于6G通信技术的研究成果，内容是关于太赫兹轨道角动量通信方向的实时无线传输通信实验。值得一提的是，这是国内首次在110GHz频段上实现100Gbps无线实时传输的重大突破，标志着中国6G通信技术研发取得了重要进展。重磅！中国6G研发，有重要突破每经编辑张锦河据中国航天科工二院二十五所官方公众号18日晚消息，近日，25所在北京完成国内首次太赫兹轨道角动量的实时无线传输通信实验，利用高精度螺旋相位板天线在110GHz频段实现了4种不同波束模态，通过4模态合成在10GHz的传输带宽上完成100Gbps无线实时传输，最大限度提升了带宽利用率，为我国6G通信技术发展提供重要保障和支撑。无线回传技术是移动回传网络中连接基站与核心网设备的关键技术。随着通信速率需求的不断提升，移动通信频段被扩展至毫米波和更高的太赫兹频段，信号传输损耗大大增加，基站部署密度将大幅提升。在基站“高度致密化”的5G/6G通信时代，传统基于光纤的承载网传输将面临成本高、部署周期长、灵活性差等问题，无线回传技术将逐渐占据主导地位。据研究报告指出，2023年全球基站使用无线回传的比例将高达62%以上。

中国航天科工二院二十五所官方公众号“航天25所”

太赫兹通信作为新型频谱技术，可提供更大传输带宽，满足更高速率的传输需求，逐渐成为6G通信关键技术之一。面向未来，6G通信峰值速率将达到1Tbps，需要在已有频谱资源下进一步提高利用率，实现更高的无线传输能力。航天25所自2021年以来，瞄准6G通信的热点需求，紧跟国际通信技术前沿，选择太赫兹轨道角动量通信作为全新突破方向，在太赫兹频段上实现多路信号复用传输，完成超大容量的数据传输，频谱利用率提升两倍以上。未来，该技术还可服务于10m-1km的近距离宽带传输领域，为探月、探火着陆器和巡航器之间的高速传输，航天飞行器内部的无缆总线传输等航天领域应用提供支撑，为我国深空探测、新型航天器研发提供信息保障能力。公开资料显示，6G，即第六代移动通信标准，也被称为第六代移动通信技术。主要促进的就是物联网的发展。6G的传输能力可能比5G提升100倍，网络延迟也可能从毫秒降到微秒级。2023年3月1日，中国工业和信息化部部长金壮龙在国务院新闻办新闻发布会上说，将加快布局人形机器人、元宇宙、量子科技等前沿领域，全面推进6G技术研发。官网显示，中国航天科工二院二十五所创建于1965年，地处北京市海淀区西四环，是我国精确测量领域骨干研究所，创造了九个“第一”，是毫米波技术国家级重点实验室依托单位，是国家学位委员会通信与信息系统专业学位授予点，拥有北京、西安、成都、威海等多个研发中心。主要从事精确测量与制导、星载制导和空间探测等高科技核心技术装备研制，集电、光、机研发技术能力于一体，先后承担并圆满完成多项国防及军民融合产品研制和生产，并形成系列化产品，处于国内领先水平，填补多项技术空白，国防意义重大、关注度极高。多次获得国家科学技术进步特等奖，被国家授予高技术装备发展建设工程突出贡献奖；在“天宫一号”与“神舟八/九/十号”交会对接、“天问一号”在火星完美落地、“嫦娥四号/五号”交会对接、“神州十二号”与“天和核心舱”交会对接等多个国家重大航天项目中，二十五所研制的关键核心器件均做出了卓越贡献，荣获“载人航天突出贡献单位”称号。近年来，二十五所坚持以人为本引领前沿技术发展，依托雄厚的科研经费，在大数据、人工智能、网络化、5G技术等方面取得了突破，有力支撑了精确制导、先进通信、红外光电系统的跨越式发展。中国航天科工集团第二研究院（以下简称二院）创建于1957年11月16日，建院初期为国防部第五研究院二分院，现为中国空天防御技术总体研究院，是中国导弹工业的摇篮、中国航天事业的中坚力量。每日经济新闻综合自中国航天科工二院二十五所官方公众号、公开资料

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