第五代移动通信系统在全球范围内已实现大规模商用，其增强移动宽带、超可靠低时延通信以及大规模机器类型通信三大场景满足了从消费电子到工业控制的不同需求。然而随着全息显示、数字孪生、高精度工业互联网和沉浸式扩展现实等新业务的涌现，第五代移动通信系统在峰值速率、连接密度和定位精度等指标上逐渐接近其理论极限。第六代移动通信系统的研究已经全面启动，其目标是在第五代基础上实现性能的跨越式提升。为了实现这些目标，第六代移动通信系统正在探索多项关键技术路径，其中太赫兹通信和通感一体化被认为是两个最核心的突破方向。太赫兹频段位于毫米波与远红外光之间，能够提供数十吉赫兹甚至太赫兹级别的连续带宽，为解决低频段频谱资源枯竭的问题提供了新的技术维度。通感一体化则突破了通信网络单纯传输数据的传统定位，使网络同时具备高精度感知环境的能力，将物理世界与数字世界进行深度融合。这两项技术相互支撑，太赫兹的大带宽为高精度感知提供了距离分辨率和速度分辨率的基础，而通感一体化为太赫兹波束管理和链路维持提供了环境先验信息。
太赫兹通信的核心技术突破首先体现在射频前端器件与电路设计方面。太赫兹频段覆盖零点一太赫兹至十太赫兹的范围，这一频段的电磁波处于经典电子学与光子学的过渡区域。传统半导体器件的工作频率难以达到太赫兹频段，硅基晶体管的最高振荡频率目前约在三百吉赫兹至五百吉赫兹之间，其增益和输出功率随着频率升高而急剧下降。为了在太赫兹频段产生足够的发射功率，研究者探索了多种技术路线。第一种路线是使用化合物半导体工艺，氮化镓和磷化铟等宽禁带半导体材料具有更高的电子迁移率和击穿电场强度，其晶体管能够在太赫兹频段提供可用的增益和功率输出。第二种路线是采用倍频链技术，从较低频率的固态源产生基频信号，通过非线性器件的多次倍频后得到太赫兹信号，这种方法可以获得较高的频率纯度和稳定性，但倍频过程中的转换损耗较大。第三种路线是利用真空电子器件，某些微型行波管在太赫兹频段仍能产生瓦特级别的输出功率，但其体积和功耗较大，不适合移动终端应用。在接收端，太赫兹混频器和检测器的灵敏度决定了系统的极限通信距离，肖特基二极管混频器在太赫兹频段具有响应速度快和室温工作的优点，但其噪声较大，超导混频器提供了接近量子极限的灵敏度但需要极低温冷却环境。
太赫兹通信的第二个核心技术突破在于波束赋形与跟踪机制的设计。太赫兹波的波长在零点三毫米至三毫米之间，比毫米波更短，在同样尺寸的天线孔径内可以集成更多的天线单元，形成增益极高的窄波束。这种超窄波束一方面提供了巨大的阵列增益，足以补偿太赫兹频段的大气衰减和路径损耗，另一方面也带来了波束对准和跟踪的技术挑战。终端设备的微小移动或旋转都可能导致波束完全偏离目标，造成通信链路瞬间中断。为了应对这一挑战，太赫兹系统需要采用混合波束赋形架构和快速波束搜索算法。混合波束赋形将天线阵列划分为若干子阵列，每个子阵列内部采用模拟移相器控制波束指向，子阵列之间采用数字预编码进行精细调整，这种架构在硬件复杂度和波束灵活性之间取得了平衡。波束搜索算法利用信道的时间相关性和空间相关性，预测终端在未来时刻的最优波束方向，从而减少全空间扫描带来的开销。在终端初始接入阶段，基站和终端按照预定义的波束扫描序列依次在多个方向发送和接收信号，双方通过测量不同波束方向的信号质量来选择最优的收发波束对。进入跟踪阶段后，系统仅在小角度范围内进行微调波束扫描，同时利用惯性测量单元提供的终端姿态信息辅助波束预测。
太赫兹通信的第三个技术突破集中在大气信道建模与链路预算方面。太赫兹波在自由空间传播时受到大气分子的选择性吸收，水汽和氧气分子在特定频率上呈现吸收峰，太赫兹系统的频率规划需要避开强吸收峰，选择大气窗口频段进行远距离通信。除了气体吸收，雨雾和沙尘也会对太赫兹波产生额外的散射和吸收衰减，雨滴尺寸与太赫兹波长相近时，米氏散射效应使衰减急剧增加。为了克服恶劣天气的影响，太赫兹系统可以采用自适应调制编码和链路自适应技术，在天气晴朗时使用高阶调制和高码率以获得峰值速率，在降雨时自动切换到低阶调制和低码率，降低对信噪比的要求以保持链路的连续性。在部分场景中，部署中继节点或利用智能反射面可以绕过严重衰减的传播路径。智能反射面由大量可调电磁单元组成，每个单元可以独立控制入射波的反射相位，将太赫兹波引导至原本被遮挡的方向，这种被动中继方式不产生额外的噪声和功耗，是扩展太赫兹覆盖范围的有效手段。
通感一体化是第六代移动通信系统的另一项核心突破技术，其基本思想是在同一套硬件平台和波形框架下同时实现通信和感知功能。传统上通信系统和雷达系统使用不同的频段、波形和信号处理算法，二者在硬件上难以共用。通感一体化通过设计联合波形，使发射信号既能承载通信数据又能作为感知探测信号，通信接收机从接收信号中解调数据，感知接收机则从目标反射的回波中提取位置、速度和角度信息。一体化波形设计面临的核心矛盾在于通信要求信号的随机性以承载更多信息，而感知要求信号的确定性和周期性以实现相干积累。一种解决方案是采用正交频分复用波形，在部分子载波上嵌入已知的导频序列用于感知处理，其余子载波用于传输通信数据，这种部分感知部分通信的方式在二者之间分配时频资源。另一种更为激进的设计是采用随机频率调制波形，在通信接收端利用已知的密钥序列进行解调，在感知接收端利用与发射波形的互相关进行匹配滤波，这种波形同时满足通信的信息承载要求和感知的匹配滤波要求，但对同步和信道估计提出了更高的技术要求。
通感一体化的性能突破体现在感知维度的引入为通信链路提供了环境先验信息。传统通信系统的信道状态信息主要来源于导频估计，反映的是当前时刻的信道响应，在高速移动或环境快速变化的场景中，导频估计结果已经滞后于实际信道状态。通感一体化系统可以主动发射感知信号探测周围环境中的静止和运动物体，构建环境地图，基站根据地图中的建筑物分布、车辆位置和人员活动情况，预测未来时刻的信道衰落特性和多径结构。这种感知辅助的信道预测可以使通信系统提前调整调制编码方案、预编码矩阵和波束指向，大幅降低导频开销和链路中断概率。在车联网通信场景中，通感一体化基站可以同时与车辆交换数据并感知车辆的位置和速度，将感知信息与车辆上报的自身状态进行融合，实现对交通态势的高精度感知。当基站检测到有车辆即将驶入盲区或发生异常减速时，可以通过通信链路向周围车辆发送预警信息，这种通信与感知的闭环互动将无线网络从被动传输管道转变为主动感知和协同控制的平台。太赫兹通信与通感一体化两项技术之间的协同关系体现在太赫兹频段的超大规模天线阵列本身就是理想的感知孔径，太赫兹的大带宽提供了极高的距离分辨率，而通感一体化提供的环境感知结果可以有效克服太赫兹通信的波束跟踪难题，二者共同构成了从第五代向第六代移动通信系统跨越的两大技术支柱。
