索引调制技术&太赫兹通信技术

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索引调制技术
索引调制技术是近年来的研究热点并有望成为应用于 6G 的新型调制技术。

索引调制原理图

索引调制的核心是将索引选择和幅度相位调制技术相结合，能够通过使用一个或多个不同资源类型的索引作为信息携带载体来进行信息传递。所以，相比于传统的幅度调制、相位调制，索引调制具有低能耗、低复杂度、低成本及灵活配置等优势。
索引调制在获得额外频谱效率和译码性能增益的同时也会对实际系统设计带来挑战。对于空域-索引调制，接收端可采用最大似然检测译码算法达到最优性能。然而当发射天线数或者同时激活射频数较多时，最大似然检测复杂度呈指数级上升，实际系统难以实现。类似的，对于频域-索引调制，检测复杂度也会随着子载波数量的增加而增加。对于多域资源联合调制，如何在保证较低复杂度的基础上对多域资源进行联合检测，也是需要解决的难题。根据索引调制的特点，可以将其应用于上行小数据传输的场景中，如：物联网场景。虽然传输速率较低，但是可以满足通信需求且具有较高的能量效率。此外，基于现有技术，未来索引调制还可以和 MIMO、非正交多址技术等进行结合，考虑联合设计的系统方案。


太赫兹通信技术
太赫兹频段位于 0.1～10 THz，该频段介于技术相对成熟的微波频段和红外频段两个区域之间，有着极其丰富的无线频谱资源。但受技术和器件限制，太赫兹频段一直未被真正地发掘。6G 时代有望依托太赫兹频段的丰富资源，在几十甚至上百 GHz 的超大通信带宽上实现 Tbps 级别的高速通信。除高传输速率之外，太赫兹通信还具有抗干扰能力强、可穿透等离子体鞘套、波长短等特点[29]。基于以上特点，太赫兹通信可应用于：
 光纤替代场景：在数据交换中心和基站高速回传等场景中，可以利用太赫兹无线通信来解决光纤铺设复杂及难度大的问题。
 空间通信场景：利用太赫兹波在太空传输损耗小且可穿透等离子体鞘套的特点，太赫兹通信可在星间或飞行器间的通信场景中发挥优势。
 微观通信场景：由于太赫兹波极短，可支持孪生体域网、芯片间通信等终端尺寸极小的场景，进而实现无线通信从宏观到微观的全面覆盖。


虽然太赫兹通信可以在速率提升和场景扩展等方面为 6G 提供极大的助力，但目前要实现太赫兹通信也存在着不少挑战与阻力：
1) 分子吸收：太赫兹电磁波易被大气中的水、氧气等分子吸收，导致其传输距离十分有限。其中，水分子吸收特性，其吸收呈现频率选择性。
2) 太赫兹源：高功率、低成本、小体积、高稳定性的信号源是太赫兹技术能否在6G时代得到广泛应用的关键因素。
其中，真空电子学太赫兹源能产生较高的输出功率并可在室温环境下工作。但是，其在功率容量和能量转化效率等方面存在性能缺陷，尚需进一步改进。其他太赫兹源，或存在体积较大、价格昂贵等缺点，或需要极低温度的工作环境，导致它们难以在无线通信中被广泛应用。
3) 基带处理：要实现 Tbps 级别的太赫兹通信，模拟数字转换器和数字基带要有极强的数据处理能力和数据存储能力。实现高带宽、低功耗及面积小的基带处理技术和基带工艺具有很大挑战。
4) 太赫兹天线：太赫兹天线需要支持几十或上百 GHz 的超大带宽，同时还必须具备微型化、可集成度高等特性，而这些是当前太赫兹天线无法同时满足的。
5) 波形设计：太赫兹波形需具有较低峰均比和较强噪声鲁棒性，以克服太赫兹通信面临的器件性能有限、相位噪声大以及路损严重等问题。另外，太赫兹波形还需要有较强的兼容性，以适应多种应用场景。
6) 组网技术：太赫兹通信距离有限，需要设计中继多跳网络来扩展覆盖范围。此外，太赫兹波束窄且数量多，在组网和接入过程中需要设计高效的波束扫描和跟踪算法。
随着全球范围内的 6G 研究启动，各界对太赫兹通信技术的研究不断深入。近年来，太赫兹通信关键器件、芯片等性能不断得到提升，各场景的信道测量、系统测试及演示平台成果日渐丰富。行业对太赫兹的工作也由前期的理论和愿景讨论，逐步向技术验证、芯片器件研发和标准规范制定等方向转移。预计太赫兹通信可以在 6G 时代得到实际且相对广泛的应用，将高速通信体验提升到另一个维度。

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