羅德與施瓦茨（以下簡稱“R&S”）在巴黎舉辦的歐洲微波周（EuMW 2024）上展示了基于光子太赫茲通信鏈路的6G無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的概念驗(yàn)證，助力新一代無線技術(shù)的前沿探索。在 6G-ADLANTIK 項(xiàng)目中開發(fā)的超穩(wěn)定可調(diào)太赫茲系統(tǒng)基于頻率梳技術(shù)，載波頻率大幅超過500GHz。

圖：基于頻率梳技術(shù)的超穩(wěn)定、可調(diào)諧太赫茲系統(tǒng)

在通往 6G 的道路上，重要的是要?jiǎng)?chuàng)建能夠提供高質(zhì)量的信號并且可以覆蓋盡可能寬頻率范圍的太赫茲傳輸源。將光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合是未來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的選擇之一。在巴黎舉行的 EuMW 2024 大會(huì)上，R&S展示了在 6G-ADLANTIK 項(xiàng)目中對最先進(jìn)的太赫茲研究的貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目重點(diǎn)開發(fā)基于光子和電子集成的太赫茲頻率范圍組件。這些有待開發(fā)的太赫茲元器件可用于創(chuàng)新測量和更快的數(shù)據(jù)傳輸。這些元器件不僅可用于 6G 通信，還可用于傳感和成像。

6G-ADLANTIK 項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教育與研究部 (BMBF) 出資，R&S負(fù)責(zé)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，合作伙伴包括 TOPTICA Photonics AG、Fraunhofer-Institut HHI、Microwave Photonics GmbH、柏林工業(yè)大學(xué)以及Spinner GmbH。

基于光子技術(shù)的 6G 超穩(wěn)定可調(diào)太赫茲系統(tǒng)

概念驗(yàn)證展示了用于 6G 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)某€(wěn)定、可調(diào)諧太赫茲系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于光子太赫茲混頻器，可在頻率梳技術(shù)的基礎(chǔ)上生成太赫茲信號。在該系統(tǒng)中，光電二極管通過光子混頻過程，將光頻略有不同的激光器產(chǎn)生的光學(xué)拍頻信號有效地轉(zhuǎn)換成電信號。光電混頻器周圍的天線結(jié)構(gòu)將振蕩的光電流轉(zhuǎn)化為太赫茲波。由此產(chǎn)生的信號可進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，用于 6G 無線通信，并可在很寬的頻率范圍內(nèi)輕松調(diào)諧。該系統(tǒng)還可擴(kuò)展到利用相干接收太赫茲信號進(jìn)行元器件測量。太赫茲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)仿真和設(shè)計(jì)以及超低相位噪聲光子參考振蕩器的開發(fā)也是該項(xiàng)目的工作范圍之一。

該系統(tǒng)的超低相位噪聲得益于TOPTICA 激光引擎中的頻率梳鎖定光學(xué)頻率合成器 (OFS)。R&S的高端儀器是該系統(tǒng)的組成部分：R&S SFI100A 寬帶中頻矢量信號發(fā)生器為光調(diào)制器創(chuàng)建基帶信號，采樣率為 16GS/s。R&S SMA100B 射頻和微波信號發(fā)生器為 TOPTICA OFS 系統(tǒng)生成穩(wěn)定的參考時(shí)鐘信號。R&S RTP 示波器以 40 GS/s 的采樣率對光導(dǎo)連續(xù)波 (cw) 太赫茲接收器 (Rx) 后的基帶信號進(jìn)行采樣，以便對 300 GHz 載波頻率信號進(jìn)行進(jìn)一步處理和解調(diào)。

6G 和未來的頻段需求

6G 將為工業(yè)、醫(yī)療技術(shù)和日常生活帶來新的應(yīng)用場景。元宇宙和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）等應(yīng)用將對延遲和數(shù)據(jù)傳輸速率提出新的需求，而目前的通信系統(tǒng)無法滿足這些需求。盡管國際電信聯(lián)盟 2023 年世界無線電大會(huì)（WRC23）為 2030 年推出的首個(gè)商用 6G 網(wǎng)絡(luò)確定了 FR3 頻譜（7.125 - 24 GHz）中的新頻段供進(jìn)一步研究，但要充分發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）應(yīng)用的潛力，高達(dá) 300 GHz 的亞太赫茲頻段也將不可或缺。