太赫兹轨道角动量通信关键技术与挑战

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太赫兹轨道角动量通信关键技术与挑战

【摘  要】面对日益紧张的频谱资源与众多新兴应用对更高通信速率的要求，THz与OAM作为突破当前通信系统瓶颈的关键技术而广受关注。将两者结合的THz-OAM技术不仅继承了两者的优点，也面临着一些重要挑战。综述了OAM在通信领域的研究进展，展现了其提高通信容量与丰富通信维度的特有优势；研究了OAM波束在多径、大气湍流等环境下的传输特性及其应对方法，用于完善THz-OAM信道的通用模型；总结了THz-OAM通信系统面临的挑战，为6G通信技术的发展和应用提供参考。

【关键词】太赫兹；轨道角动量；太赫兹通信；轨道角动量通信

0   引言

随着5G移动通信的逐渐普及，人工智能、大数据、云计算、机器学习、物联网等技术逐渐兴起，进一步推动了医疗、互联网和交通等行业的发展。伴随着物理世界与数字世界的进一步融合，智能终端数量的激增对当前通信网络的传输速率、接入终端密度、时延等指标提出了更高要求。作为破局的关键，6G技术不仅能拓宽网络覆盖的广度：高空、海洋与陆地网路相融合实现“空天地海”一体化通信，还能进一步挖掘网络覆盖的深度：虚拟现实增强现实等技术将通过传感器网络与人类感官进一步结合，颠覆未来人类生活与工作方式[1]。

太赫兹（THz, Terahertz）技术为6G提供了丰富的频谱资源。THz波的频率范围为0.1—10 THz，其可用带宽是当前通信系统的数十倍，为1 Tbps以上的超高速通信提供了物理基础。此外THz波还具有方向性好、穿透性强、安全性高等优点，具有广阔的应用前景[2]。

轨道角动量（OAM, Orbital Angular Momentum）为6G提供了新的物理维度。作为电磁波的基本属