NTU攻克6G關鍵技術:用智能超表面玩轉太赫茲通信

2026/08/29   •   7閱

6G通信的核心技術是什麼?南洋理工大學的一項最新研究將目光投向了太赫茲技術,並為攻克其應用瓶頸提出了一種創新方案。

什麼是太赫茲?6G的「黃金頻段」

你想像過未來的網速有多快嗎?當5G的千兆速率(Gbps)還讓我們津津樂道時,科學家們已經開始布局下一代移動通信技術——6G。它的目標是實現太比特每秒(Tbps)的峰值速率,比5G快上百倍。要實現這一飛躍,必須啟用全新的通信頻段,而「太赫茲」(Terahertz, THz)就是這片充滿潛力的「新大陸」。它位於微波與紅外光之間,頻譜資源極其豐富,被視為實現Tbps級通信速率最有希望的選擇。

不過,想駕馭太赫茲這匹「烈馬」並不容易。它的信號天生「脆弱」:頻率極高、波長極短,導致其在空氣中衰減很快,傳輸距離十分有限。更麻煩的是,太赫茲波的穿透力極差,一堵牆、一扇窗,甚至你的手,都可能讓信號中斷。在複雜的室內或城市環境中,要實現穩定可靠的太赫茲通信,挑戰巨大。

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NTU的破局之道:智能超表面與D2D

面對太赫茲的「玻璃心」,硬碰硬不行,得用巧勁。NTU科學家們引入了一項「黑科技」——可重構智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)。你可以把它想像成一面能聽懂指令的「魔鏡」。這面「鏡子」由大量低成本的無源反射單元構成,本身不發射信號,但能通過軟體編程,像精準控制光線一樣,調控入射電磁波的相位和方向。有了它,被牆擋住的信號就能智能地「拐彎」,繞過障礙物,精準地射向你的手機。

研究還結合了另一種高效模式:設備到設備(Device-to-Device, D2D)通信。傳統網絡下,就算你和朋友坐在一起傳文件,數據也要先上傳到基站再轉發。D2D則允許設備間直接「對話」,跳過基站這個「中間商」,好處顯而易見:延遲更低、速度更快,還能為基站減負。

NTU的研究巧妙地將太赫茲、RIS和D2D三者結合。在「底層(underlay)」通信場景中,D2D用戶與傳統蜂窩用戶共享寶貴的太赫茲頻譜,但這會帶來嚴重的干擾。RIS的加入,就像一位聰明的交通指揮官,不僅幫助脆弱的太赫茲信號繞開障礙,還能通過精妙的信號調控,抑制用戶間的相互干擾,讓大家在同一條「信息高速路」上並行,互不影響。

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不止於「反光」:RIS分區的精妙之處

這項研究最核心的創新點,在於對RIS用法提出的新思路——「分區(partitioning)」。傳統方案將整個RIS作為一個整體,服務於單一通信鏈路。而NTU的方案更為精細:將RIS表面分割成多個獨立子區域,每個區域可獨立配置,服務於不同的D2D通信對。這好比把一面大鏡子換成無數塊可以獨立旋轉的小鏡子,能同時將信號精準投射到不同目標,大大提升了系統的服務能力和資源利用效率。

這並非紙上談兵。研究團隊通過複雜的隨機矩陣理論和隨機幾何學,建立了精確的數學模型,分析用戶能獲得的長期平均數據速率。更重要的是,他們基於模型進行優化,找到了如何劃分RIS、如何分配功率,才能讓整個系統總速率最大化的最優策略。這為技術的實際部署提供了堅實的理論依據。

從實驗室的數學公式,到未來我們手中的6G設備,NTU的這項研究是連接兩者的關鍵一步。它不僅為解決太赫茲通信的覆蓋難題提供了一種低成本、高效率的方案,也為未來密集網絡中智能管理無線資源開闢了新方向。這項發表於南洋理工大學機構知識庫(DR-NTU)的成果,正是NTU在前沿通信技術領域創新實力的體現。

📌 要點總結

✦ NTU研究聚焦於6G核心的太赫茲(THz)通信技術,旨在實現超高速率數據傳輸。

✦ 創新性地提出智能反射面(RIS)分區方案,有效克服太赫茲信號易被阻擋的難題。

✦ 該成果通過嚴謹的數學分析與優化,為未來D2D直連通信和高效頻譜利用提供了理論基礎。

探索前沿科技,從NTU開始。

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