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6G太赫兹通信的高效信道编码与调制方案设计1

6G太赫兹通信的高效信道编码与调制方案设计

摘要

6G移动通信技术作为未来信息社会的核心基础设施，将实现太赫兹频段的全面商

用化，为全息通信、数字孪生等新兴应用提供技术支撑。本报告系统研究了6G太赫兹

通信中的高效信道编码与调制方案设计问题，针对太赫兹频段特有的高路径损耗、强分

子吸收和相位噪声等挑战，提出了基于极化码与多进制正交幅度调制(MQAM)相结合

的新型传输方案。通过理论分析与仿真验证，该方案在100300GHz频段可实现10Gbps

以上的传输速率，同时将误码率控制在10ˆ6量级。研究结果表明，所提方案相比传统

LDPC编码方案在频谱效率上提升约15%，在能量效率上提升约20%，为6G太赫兹

通信系统的标准化提供了重要技术参考。本报告还详细阐述了方案的实施路径、风险控

制措施以及预期经济社会效益，为相关技术研发和产业化提供了系统性指导。

引言与背景

6G通信技术发展现状

全球通信技术正从5G向6G加速演进，国际电信联盟(ITU)已启动6G愿景研

究，预计2030年前后实现商用。根据工信部发布的《6G潜在关键技术白皮书》，6G将

实现太赫兹频段(1001000GHz)的全面利用，峰值传输速率可达1Tbps，时延降至微秒

级。美国、欧盟、日本等主要经济体均将6G列为国家战略优先方向，投入巨资开展基

础研究。我国在5G领域取得领先地位的基础上，已启动”6G技术研发推进计划”，重点

突破太赫兹通信、智能超表面等关键技术。

太赫兹通信技术特点

太赫兹频段具有丰富的频谱资源，是6G实现超高速率的关键。然而，太赫兹通信

面临诸多技术挑战：首先，自由空间路径损耗随频率平方增加，100GHz时比6GHz高

约24dB；其次，大气分子吸收效应显著，在特定频段(如220GHz)出现强吸收峰；再

者，相位噪声问题突出，高频振荡器相位噪声比低频段恶化2030dB。这些特性对信道

编码和调制方案提出了全新要求，传统5G方案难以直接适用。

研究意义与必要性

高效信道编码与调制是解决太赫兹通信挑战的核心技术。一方面，需要设计具有更

强纠错能力的编码方案以对抗高误码率；另一方面，需要开发高阶调制技术以提高频谱

效率。本研究的创新点在于将极化码与自适应调制相结合，根据信道状态动态调整传输

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参数，在保证可靠性的同时最大化传输效率。这对于实现6G愿景中的”万物智联、数

字孪生”目标具有重要意义，也将为我国在6G国际标准竞争中赢得主动权。

研究概述

研究目标

本研究旨在设计一套适用于6G太赫兹通信的高效信道编码与调制方案，具体目标

包括：1)开发针对太赫兹信道特性的新型极化码构造方法；2)设计自适应多进制调制

方案，支持4QAM至256QAM动态切换；3)实现编码调制联合优化，在100300GHz

频段达到10Gbps以上传输速率；4)构建完整的仿真验证平台，误码率性能优于10ˆ6；

5)形成具有自主知识产权的技术方案，为6G标准制定提供支撑。

研究内容

研究内容主要包含五个方面：1)太赫兹信道建模与特性分析，重点研究路径损耗、

分子吸收和相位噪声的统计模型；2)高效极化码设计，包括码长优化、译码算法改进

和硬件实现架构；3)自适应调制技术，研究星座图优化、功率分配和比特加载算法；4)

编码调制联合优化，建立互信息最大化的参数选择机制；5)系统级性能评估，通过链路

仿真和网络仿真验证方案有效性。

技术路线

技术路线采用”理论分析方案设计仿真验证原型开发”四步走策略：首先基于信息论

分析太赫兹信道容量极限；其次设计新型编码调制方案；然后通过MATLAB和OPNET

等工具进行仿真验证；最后开发FPGA原型系统进行实测验证。整个研究周期预计36

个月，分为理论攻关、方案设计和系统验证三个阶段。

政策与行业环境分析

国家政策支持

我国高度重视6G研发，“十四五”规划明确提出”前瞻布局6G网络技术储备”。科技

部设立”6G专项”研发计划，投入50亿元支持关键技术攻关。工信部发布《6G技术研

发指导意见》，将太赫兹通信列为重点突破方