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6G太赫兹通信的高功率放大器线性化技术研究1

6G太赫兹通信的高功率放大器线性化技术研究

摘要

随着第六代移动通信技术（6G）研发进程的加速，太赫兹频段（0.110THz）因其

丰富的频谱资源被视为实现6G超高速率、超低时延通信的关键技术方向。然而，太赫

兹频段的高功率放大器（HPA）在提升输出功率和效率的同时，面临着严重的非线性失

真问题，这已成为制约太赫兹通信系统性能提升的主要瓶颈。本报告系统研究了6G太

赫兹通信中高功率放大器的线性化技术，从理论分析、技术路线、实施方案等多个维度

展开深入探讨。研究表明，基于数字预失真（DPD）结合自适应算法的线性化方案在太

赫兹频段具有显著优势，能够有效改善HPA的线性度，提升系统频谱效率和功率效率。

本报告还提出了分阶段实施路径，并对潜在风险进行了全面评估，为我国6G太赫兹通

信技术的研发提供了重要参考。

引言与背景

6G通信技术发展概述

第六代移动通信技术（6G）作为未来信息社会的核心基础设施，预计将在2030年

左右实现商用部署。根据国际电信联盟（ITU）的初步规划，6G将实现峰值传输速率1

Tbps、时延低至0.1毫秒、连接密度达10ˆ7设备/平方公里的极致性能指标。与5G相

比，6G将更加注重”智慧连接、深度感知、普惠智能”三大核心特征，支持全息通信、数

字孪生、元宇宙等颠覆性应用场景。太赫兹频段因其超大带宽（可达数十GHz）和极高

频率，被普遍认为是实现6G愿景的关键使能技术之一。

太赫兹通信的技术特点

太赫兹波（0.110THz）介于微波与红外光之间，兼具微波通信的穿透性和光通信

的宽带性优势。在通信应用中，太赫兹频段具有以下显著特点：首先，可用频谱资源极

其丰富，单信道带宽可达数十GHz，能够满足6G对超高速率的需求；其次，太赫兹波

波长极短（30m3mm），有利于实现小型化、高增益的天线设计；第三，太赫兹波具有

较好的方向性，可有效降低干扰，提升频谱复用效率。然而，太赫兹通信也面临传输损

耗大、覆盖范围小、器件实现困难等挑战，其中高功率放大器的非线性问题尤为突出。

高功率放大器在太赫兹通信中的重要性

高功率放大器（HPA）作为无线发射机的核心部件，直接决定了通信系统的覆盖范

围和信号质量。在太赫兹频段，由于自由空间路径损耗随频率平方增加，系统需要更高

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的发射功率来保证通信质量。然而，太赫兹HPA在追求高输出功率和效率的同时，不

可避免地产生非线性失真，导致信号星座图畸变、频谱扩展和邻道干扰等问题。研究表

明，当HPA工作在接近饱和点时，其功率效率可达30%以上，但此时非线性失真会急

剧恶化，使误码率（BER）从106量级劣化至103量级，严重影响系统性能。因此，研究有

效的线性化技术对太赫兹通信系统至关重要。

研究概述

研究目标与意义

本研究的总体目标是开发适用于6G太赫兹通信的高功率放大器线性化技术，具体

包括：1）建立太赫兹HPA非线性行为模型，量化分析非线性失真对系统性能的影响；

2）设计高效的自适应数字预失真算法，实现至少20dB的邻道功率比（ACPR）改善；

3）开发硬件原型验证平台，在300GHz频段验证线性化技术的有效性。本研究的意义

在于突破太赫兹通信的功率效率瓶颈，为我国6G标准制定和产业化提供核心技术支

撑，符合国家”十四五”规划中关于”加快6G技术研发”的战略部署。

研究范围与边界

本研究聚焦于0.30.5THz频段的固态功率放大器线性化技术，主要研究对象包括：

1）基于IIIV族化合物半导体（如GaN、InP）的太赫兹功率器件；2）适用于太赫兹频

段的数字预失真架构；3）高精度非线性建模与自适应算法。研究边界不包括：1）光子

太赫兹源或真空电子器件；2）接收机线性化技术；3）系统级网络优化。这种聚焦有助

于集中资源解决关键技术难题，同时保持与6G标准化进程的协调性。

技术路线概述

本研究采用”理论建模算法设计仿真验证原型实现”的四阶段技术路线。首先，基于

Volterra级数和记忆多项式建立太赫兹HPA的非线性模型，通过实测数据提取模型参

数；其次，设计基于深度学习的自适应DPD算法，解决太赫兹频段宽带信号带来的记

忆