為了實現(xiàn)太比特級無線傳輸以支持21世紀30年代的無線需求，NTT Corporation (NTT)基于32 GHz的超寬帶寬成功實現(xiàn)了世界上首個“軌道角動量”(OAM)多路復用大容量無線傳輸，速度達1.44 Tbit/s。這是一種利用135 GHz至170 GHz范圍內(nèi)的亞太赫茲(sub-THz)頻段的創(chuàng)新無線通信技術，將使無線訪問海量信息的數(shù)據(jù)傳輸速率超過1 Tbit/s。我們旨在與全球合作伙伴共同實施 “創(chuàng)新光無線網(wǎng)絡”(IOWN)。這一成就作為其中的關鍵因素，將以光為中心的大容量通信網(wǎng)絡和信息處理基礎設施向包括6G在內(nèi)的無線網(wǎng)絡進行延伸。

為了支持基于IOWN和6G的大容量網(wǎng)絡和信息處理基礎設施，并為未來日益增長的無線通信需求做好準備，NTT正在進行以實現(xiàn)太比特級無線傳輸為目標的研發(fā)工作。為了提高無線通信的容量，NTT正在通過應用具有“軌道角動量”（圖1）的無線電波來增加空間復用階數(shù)，從而增加無線傳輸容量，并使用亞太赫茲頻帶來增加傳輸帶寬。

NTT的方法是使用稱為“巴特勒矩陣”的模擬電路，通過復用多個OAM波來增加空間復用階數(shù)。借助這種方法，在超過1太比特的高容量通信中無需通過大量數(shù)字信號處理過程來消除復用數(shù)據(jù)流之間干擾。

在這項研究中，NTT 推動了亞太赫茲波段波導技術的研發(fā)，并成功開發(fā)出具有寬帶寬和低損耗的集成天線的巴特勒矩陣。集成天線的巴特勒矩陣旨在于非常寬的帶寬（即135至170 GHz）上同時生成和分離八個不同的OAM波，可用于復用和傳輸八路數(shù)據(jù)信號。此外，通過以兩種不同的極化方向進行OAM復用傳輸，可以同時復用和傳輸兩倍的數(shù)據(jù)信號而不會產(chǎn)生干擾。我們使用集成天線的巴特勒矩陣進行了傳輸測試，并在135.5至151.5 GHz和152.5至168.5 GHz的亞太赫茲頻段實現(xiàn)了全球首次成功的、速度最高達1.44 Tbit/s的大容量無線傳輸（圖2）。該傳輸能力相當于當前視頻網(wǎng)站可以同時傳輸約3.5萬個超高清4K視頻（速度約40 Mbit/s）。這種速度可以為需要超低延遲的應用程序同時傳輸140個甚至更多未壓縮的4K視頻（速度約為10 Gbit/s）。

該技術有望實現(xiàn)(i)可與光傳輸系統(tǒng)相媲美的寬帶和高速無線傳輸，以及(ii)無線和光傳輸系統(tǒng)之間的無縫連接，無需用于空間復用的復雜數(shù)字信號處理系統(tǒng)，因為模擬電路（即巴特勒矩陣）會處理OAM波的復用。下一步，該技術將在更長距離（超過100米）上進行演示，同時設想該技術在現(xiàn)實世界中的各種應用，包括基站之間的無線回傳/前傳和中繼傳輸（圖3）。我們期望，作為IOWN和6G時代一種創(chuàng)新的無線通信技術，該技術的發(fā)展最終支持各種未來服務的創(chuàng)建和傳播，例如虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實(VR/AR)、高清視頻傳輸、互聯(lián)汽車和遠程醫(yī)療。