為了實(shí)現(xiàn)太比特級(jí)無線傳輸以支持21世紀(jì)30年代的無線需求，NTT Corporation (NTT)基于32 GHz的超寬帶寬成功實(shí)現(xiàn)了世界上首個(gè)“軌道角動(dòng)量”(OAM)多路復(fù)用大容量無線傳輸，速度達(dá)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(shù)，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(shí)施 “創(chuàng)新光無線網(wǎng)絡(luò)”(IOWN)。這一成就作為其中的關(guān)鍵因素，將以光為中心的大容量通信網(wǎng)絡(luò)和信息處理基礎(chǔ)設(shè)施向包括6G在內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行延伸。

為了支持基于IOWN和6G的大容量網(wǎng)絡(luò)和信息處理基礎(chǔ)設(shè)施，并為未來日益增長(zhǎng)的無線通信需求做好準(zhǔn)備，NTT正在進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)太比特級(jí)無線傳輸為目標(biāo)的研發(fā)工作。為了提高無線通信的容量，NTT正在通過應(yīng)用具有“軌道角動(dòng)量”（圖1）的無線電波來增加空間復(fù)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(fù)用多個(gè)OAM波來增加空間復(fù)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(hào)處理過程來消除復(fù)用數(shù)據(jù)流之間干擾。

在這項(xiàng)研究中，NTT 推動(dòng)了亞太赫茲波段波導(dǎo)技術(shù)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(shí)生成和分離八個(gè)不同的OAM波，可用于復(fù)用和傳輸八路數(shù)據(jù)信號(hào)。此外，通過以兩種不同的極化方向進(jìn)行OAM復(fù)用傳輸，可以同時(shí)復(fù)用和傳輸兩倍的數(shù)據(jù)信號(hào)而不會(huì)產(chǎn)生干擾。我們使用集成天線的巴特勒矩陣進(jìn)行了傳輸測(cè)試，并在135.5至151.5 GHz和152.5至168.5 GHz的亞太赫茲頻段實(shí)現(xiàn)了全球首次成功的、速度最高達(dá)1.44 Tbit/s的大容量無線傳輸（圖2）。該傳輸能力相當(dāng)于當(dāng)前視頻網(wǎng)站可以同時(shí)傳輸約3.5萬個(gè)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(yīng)用程序同時(shí)傳輸140個(gè)甚至更多未壓縮的4K視頻（速度約為10 Gbit/s）。

該技術(shù)有望實(shí)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(fù)用的復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，因?yàn)槟M電路（即巴特勒矩陣）會(huì)處理OAM波的復(fù)用。下一步，該技術(shù)將在更長(zhǎng)距離（超過100米）上進(jìn)行演示，同時(shí)設(shè)想該技術(shù)在現(xiàn)實(shí)世界中的各種應(yīng)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(shí)代一種創(chuàng)新的無線通信技術(shù)，該技術(shù)的發(fā)展最終支持各種未來服務(wù)的創(chuàng)建和傳播，例如虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(VR/AR)、高清視頻傳輸、互聯(lián)汽車和遠(yuǎn)程醫(yī)療。