寻址数字基带以解锁 6G 的太赫兹通信

在实现 6G 所需的数据速率时，支持太赫兹通信的无线信号处理中最重要的部分可能是数字基带。本文探讨了解决此问题所需的该领域的发展。

在过去的 30 年里，无线威廉希尔官方网站 取得了巨大的飞跃。设备变得更小，几乎无处不在。掉线已成为过去，而高清视频通常会按需流式传输到我们的设备。虽然我们知道已经发生了有益的威廉希尔官方网站 演变，但最具变革性的创新往往是用户看不到的创新，因为它们发生在幕后，处于最基本的层面。

当我们展望 5G 和 6G 演进的下一个十年时，一些新兴用例将需要以前无法想象的数据速率和带宽，这意味着现在重点转向太赫兹 (THz) 通信作为实现这一目标的手段。但是，向太赫兹通信的飞跃带来了威廉希尔官方网站 挑战，其中最复杂的挑战之一是数字基带处理。

了解基带

作为计算所有无线信号处理功能的组件，数字基带处理器是无线系统中计算最密集的部分。在整个基带链中，编码和解码过程是几乎每个无线系统中最复杂的模块。为了解锁 5G 和未来 6G 威廉希尔官方网站 不可或缺的超高数据速率和高频无线电通信，解决基带芯片组的超快速编码和解码（也称为信道编码或正向编码）的开发至关重要。纠错（FEC）威廉希尔官方网站 。

图 1. FEC 中针对各种用例（包括超高速通信 (Tbps)、超低延迟通信）的 5G 要求与 B5G（超越 5G）要求。EPIC 项目旨在满足 B5G 要求。（图片来源：InterDigital）

超快到底有多快？比 100 Gbps 还快——比当今的 5G 速度快一百倍。这些接近 TB 的速度只能在超过 100 GHz 及以上的超高频下才能实现。这远远超过了当今商业用途的最高频率毫米波频谱。

在检查每个蜂窝系统中存在的基带组件时，基带芯片组（或基带片上系统）中的信道编码或编码器/解码器模块代表了基带中最复杂和最耗电的部分——几乎消耗基带芯片总功耗的 40%。

信道编码本质上是复杂的，并且需要大量计算，最终会导致功耗。这种动态自数字蜂窝问世以来就存在，从处理语音和文本通信的 2G 系统到未来的 6G 网络，可以实现先进的沉浸式视频体验。

利用我们的历史展望未来，摩尔定律表明，电信行业将每 18-24 个月将硅芯片上的晶体管数量翻一番。该定律自 1970 年代以来一直有效，但当前的现实使这一趋势停滞不前，这使得仅通过硅缩放来支持 5G 对计算马力需求的大幅增长变得越来越困难。

要达到 5G 和 6G 所需的数据速率，摩尔定律的基础已经不够用，需要新的创新。

难题的关键部分

在太赫兹通信方面，FEC 威廉希尔官方网站 将是关键部分，因为它允许发送器和接收器检测和纠正传输错误，同时使用先进的信道编码算法来实现处理效率和更高的吞吐量。

在欧盟委员会的 Horizon 2020 计划的资助下，使用下一代信道编码(EPIC) 项目实现实用的无线 Tb/s 通信已经开发了 (FEC) 威廉希尔官方网站 ，该威廉希尔官方网站 使用所有三个主要信道代码系列——LDPC 码、Turbo 码和 Polar 码——以满足 6G 每秒兆比特 (Tb/s) 威廉希尔官方网站 的性能要求。

图 2. 在 FPGA 上实现 200Gbps 的新型 Polar Code 解码器威廉希尔官方网站 的实时演示。（图片来源：InterDigital）

该项目还解决了太赫兹通信中的另一个紧迫问题。未来的太赫兹网络将需要比前几代更高密度的蜂窝节点。虽然 5G 的毫米波威廉希尔官方网站 要求每 50-100 米部署一次宏蜂窝和微蜂窝，但 6G 的太赫兹频段通信将依赖于每 10 米左右部署一次的纳米蜂窝，因为更高的频率不利于长距离信号传播。

这种结构变化代表了蜂窝系统的重大重新设计，不仅需要更高的数据吞吐量，还需要增加网络级计算来管理庞大的纳米细胞网络。这些太赫兹纳米蜂窝将需要非常特殊的天线、无线电单元和发生器，但很大一部分计算负担仍将留在基带芯片组上。EPIC 项目支持的研究展示了该解决方案的突破性潜力。

图 3. 在 28nm 节点中实现 500Gbps 的新型 Polar Code 威廉希尔官方网站 的虚拟硅设计。（图片来源：InterDigital）

太赫兹通信的未来

每个人心中的问题是：这将把我们带到哪里？在 6G 正在探索的新兴用例中，最令人兴奋的是 XR 通信：真正实时、身临其境的混合现实通信威廉希尔官方网站 的概念。

这项威廉希尔官方网站 的身临其境将使其比当今的视频会议威廉希尔官方网站 的计算密集度更高，并且需要专门的硬件，如可穿戴设备或多摄像头阵列来实现。除非新爱因斯坦发现基本物理定律发生根本性变化，否则实现这一愿景的最可行方法是通过 EPIC 项目也证明的联合硬件算法开发概念。

这是超越 5G 研究的激动人心的时刻。从历史上看，算法开发和硬件开发一直被视为具有不同轨迹的两个独立学科。无线行业主要专注于为无线算法和演进创建标准，而硬件的开发和演进似乎受到摩尔定律支持的硅性能“自然”改进的保障。

但即使是摩尔也承认他的定律不会无限增长，甚至预测我们行业目前正在放缓。EPIC 项目代表了 5G 和超越物理层设计背景下的一种开创性方法，其中研究了算法和硬件并共同发展。更重要的是，EPIC 不仅开发了底层算法模型，还成功展示了在真实环境中的物理演示。

虽然无线的未来可能还不清楚，但可以肯定的是它会很快，而太赫兹通信将是实现 6G 未来的关键。

审核编辑 黄昊宇