該技術很大程度上緩解了太赫茲波段頻譜資源不足的問題，為6G通信的發展提供新的技術支持。

本周，國內6G技術有了重大突破。

4月20日，中國航天科工二院二十五所稱，完成國內首次太赫茲（THz）軌道角動量的實時無線傳輸通信實驗，可用于支持6G通信。該技術利用高精度螺旋相位板天線在110GHz頻段實現4種不同波束模態，通過4模態合成在10GHz的傳輸帶寬上完成100Gbps無線實時傳輸，最大限度提升了帶寬利用率，為我國6G通信技術發展提供重要保障和支撐。

圖源 | 環球時報

記者此前曾分析過5G技術。就目前來說，5G對于工控、安防以及自動駕駛領域產生了重大影響，也間接的提升了人們的生活質量。此外，由于包括華為在內的中國5G基站產品受到美國的技術封鎖，很多人都在密切關注下一代通信技術的研發。

技術突破后，6G就要來了嗎？別急著聊6G何時應用，今天我們先看看新技術。

什么是6G？

6G同5G一樣，本質上是第六代蜂窩數據網絡無線通信技術的簡稱，6G即5G的繼任者。就像5G之于4G，6G的通信速度會更快，延時更低。由此帶來的技術變革對中國影響頗深，其中最關鍵的參數變化就是6G的傳輸能力相比5G能提升100倍，網絡延時也從毫秒級降到微秒級。不吹牛的說，若6G技術真的能像設想的這樣，它將會顛覆我們對于“上網”這個概念的認知。

圖源 | 51CTO

比如說，在5G剛剛提出的時候，該技術被認為能夠大規模提升工業智能化水平，加速數字化轉型、促進新消費模式等，這些改變確實是已經發生的。例如大規模廠房里的獨立5G組網，極大的提升了物流的效率和安全性；應用5G網絡的自動駕駛汽車，已經能實時接入城市NOA，在部分道路上實現了真實的無人駕駛；流媒體上，5G早已實現8K實時轉播。

當初5G畫的餅，是真真實實的實現了的，6G呢？

“如果用一句話來形容，6G將改變世界。” 中國工程院院士、復旦大學大數據研究院院長鄔江興曾在烏鎮大會上這樣說。“（6G帶來的）改變是建設性、包容性的改變，是用科技創新的力量，彌合數字鴻溝、連接信息孤島、兼顧各方訴求、以智慧化賦能可持續發展。”

總的來說，6G真正能實現“萬物智聯、數字孿生、智慧涌現、健康有序”的美好愿景。不過當時的大會上，關于何時能做到突破6G關鍵技術，專家們還沒能達成一致。彼時6G技術發展面臨的核心就是解決“太赫茲波”傳播的問題。

什么是太赫茲波？

太赫茲波，又稱太赫輻射，是6G通信網絡主要使用的通信波段，包含了頻率為0.3到3 THz的電磁波。此頻段屬遠紅外光，高于微波波段的頻率，對應的波長范圍從1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作“亞毫米波段”。

圖源 | 知乎

在2012年5月，日本東京工業大學的研究團隊使用T-射線的無線數據傳輸創下新的紀錄，并建議在未來以此做為數據傳輸的頻率。2022年1月，中國紫金山實驗室在太赫茲頻段的實驗室環境中首次實現了每秒206.25 Gbit/s數據速率的世界紀錄。同年2月，中國研究人員又使用渦旋毫米波（Vortex millimetre waves）實現了在1公里的距離內1秒傳輸1 TB的數據。

然而，我們曾在中學物理學到，波長越短的波，能量越高，但穿透力越弱（不易發生衍射）。太赫茲波擁有更高的能量密度和信息承載力，但相比5G和Wi-Fi中使用的微波（約2-30GHz）更難繞過障礙物，同理5G也比1G、2G、3G和4G中使用的波段更難繞障。更關鍵的一點是，太赫茲級別的頻率已經接近分子轉動能級的光譜，很容易被空氣中的水分子吸收掉，所以在空間中傳播距離遠小于5G電磁波，這就需要更多6G基站來維持通信。這時又面臨一個問題，基站越來越多，頻譜不夠用怎么辦？因此，應該如何利用有限的頻譜成為6G技術突破的關鍵。

但是，中國6G啪一下就突破了，很快啊！在太赫茲的發射與傳播難題上，中國團隊再次引領全世界技術進步。

軌道角動量是什么意思？

這里要再重復一下這個技術的名字，太赫茲軌道角動量的實時無線傳輸通信。明明每個字都認識，怎么組合在一起就看不懂了呢？

經過1G到5G的迭代發展，我們已經充分利用時域、頻域、碼域等多維度來提升傳播效率。專家針對電磁波的傳播原理入手，于是軌道角動量（Orbital Angular Momentum, OAM）通信技術被提了出來。

圖源 | 通信學報《軌道角動量通信技術的研究》論文

由于5G電磁波的傳播范圍較短，因此需要更大功率的信號發射裝置。5G基站應用了相控陣技術，通過調整不同天線發射的電磁波參數，讓不同波形相互干涉制造能量更大的波峰，以此提升信號傳播范圍。6G新技術也利用了電磁波相互干涉的原理，只不過這次的目的主要是復用空間，而不是加強傳播距離。

這里放一段《渦旋電磁波軌道角動量傳輸技術》（《郵電設計技術》2022年1月13日 謝翔東，何耀宇，張超）論文中關于軌道角動量（OAM）的解釋：OAM是電磁波的固有物理屬性，OAM的物理量綱（ML2T-1）和電場強度的物理量綱（MLT-3I-1）線性無關（其中M為質量，L為長度，T為溫度，I為電流），所以彼此獨立。經典電動力學和量子電動力學（QED）理論均指出，電磁波角動量包括自旋角動量（SAM）和軌道角動量（OAM）。自旋角動量表征了電磁波極化，OAM則表征了電磁波的波包在空間中的旋轉特性。具有OAM的電磁波又被稱為渦旋電磁波，攜帶不同OAM模態的渦旋電磁波具備正交特性，利用該特性進行無線傳輸可以極大地提升頻譜效率和傳輸容量。

好了，我們直接跳過這段，來簡單理解一下。

軌道角動量通信技術是一種基于電磁波自旋角動量和軌道角動量的新型通信技術。電磁輻射既攜帶線動量也攜帶角動量，可以理解為在往前走的時候還自轉，軌道角動量即電磁波“自轉”的動量。攜帶有軌道角動量的電磁波也被稱為渦旋電磁波。因此，在正常的電磁波中添加相位旋轉因子，電磁波就不再是平面結構，而是繞著波束傳播方向旋轉，呈現出一種螺旋的相位結構。渦旋波每繞傳輸軸旋轉一圈，相位波就前進。

由于不同模態的波彼此正交，通過改變波段間相互干涉參數，就可以制造出不同的螺旋狀波陣面，因此就可以在不依賴于如時間和頻率等傳統資源的情況下發送多個同軸數據流，提供了更多無線傳輸的復用維度，從而提升頻譜效率，頻譜利用率可提升兩倍以上。

圖源 | 郵電設計技術《渦旋電磁波軌道角動量傳輸技術》論文

總結

太赫茲軌道角動量的實時無線傳輸通信實驗的完成，很大程度上緩解了太赫茲波段頻譜資源不足的問題，為6G通信的發展提供新的技術支持。不過該技術還需要解決信道建模、信號檢測、多天線設計等多個方面的問題，是一項具有前沿性、難度大、應用廣泛的技術。

目前該技術還處于初期實驗階段，此外OAM量子發射器與傳感器還存在價格較高，體積較大的問題，因此6G在商業化的道路上還有更多挑戰等待著解決。

審核編輯 ：李倩