Sub Terahertz LEO Satellite Communication: Vision, Opportunities, and Challenges toward the First Prototype in Space
Northeastern University（东北大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Teralink Technologies（特雷林科技）；NASA Jet Propulsion Laboratory at CalTech（加州理工学院喷气推进实验室）
本文探讨将亚太赫兹通信扩展到100公里级卫星链路的可行性，评估硬件与信号处理技术成熟度，并介绍TeraLink项目首个空间原型。
2026-07-10 cs.NI
Engineering Edge-Cloud Offloading of Big Data for Channel Modelling in THz-range Communications
毫米波和太赫兹范围无线通信（产生Gb/Tb范围的数据）中的信道估计对于配置与传输信号质量相关的系统参数至关重要，但它仍然是软件和硬件中的一个艰巨挑战。当前的信道估计方法，无论是基于建模还是基于数据（机器学习（ML）），都使用和创建大数据。这又需要大量的计算资源、读取操作来证明是否存在一些预定义的通道配置，例如，QoS要求，以及将QoS参数的新组合存储在数据库中的写入操作。特别是基于ML的方法需要高计算和存储资源、低延迟和更高的硬件灵活性。在本文中，我们设计并研究了将上述操作卸载到边缘和云计算系统，以了解边缘和云计算的适用性，从而在THz信道建模的示例中提供具有信道和链路配置参数的快速响应。我们评估了当计算和存储资源基于以下方式编排时工程系统的性能：1）单片架构，2）微服务架构，两者都是基于边缘云的方法。对于微服务方法，我们设计了Docker Swarm和Kubernetes系统。测量结果显示，边缘计算和微服务具有很大的前景，可以快速响应，以正确配置参数，并通过超高速无线通信提高传输距离和信号质量。
2021-11-16 cs.NI
Increasing Fault Tolerance and Throughput with Adaptive Control Plane in Smart Factories
未来的智能工厂预计将部署一个新兴的动态虚拟现实（VR）应用程序，在太赫兹通信波段中具有高带宽无线连接，工厂工人可以通过高质量分辨率的360°视频流跟踪活动。THz通信虽然作为高带宽无线通信技术是有前途的，但是已知的是低容错，并且对外部因素敏感。由于THz信道状态通常难以估计，因此需要一种能够在编码和调制方面自适应地对收发器配置做出反应的系统。为此，我们提出了一个自适应控制平面，可以帮助我们配置太赫兹通信系统。控制平面实现工作流算法，该工作流算法被设计为根据THz信道状态在各种编码和调制方案之间进行自适应选择。结果表明，自适应控制平面可以提高吞吐量和信号分辨率，理论上误码率为零，在分析的场景下可以实现最大吞吐量。
2022-05-25 cs.NI
Ultra-dense Low Data Rate (UDLD) Communication in the THz
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
未来，随着物联网（IoT）、无线传感器和多种5G杀手级应用的出现，室内房间可能会充满要求低数据率的$1000$设备。这些设备的这种高密度和移动性将使系统不堪重负，并导致更高的干扰、频繁的中断和更低的覆盖范围。太赫兹波段有大量的绿地频谱，以满足这种密集的室内部署。然而，THz的有限覆盖范围将要求网络具有更多的基础设施，并依赖于非视距（NLOS）类型的通信。这种形式的通信对于网络运营商来说可能是无利可图的，并且甚至可能导致要求低数据率的设备的资源利用效率低下。在THz中使用分布式设备到设备（D2D）通信，我们可以满足这些超密集低数据率（UDLD）类型的应用。THz中的D2D可能具有挑战性，但通过机会主义分配和智能学习算法，这些挑战可以得到缓解。我们提出了一种2层分布式D2D模型，其中设备使用协调的多智能体强化学习（MARL）来最大化密集室内部署的效率和用户覆盖。我们表明，网络中的致密化和移动性可用于进一步扩大THz设备的有限覆盖范围，而无需额外的基础设施或资源。
2020-09-22 cs.LG cs.NI
On the 5G Wireless Communications at the Low Terahertz Band
第四代（4G）移动通信系统的推出为4G之后的研究活动打响了发令枪。尽管增强频谱效率的技术传统上是对数据率和网络容量增加需求的解决方案，但是由于已经先进的技术，甚至更复杂的算法的回报不再值得复杂度的增加。此外，连接设备的数量激增，现在可以有效地使用短距离通信方法。还考虑到最近批准的60千兆赫（GHz）的工业，科学和医疗无线电频段的标准，在本文中，300 GHz左右的传输窗口被提议用于第五代无线通信系统。根据市场趋势提供了太赫兹（THz）波段低端的动机，并列出了更高频率的标准化活动。给出了电磁波在低太赫兹波段传播机制的统一数学表达式。概述了THz波段器件技术，并给出了适合大规模市场生产的最先进的低THz波段电路块的完整调查。最后，对未来的研究方向进行了展望.
2016-05-09 cs.NI
Error Correction with Systematic RLNC in Multi-Channel THz Communication Systems
太赫兹（THz）频段（0.3- 10 THz）具有大的可用带宽的优点，并且是满足无线通信中不断增长的移动业务的候选者。然而，太赫兹信道经常被大气中的分子吸收，这会降低信号质量，导致接收数据的高比特出错率。在本文中，我们研究了使用系统随机线性网络编码（sRLNC）的错误校正在一般的太赫兹系统与2N个并行通道，其中N个主要的高比特率通道与N个辅助通道与较低的比特率并行使用。这种方法背后的想法是使用编码的低比特率信道来携带来自高比特率信道的冗余信息，从而补偿THz传输中的错误。分析结果评估和比较THz系统的不同情况下的编码冗余量，编码率，辅助信道的传输速率，THz信道的数量，调制格式和传输距离作为容错THz传输所需的系统配置。
2021-06-05 cs.DC cs.NI eess.SP
THz/RF Multi-Hop Routing Throughput: Performance, Optimization, and Application
本文针对太赫兹通信的路径损耗问题，首次建立了基于随机几何的THz多跳路由分析框架，提出包含功率分配、中继选择和跳数设计的逐步优化方法以最大化吞吐量，并验证了其在无人机网络等系统设计中的应用优势。
2025-08-09 cs.NI
Joint Sensing and Communication for Situational Awareness in Wireless THz Systems
下一代无线系统正从仅通信系统快速发展到具有集成传感和通信的多模式系统。本文提出了一种新的联合传感和通信框架，使无线延展实境（XR）在太赫兹（THz）波段。为了收集丰富的传感信息和更高的视距（LoS）可用性，部署了太赫兹操作的可重构智能表面（RIS）作为基站。利用太赫兹的准光学性和机会主义地利用上行链路通信波形来提取感测参数。这使得能够将相同的波形、频谱和硬件用于感测和通信目的。然后，通过利用太赫兹信道的稀疏性，通过张量分解的环境传感参数。因此，一个高分辨率的室内映射推导出，以表征通信的空间可用性和用户的移动性。仿真结果表明，在所提出的框架中，分辨率和数据率的整个系统是正相关的，从而允许这些指标之间的联合优化没有权衡。实验结果还表明，该框架提高了系统在静态和移动系统中的可靠性。特别是，与具有光束跟踪的仅通信系统相比，在步行速度移动环境中实现了10%的最高可靠性增益。
2021-11-28 cs.IT cs.NI eess.SP
Active Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Terahertz Wireless Communications
本文探索主动可重构智能表面（RIS）辅助的太赫兹（THz）通信，通过制定考虑主动噪声、信号放大、分子吸收和波束失准等因素的遍历速率，解决了THz通信中遮挡敏感和覆盖受限的问题。
2024-07-03 cs.NI eess.SP
Parameter Modeling for Small-Scale Mobility in Indoor THz Communication
尽管存在诸如高路径损耗和设备成本等挑战，但太赫兹通信正成为实现超高数据率的潜在可行手段之一。为了补偿高路径损耗，我们提出了室内太赫兹通信的参数建模。为了最大限度地提高资源的利用效率和机会，我们分析了一个单一的接入点，以满足大多数的移动终端通过改变湿度，距离，频率窗口，波束宽度，天线的位置，和用户的移动性类型等参数的潜在解决方案。一个有希望的参数是天线波束宽度，其中较窄的波束导致较高的天线增益。然而，这可能导致“\textit{beamwidth dilemma}“场景，其中较窄的波束宽度可能由于设备移动性和定向而导致显著的中断。在本文中，我们提出了一个移动模型，执行不同的人的移动场景，其中每个场景有不同的数据率的需求和运动模式进行了广泛的分析，以解决这一挑战。我们观察到，对于移动用户，存在受移动性类型（高移动性、受限移动性和低移动性）和AP放置影响的最佳波束宽度。
2019-08-23 cs.NI eess.SP
Near-field 6G Networks: Why Mobile Terahertz Communications MUST Operate in the Near Field
本文通过数学建模和数值分析证明，仅在远场运行的移动太赫兹通信受严格带宽限制，因此宽带移动太赫兹通信必须在近场运行，而静止太赫兹链路则不受此约束。
2023-08-08 cs.NA cs.NI math.NA
Terahertz Wireless Communications in Space
新太空时代通过由公共太空机构和私营公司领导的新太空任务增加了太空通信量。在不久的将来，火星殖民也是载人任务的目标。由于地球和火星附近的太空交通不断增加，带宽变得越来越拥挤。此外，当前任务的下行链路性能在延迟和数据率方面并不令人满意。因此，为了满足空间链路日益增长的需求，本研究提出了太赫兹波段（0.1-10 THz）的无线通信。与此相一致，我们讨论了实现太赫兹波段空间链路所面临的主要挑战和可能的解决方案。此外，我们模拟了火星空间太赫兹链路的情况下，一个明确的火星大气层，和一个沉重的沙尘暴表明，即使在最坏的条件下，大带宽可用于火星通信流量。
2021-10-02 cs.ET cs.NI
Deep Learning for THz Drones with Flying Intelligent Surfaces: Beam and Handoff Prediction
我们考虑的问题，主动切换和波束选择太赫兹（THz）无人机通信网络辅助可重构智能表面（RIS）。无人机已经成为下一代无线网络的关键资产，以提供无缝连接并扩展覆盖范围，并且可以在很大程度上受益于在THz频段中操作以实现高数据率（例如考虑用于6 G）。然而，太赫兹通信非常容易受到信道损伤和阻塞效应的影响，这在考虑无人机移动性时变得格外具有挑战性。RISs通过适应渠道动态，提供了扩展覆盖范围的灵活性。为了将RIS集成到THz无人机通信中，我们提出了一种基于递归神经网络的新型深度学习解决方案，即门控递归单元（GRU），该解决方案基于无人机位置/波束轨迹的先前观察，主动预测每个无人机的服务基站/RIS和服务波束。该解决方案有可能扩大无人机的覆盖范围，并增强下一代无线通信的可靠性。基于无人机波束/位置轨迹预测未来波束显著降低了波束训练开销及其相关延迟，因此成为服务于时间关键型应用的可行解决方案。基于真实3D射线跟踪模拟的数值结果表明，所提出的深度学习解决方案通过实现接近最佳的主动切换性能和超过90%的波束预测准确度，对于未来的RIS辅助THz网络是有希望的。
2021-02-22 cs.IT cs.NI math.IT
Meta-Reinforcement Learning for Reliable Communication in THz/VLC Wireless VR Networks
Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University College London（伦敦大学学院）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；the Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；Shenzhen Research Institute of Big Data（深圳大数据研究院）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）
针对室内太赫兹（THz）/可见光通信（VLC）无线网络，研究了提高虚拟现实（VR）服务质量的问题。在所研究的模型中，小型基站（SBS）通过THz波段向VR用户传输高质量的VR图像，发光二极管（LED）使用VLC为他们提供准确的室内定位服务。在这里，VR用户实时的移动，他们的移动模式根据他们的应用随着时间的推移而变化，其中THz和VLC链接都可以被VR用户的身体阻挡。为了控制所研究的THz/VLC无线VR网络的能量消耗，必须选择性地打开VLC接入点（VAP），以确保VR用户的准确和广泛的定位。根据用户的位置，每个SBS必须生成相应的VR图像，并在没有身体阻挡的情况下建立THz链路以传输VR内容。该问题被制定为一个优化问题，其目标是通过选择合适的VAP打开和控制用户与SBS的关联，以最大限度地提高VR网络的可靠性。为了解决这个问题，提出了一种采用元学习方法的基于策略梯度的强化学习（RL）算法。提出的Meta策略梯度（MPG）算法使训练后的策略能够快速适应新的用户移动模式。为了解决大用户数虚拟现实场景中平均成功服务用户数最大化的问题，提出了一种低复杂度的基于对偶方法的MPG算法（D-MPG）.仿真结果表明，与信赖域策略优化算法（TRPO）相比，MPG和D-MPG算法的可靠性分别提高了26.8%和21.9%，收敛速度分别提高了81.2%和87.5%。
2022-03-27 cs.LG cs.NI
Reinforcement Learning for Optimized Beam Training in Multi-Hop Terahertz Communications
University of Colorado Colorado Springs（科罗拉多大学科罗拉多斯普林斯分校）
在太赫兹（THz）频带上的通信是用于在下一代无线网络中实现极高数据率的有前途的解决方案。虽然由于THz频率处的高大气吸收，THz通信通常被设想用于短距离无线应用，但是可以实现多跳定向传输以扩展通信范围。然而，为了实现多跳THz通信，传统的波束训练方案，例如穷举搜索或具有固定数量的训练级别的分层方法，可能导致非常大的时间开销。为了解决这一问题，本文提出了一种具有动态训练水平的分层波束训练方案，以优化多跳THz链路的性能。事实上，制定优化问题，以最大限度地提高多跳THz链路的整体频谱效率，通过动态和联合选择的波束训练水平的数量在所有的组成单跳链路。针对信道状态信息、噪声和路径损耗未知的情况，提出了一种基于多臂强盗（MAB）的强化学习方法。仿真结果表明，该方案在随机信道和噪声环境下具有快速收敛性。结果还表明，所提出的方案可以产生高达75%的性能增益，在频谱效率方面，相比传统的分层波束训练与固定数量的训练水平。
2021-02-10 cs.IT cs.LG cs.NI
Joint Sensing, Communication, and AI: A Trifecta for Resilient THz User Experiences
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Technology Innovation Institute（技术创新研究院）；CentraleSupelec（中央高等电力学院）；University Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本研究提出感知-通信-AI联合框架，通过张量分解提取太赫兹感知参数、生成式AI预测感知信息、多智能体网络控制RIS切换，显著提升太赫兹XR体验的可靠性与韧性。
2023-04-29 cs.IT cs.LG cs.NI
Millimetre-waves to Terahertz SISO and MIMO Continuous Variable Quantum Key Distribution
随着对大带宽的需求呈指数级增长，考虑最佳网络平台以及通信网络中信息的安全性和隐私性是重要的。毫米波（mm）和高载波频率的太赫兹（THz）被提出作为使能技术，通过提供超宽带信号来克服现有通信系统的香农信道容量限制。毫米波和太赫兹也能够建立与光通信系统兼容的无线链路。然而，大多数可以在这些频率范围（100 GHz-10 THz）内合理有效地运行的固态组件，特别是源和探测器，需要低温冷却，这是大多数量子系统的要求。在这里，我们表明，安全的毫米波和太赫兹量子密钥分发可以实现时，源和探测器在低温下工作到T= 4K。我们比较了单输入单输出（SISO）和多输入多输出（MIMO）连续变量太赫兹量子密钥分发（CVQKD）方案，发现在f=100 GHz和1 THz之间的频率范围内，正密钥速率是存在的。此外，我们还发现，在较低的温度下，使用1024*1024根天线，可以延长最大传输距离，提高密钥速率，并在f= 100 GHz，T=4K时实现超过5 km的最大保密通信距离。我们的研究结果可能有助于开发下一代安全无线通信系统和量子互联网，用于从卫星间和深空到室内和短距离通信的应用。
2023-01-11 cs.AR cs.CR cs.ET
