A Measurement-Calibrated AI-Assisted Digital Twin for Terahertz Wireless Data Centers
本文提出一种测量校准的AI辅助数字孪生框架，用于太赫兹无线数据中心，结合信道测量、射线追踪和隐式神经场建模，实现复杂环境下的精准通信建模与系统评估。
2026-03-25 cs.IT math.IT
Scattering Mechanisms and Modeling for Terahertz Wireless Communications
本文提供了从微波到太赫兹波段的频率范围内的无线电波散射的分析（例如，1 GHz - 1 THz），通过研究不同表面粗糙度的各种类型材料再辐射的散射功率。首先，散射和反射的基本原理被开发和解释用于无线移动无线电中，散射对粗糙表面的反射系数的影响进行了研究。接收功率的推导使用两种流行的散射模型-定向散射（DS）模型和雷达截面（RCS）模型，通过模拟在广泛的频率范围内，材料，和方向的两个模型，和测量确认DS模型在140 GHz的准确性。这篇论文表明，散射可以成为一个突出的传播机制，频率扩展到毫米波（毫米波）和更高，但在其他时候可以被视为简单的反射。散射效应的知识对于适当和现实的信道模型至关重要，这进一步支持大规模多输入多输出（MIMO）技术的开发、定位、射线跟踪工具设计以及未来5G和6 G无线系统的成像。
2019-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Molecular Absorption Effect: A Double-edged Sword of Terahertz Communications
太赫兹波段（THz）（0.1- 10 THz）的通信被认为是未来6 G及更高无线系统的有前途的技术，以克服不断增长的无线数据流量和拥挤的频谱的挑战。随着频率从微波波段增加到THz波段，新的频谱特征对无线通信系统设计提出了前所未有的挑战。分子吸收效应是一种新的太赫兹光谱特性，它使特定频率处的路径损耗和噪声增大。这给太赫兹无线通信系统带来了一把双刃剑。一方面，从数据率的观点来看，分子吸收是有害的，因为它降低了接收信号功率并降低了信道容量。另一方面，值得注意的是，对于无线安全性和隐蔽性，分子吸收效应可以用来保护用户之间的太赫兹通信。本文分析了分子吸收效应的特点及其对THz系统设计的影响，旨在为更好地利用这种独特的THz现象提供指导。具体而言，由于分子吸收很大程度上取决于传播介质，不同的通信场景组成的各种媒体进行了讨论，包括陆地，空气和空间，海面和纳米尺度的通信。在此基础上，提出了两种新的分子吸收启发式安全隐蔽通信方案，该方案利用分子吸收效应作为提高安全性和隐蔽性的关键和独特特征。
2022-05-25 cs.IT eess.SP math.IT
Mobility-Aware Performance in Hybrid RF and Terahertz Wireless Networks
使用随机几何工具，本文开发了一个易于处理的框架，分析在一个双层无线网络中的移动用户的性能在子6 GHz和太赫兹（THz）的传输频率。具体而言，使用等效距离的方法，我们的整体切换（HO）的水平和垂直HO和移动性感知的覆盖概率方面的概率。此外，我们表征了分子吸收噪声存在下的THz网络的新的覆盖概率表达式，并强调了其对用户性能的显着影响。具体而言，我们推导出一种新的闭合形式的拉普拉斯变换的累积分子噪声和干扰的混合RF-THz网络中的移动用户所观察到的表达式。此外，我们提供了一种新的近似推导出一个典型的用户在混合RF-THz网络的条件距离分布。最后，使用总的HO概率和覆盖概率表达式，移动性感知的覆盖概率已在混合RF-THz网络中导出。我们的数学结果验证了所推导的表达式使用Monte-Carlo模拟的正确性。结果提供了洞察用户的移动性和分子噪声在太赫兹传输的移动用户的覆盖概率的不利影响。我们的研究结果表明，太赫兹基站（TBS）的强度的小幅增加（约5倍）可以增加HO概率比的情况下，当RF BS（RBS）的强度增加了100倍。此外，我们注意到，高分子吸收对于TBS的特定部署强度可能是有益的（就最小化干扰和分子噪声而言），并且益处可以超过由于分子吸收而导致的信号劣化的缺点。
2021-12-19 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Wireless Communications: Co-sharing for Terrestrial and Satellite Systems above 100 GHz
本文展示了高达1 THz的频谱将如何在未来几十年内支持5G以上的移动通信。在140 GHz的屋顶代理卫星/塔基站的测量结果显示地面网络和代理卫星系统之间的自然隔离，以及地面移动用户和同信道固定回程链路之间的自然隔离。这些首次测量和伴随的分析表明，通过将地面发射器辐射的能量保持在地平线上（例如，仰角$\leq$ 15 \textdegree），在无源卫星传感器和地面终端之间，或者在移动链路和频率高于100 GHz的地面回程链路之间的相同或相邻频带中将不可能存在干扰。
2021-05-27 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for Terahertz Wireless Communications: Challenges, Architectures, and Open Problems
太赫兹（THz）通信通过提供数十GHz带宽而被视为第六代（6 G）无线系统的支柱技术。为了克服传输距离短和传播损耗大的缺点，人们提出了采用亚毫米波长天线阵列的超大规模MIMO系统，以获得高增益。在UM-MIMO系统中，混合波束成形技术在提高数据率和降低功耗方面具有巨大的潜力。针对太赫兹波的特殊性，研究了太赫兹波混合波束形成技术的特点和面临的挑战。具体来说，我们证明了空间自由度（SDoF）小于5，这是由于太赫兹信道的极端稀疏性。研究了由高达15 dB以上的巨大反射和散射损耗引起的阻塞问题。此外，我们分析了包含1024个或更多天线的阵列所带来的挑战，包括对智能子阵列架构的要求，严格的能源效率，以及基于球面波传播机制的传播特性。由于带宽高达几百GHz，当带宽分数超过10%时，波束倾斜效应会导致超过5 dB的阵列增益损失。受此启发，本文提出了三种新的太赫兹混合波束形成结构，包括宽间隔多子阵、动态子阵阵列和基于真时延的结构。我们还展示了潜在的数据率，功耗和阵列增益的太赫兹通信能力。作为THz混合波束形成设计的路线图，多个开放的问题和潜在的研究方向进行了阐述。
2021-01-21 cs.IT eess.SP math.IT
Seven Defining Features of Terahertz (THz) Wireless Systems: A Fellowship of Communication and Sensing
太赫兹（THz）频段（0.1- 10 THz）的无线通信被视为未来6 G无线系统的基石之一。由于大量的可用带宽，太赫兹频率可以潜在地提供无线容量性能增益，并实现高分辨率感测。然而，在太赫兹波段操作无线系统受到高度不确定的信道的限制。有效地，这些通道限制导致不可靠的间歇性链路，这是由于短的通信范围，以及对阻塞和分子吸收的高度敏感性。因此，这种障碍可能会破坏太赫兹波段的高速率通信和高分辨率传感能力的承诺。在这种情况下，本文将探讨有效地部署和操作下一代太赫兹无线系统，将协同支持通信和传感服务的奖学金所需的步骤。为此，我们首先通过描述太赫兹频段的基本原理来搭建舞台。基于这些基本原理，我们描述了THz无线系统的七个独特的定义特征：1）频带的准光学性，2）THz定制的无线架构，3）与低频段的协同作用，4）联合传感和通信系统，5）PHY层程序，6）频谱接入技术，7）实时网络优化。这七个定义功能使我们能够阐明如何重新设计我们今天所知道的无线系统，以便使它们准备好支持THz频段。此外，这些功能突出了THz系统如何将每一个通信挑战转化为感知机会。最终，本文的目标是绘制一个前瞻性的路线图，揭示必要的解决方案和里程碑，使太赫兹频率实现其作为下一代无线系统游戏规则改变者的潜力。
2021-09-25 cs.IT math.IT
Reliable Beamforming at Terahertz Bands: Are Causal Representations the Way Forward?
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
未来的无线服务，如虚拟世界，需要高信息速率，可靠性和低延迟。多用户无线系统可以通过利用大量天线的丰富太赫兹带宽来满足这些要求，从而创建窄波束成形解决方案。然而，现有的解决方案缺乏对信道动态的适当建模，导致在高移动性场景中的不准确的波束成形解决方案。本文首次提出了一种动态的、语义感知的波束形成解决方案，利用变分因果推理中的新型人工智能算法来计算多模态数据的因果表示和波束形成的时变动态。仿真结果表明，所提出的太赫兹（THz）波束形成的容限引导的方法优于经典的MIMO波束形成技术。
2023-03-14 cs.IT cs.LG eess.SP
Ground-to-UAV sub-Terahertz channel measurement and modeling
本研究针对140 GHz地空太赫兹信道，通过实验测量与几何随机模型分析UAV悬停及动态运动对信道性能的影响，发现UAV方向调整影响微小且波束宽度增加可降低精确对准需求。
2024-07-30 cs.IT eess.SP math.IT
Cross Far- and Near-field Wireless Communications in Terahertz Ultra-large Antenna Array Systems
本文研究了太赫兹超大天线阵列系统中的跨远近场通信挑战，提出了混合球面与平面波信道模型、跨场信道估计及多子阵列混合波束成形等解决方案，并评估其性能，最后指出了未来的潜在研究方向。
2023-08-03 cs.IT eess.SP math.IT
Triple-Band Scheduling with Millimeter Wave and Terahertz Bands for Wireless Backhaul
随着移动业务需求的爆炸式增长，密集部署的宏小区下的小小区对于5G及更高级别的无线网络具有巨大的潜力。在本文中，我们考虑的问题，支持不同的QoS要求的业务流，利用三个高频段，即，28GHz频带、E频带和太赫兹（THz）频带。三个频带的合作有助于最大化满足QoS要求的流的数量。为了解决制定的非线性整数规划问题，我们提出了一个三带调度方案，可以选择最佳的调度频带之间的三个不同的频带为每个流。所提出的方案还有效地利用资源调度流传输的时隙。大量的模拟表明，该计划的优越性能超过三个基线计划的完成流的数量和系统吞吐量。
2022-05-28 cs.IT cs.NI math.IT
Efficient Multi-Beam Training For Terahertz Wireless communications
虽然太赫兹通信系统可以提供高数据率，但它需要在发射机和接收机处进行高定向波束成形以在长距离上实现这样的速率。因此，有效的波束训练方法对于加速链路建立至关重要。在这项研究中，我们提出了一种低复杂度的太赫兹通信系统的波束训练方案，该方案使用低成本的小规模混合架构来辅助大规模阵列进行数据传输。所提出的方案包括两个关键阶段：（1）在辅助阵列阶段进行粗略的AoA/AoD估计，用于波束子集优化;以及（2）在数据传输阵列阶段通过利用信道稀疏性进行精确的AoA/AoD估计。分析表明，该方案的复杂度与主路径数成线性关系，从而大大降低了波束训练的复杂度。仿真结果表明，该方案在频谱效率方面优于相关工作。
2021-12-31 cs.IT cs.SY eess.SY
Digital Twin Empowered In-Vehicular Channel Modeling and Wireless Planning in the Terahertz Band
本文基于300 GHz频段车内信道测量构建车辆数字孪生并集成到Sionna射线追踪仿真器中，提出射线追踪-统计混合信道模型，进而完成SINR分析、覆盖概率评估和最优发射机部署等无线规划。
2025-11-11 cs.IT math.IT
Terahertz Band: The Last Piece of RF Spectrum Puzzle for Communication Systems
设备和应用程序的超高带宽、可忽略的延迟和无缝通信被视为重大里程碑，将彻底改变社会创建、分发和消费信息的方式。我们最近目睹的无线数据业务的显著扩展已经提倡在无线电频谱中调查合适的机制，以满足用户不断升级的需求，并允许开发和利用异构基础设施的大容量和大规模连接。为此，太赫兹（THz）频段（0.1-10 THz）作为涉及高速传输的场景的理想选择在研究界受到了显著关注。特别地，随着技术和设备的发展，THz通信的进步正在弥合毫米波（mmW）和光频率范围之间的差距。此外，IEEE 802.15标准套件已发布，以塑造监管框架，从而实现创新，并提供以100 Gbps跨越有线和无线边界的完整解决方案。然而，尽管在太赫兹无线研究中见证了加速的进展，太赫兹频带仍然被认为是最少探测的频段之一。因此，在这项工作中，我们提出了一个最新的审查文件，分析与太赫兹系统架构的基本要素和机制。
2019-07-11 cs.IT eess.SP math.IT
Near-field Hybrid Beamforming for Terahertz-band Integrated Sensing and Communications
针对太赫兹大规模阵列近场波束斜视降低ISAC波束成形精度的问题，提出近场太赫兹ISAC混合波束成形交替优化方法及基带波束斜视补偿方案，在无额外硬件下实现良好频谱效率与斜视抑制效果。
2023-09-25 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter-wave and Terahertz Spectrum for 6G Wireless
随着5G的标准化，商用毫米波（mmWave）通信已经成为现实，尽管人们对这些频率的不利传播特性存在种种担忧。尽管5G系统仍在推出，但有人认为，它们的每秒千兆比特速率可能无法支持许多新兴应用，如3D游戏和延展实境。此类应用将需要数百千兆比特每秒至数太比特每秒数据率，同时具有低延迟和高可靠性，这有望成为下一代6G通信系统的设计目标。鉴于太赫兹（THz）通信系统在短距离内提供此类数据率的潜力，它们被广泛认为是无线通信研究的下一个前沿。本章的主要目标是为读者提供有关毫米波和太赫兹频段的足够背景知识，以便他们能够理解在当前无线环境中使用这些频段进行商业通信的必要性，并推理在这些频段上运行的通信系统的关键设计考虑因素。为了实现这一目标，本章提供了一个统一的处理这些频段，特别强调其传播特性，信道模型，设计和实施的考虑，以及潜在的应用6G无线。还简要介绍了目前与将这些波段用于商业通信应用有关的标准化活动。
2021-02-20 cs.IT math.IT
A Power Efficiency Metric for Comparing Energy Consumption in Future Wireless Networks in the Millimeter Wave and Terahertz bands
未来的无线蜂窝网络将利用毫米波和亚太赫兹频率，并部署小小区基站，以实现每个用户每秒数百兆比特的数据率。向亚太赫兹频率的转变将需要注意可持续性和尽可能减少功率，以减少碳足迹，同时为大量资源受限的设备保持足够的电池寿命。本文采用一种新的度量标准--功率浪费因子（$ W $），对未来无线网络的功耗进行了分析，为未来无线网络的绿色技术--“绿色G”的研究和开发提供了依据。使用$ W $，可以通过量化级联信号路径上所有器件浪费的功率来考虑功率效率。然后，我们表明，消费效率因子（$CEF$），定义为达到的最大数据率的总功耗的比率，是一种新的和强大的衡量功率效率，显示更少的能量每比特的细胞大小缩小和载波频率和信道带宽增加。我们的研究结果提供了一个标准的方法来计算和比较功耗和能源效率。
2023-01-14 cs.IT math.IT
When Wires Can't Keep Up: Reconfigurable AI Data Centers Empowered by Terahertz Wireless Communications
本文提出利用太赫兹无线通信构建可重构AI数据中心，通过超宽带容量、低延迟和高能效，解决传统有线互连在AI数据中心中的瓶颈问题。
2026-01-01 cs.IT math.IT
Sub-Terahertz Wireless Coverage Analysis at 142 GHz in Urban Microcell
小型蜂窝基站将用于毫米波和亚太赫兹通信系统，以向移动用户提供多Gbps数据率和可靠的覆盖。本文分析了亚太赫兹通信系统的基站覆盖范围和系统性能的频谱效率方面，通过Monte Carlo模拟单小区和多小区的情况下。这些模拟基于在纽约布鲁克林市中心进行的城市微小区（UMi）环境中以142 GHz进行的室外现场测量得出的真实信道模型。在142 GHz下，单小区基站可以提供半径为200 m的下行链路覆盖区域，而7小区系统可以提供半径为400 m的下行链路覆盖区域。使用1GHz下行链路带宽和100MHz上行链路带宽，7小区系统可以在142GHz提供大约4.5Gbps的下行链路平均数据率和410Mbps的上行链路平均数据率。
2022-03-17 cs.IT math.IT
Can Terahertz Provide High-Rate Reliable Low Latency Communications for Wireless VR?
无线虚拟现实（VR）提出了新的视觉和触觉要求，这些要求与VR用户的体验质量（QoE）直接相关。这些QoE要求只能通过提供高速率和高可靠性低延迟通信（HRLLC）的无线连接来满足，这与通常在普通超可靠低延迟通信场景中考虑的低速率不同。短距离VR的高速率只能由巨大的带宽来支持，这在太赫兹（THz）频带中可用。保证HRLLC需要处理THz信道特有的不确定性。为了探索THz满足HRLLC要求的潜力，通过端到端（E2 E）延迟尾部的新颖且严格的表征来量化不可靠VR性能的风险。然后，对tail-value-atrisk（TVaR）进行全面分析，以具体描述对实时VR体验至关重要的极端无线事件的行为。系统可靠性的情况下，有保证的视线（LoS），然后推导出一个新的表达后，太赫兹网络参数的太赫兹传输延迟的概率分布函数的函数。数值结果表明，充分的带宽和低的分子吸收是必要的，以提高可靠性。然而，与LoS的可用性相比，它们的效果仍然是次要的，这显著影响了THz HRLLC的性能。特别地，对于具有保证的LoS的场景，当考虑阻塞时，对于15 GHz的带宽以及18.3 Gbps的数据率，THz网络（以1 THz的频率操作）可以实现99.999%的可靠性（E2 E延迟阈值为20 ms），相比之下，对于两倍的带宽，可靠性为96%。
2021-03-24 cs.IT math.IT
LoS MIMO-Arrays vs. LoS MIMO-Surfaces
无线研究界对亚太赫兹频段表示出极大的兴趣，以便在未来的无线网络中实现移动通信。亚太赫兹波段提供了大量的可用带宽，因此，有望实现光速无线通信。在这样的高频带，收发器需要具有更大的孔径，并且需要比在低频带更密集地部署。这些因素成比例地增加了远场极限，电磁波的球面曲率不能再被忽略。这提供了实现空间复用的机会，即使在视线信道。在本文中，我们概述和比较现有的设计方案，以实现高秩传输的视线信道。
2023-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Line-Of-Sight MIMO Communication: Theory and Practical Challenges
无线通信的一个无情的趋势是对带宽的渴望，而新的带宽只能在更高的频率上找到。虽然5G系统正在抢占毫米波频段，但研究人员的注意力已经转移到太赫兹范围。在遥远的小波长的土地上，天线阵列可以用于比功率增强波束成形更多的功能。无视低频智慧，空间复用甚至在视线条件下也变得可行。本文回顾了这一现象的基础，并调查了最近的结果，随之而来的信息理论的能力。可重构阵列架构提出，可以密切接近这样的能力，实际的挑战进行了讨论，并提出支持实验证据。
2020-08-04 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming for 5G and Beyond Millimeter-Wave Systems: A Holistic View
毫米波（mm-wave）通信是未来无线网络的关键技术。为了对抗显著的路径损耗并利用丰富的毫米波频谱，有效的波束成形至关重要。然而，传统的全数字波束成形技术是不适用的，因为它们需要用于每个天线元件的单独的射频（RF）链，这是昂贵的并且消耗太多能量。混合波束成形是一种具有成本效益的替代方案，它可以通过采用少量的RF链来显著降低硬件成本和功耗。本文基于针对不同硬件结构的新分类法，对5G及更高级别的毫米波系统的混合波束成形进行了全面阐述。我们采取务实的方法，从三个关键方面比较不同的建议：1）硬件效率，即，所需的硬件组件; 2）相关联的波束成形算法的计算效率;以及3）可实现的频谱效率，主要性能指标。通过系统的比较，这三个设计方面之间的相互作用和权衡证明，和有前途的候选人在未来的无线网络中的混合波束成形。
2019-12-04 cs.IT eess.SP math.IT
On the Reliability of Wireless Virtual Reality at Terahertz (THz) Frequencies
为虚拟现实（VR）服务提供高数据率的超可靠低延迟通信（URLLC）是实现视觉和触觉双重VR感知的关键挑战。在本文中，太赫兹（THz）蜂窝网络被认为是提供高速率的VR服务，从而实现成功的视觉感知。对于该网络，保证高速率的URLLC需要克服THz信道带来的不确定性。为此，通过太赫兹链路的VR服务的可实现的可靠性和延迟的特点。特别是，一个新的表达式的传输延迟的概率分布函数推导出系统参数的函数。随后，端到端（E2E）的延迟分布，考虑到处理和传输延迟被发现和一个易于处理的表达系统的可靠性推导出作为太赫兹网络参数的函数，如分子吸收损耗和噪声，发射功率，和VR用户和其各自的小基站（SBS）之间的距离。数值结果表明，各种系统参数，如带宽和不可忽略的干扰的区域上的系统的可靠性的影响。特别是，结果表明，THz可以提供高达16.4 Gbps的速率和99.999%的可靠性（延迟阈值为30 ms），前提是分子吸收对THz链路的影响，这大大限制了SBS的通信范围，通过相应地增加网络密度来减轻。
2019-05-18 cs.IT math.IT
Tri-Band Channel Measurement-Enabled Multi-Layer Digital Twin for Terahertz Wireless Data Centers
Terahertz Wireless Communications (TWC) Interdisciplinary Research Center, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学太赫兹无线通信（TWC）跨学科研究中心）；Huawei Technologies Company Ltd.（华为技术有限公司）；School of Information Science and Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学信息科学与工程学院）
该研究针对太赫兹无线数据中心，提出基于三频段信道测量的多层数字孪生框架，构建感知视距的AI信道孪生体，实现更低功率重构误差与超90%覆盖范围，支撑高效规划优化。
2026-09-03 cs.IT cs.LG math.IT
Performance evaluation of THz wireless systems under the joint impact of misalignment fading and phase noise
本文研究了多载波太赫兹（THz）无线系统中失调衰落和本振相位噪声的联合影响。更详细地说，在建立一个合适的系统模型，考虑到太赫兹信道的特殊性，以及收发器的特性，我们提出了模拟结果，量化的平均信号与干扰加噪声比（SINR）和中断概率（OP）的失调衰落和PHN的联合影响。
2019-07-19 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming for RIS-Empowered Multi-hop Terahertz Communications: A DRL-based Method
太赫兹频带（0.1- 10 THz）中的无线通信被设想为未来第六代（6 G）无线通信系统的关键使能技术之一。然而，太赫兹频率很高的传播衰减和分子散射往往限制了信号的传输距离和覆盖范围。基于可重构智能表面（RIS）在实现智能无线电传播环境方面的突破，提出了一种新的混合波束形成方案，用于多跳RIS辅助通信网络，以提高太赫兹频段的覆盖范围。我们研究了BS处的数字波束成形矩阵和RIS处的模拟波束成形矩阵的联合设计，通过利用深度强化学习（DRL）的最新进展来对抗传播损耗。仿真结果表明，与基准方案相比，该方案能够将THz通信的覆盖范围提高50%以上.此外，它也表明，我们提出的DRL为基础的方法是一个国家的最先进的方法来解决NP-巴德波束成形问题，特别是当信号在RIS授权太赫兹通信网络经历多跳。
2020-09-20 cs.IT cs.LG eess.SP
ViWi Vision-Aided mmWave Beam Tracking: Dataset, Task, and Baseline Solutions
视觉辅助无线通信受到深度学习和计算机视觉的最新进展以及对毫米波（mmWave）和太赫兹系统中视线链路的日益依赖的推动。通过利用视觉，这一新的研究方向实现了一系列有趣的新功能，例如视觉辅助毫米波波束和阻塞预测、主动切换和资源分配等。这些功能有可能可靠地支持高度移动的应用，例如车辆/无人机通信以及毫米波和太赫兹系统中的无线虚拟/增强现实。然而，研究这些有趣的应用程序需要开发特殊的数据集和机器学习任务。基于Vision-Wireless（ViWi）数据集生成框架[1]，本文开发了一个先进而现实的场景/数据集，具有多个基站，移动用户和丰富的动态。在此数据集的支持下，本文定义了视觉无线毫米波波束跟踪任务（ViWi-BT），并提出了一个基线解决方案，可以为未来的ViWi-BT算法提供初始基准。
2020-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
Beam-Based Multiple Access for IRS-Aided Millimeter-Wave and Terahertz Communications
本文提出一种基于波束的IRS辅助毫米波与太赫兹通信多址接入策略，利用混合数模阵列的多个子阵列形成独立波束以消除用户间干扰，结合正交与非正交多址优势，经仿真验证大幅提升了系统容量。
2024-01-02 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of Multi-Reconfigurable Intelligent Surface-Empowered THz Wireless Systems
在本文中，我们介绍了一个理论框架，分析性能的多可重构智能表面（RIS）授权太赫兹（THz）无线系统受到湍流和随机光束失调。更详细地说，我们提取了一个封闭形式的表达式的中断概率，量化的湍流和未对准的联合影响，以及收发器的硬件缺陷的影响。我们的研究结果强调了在评估多RIS授权的THz无线系统的性能时准确建模湍流和未对准的重要性。
2022-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
Inter-satellite Quantum Key Distribution at Terahertz Frequencies
太赫兹（THz）通信是在高容量下一代无线网络的背景下大量研究的主题。量子通信也是一个深入研究的主题，最近是在天基部署的背景下进行的。在这项工作中，我们探讨了使用太赫兹频率作为一种手段，以实现量子通信的星座内的微型卫星在低地球轨道（LEO）。研究了微小卫星星座与高空地面站之间的量子通信。我们的工作表明，太赫兹量子纠缠分发和太赫兹量子密钥分发是可行的部署方案，在微小卫星的背景下。我们讨论了这种部署如何为全球量子和无线网络的更简单集成开辟了可能性。使用太赫兹频率的量子雷达应用的背景下，低地球轨道部署的可能性进行了简要讨论。
2019-02-21 cs.CR cs.IT math.IT
Initial Access for Millimeter-Wave and Terahertz Communications with Hybrid Beamforming
为了在第六代（6G）移动系统中实现每秒太比特（Tbps）的数据率，无线通信需要利用毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频带中的丰富频谱。然而，高频传输严重依赖于高波束成形增益来补偿严重的传播损耗。基于波束的系统在初始接入过程中面临障碍，其中基站必须向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。因此，本文提出了一种新的全向广播方案的毫米波和太赫兹系统与混合波束形成。它通过在子阵列上形成互补波束，在所有方向上提供瞬时相等的增益。数值结果表明，该方案可以实现全方位覆盖，其性能明显优于已有方案。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Vision-Aided Dynamic Blockage Prediction for 6G Wireless Communication Networks
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
释放毫米波和亚太赫兹无线通信网络的全部潜力取决于实现前所未有的低延迟和高可靠性要求。满足这些要求的挑战部分在于毫米波和亚太赫兹频率范围内的信号对阻塞的敏感性。解决这一挑战的一个有希望的方法是使用机器学习帮助无线网络发展对其周围环境的感知。本文试图通过利用深度学习和计算机视觉来做到这一点。它提出了一种新的解决方案，主动预测\textit{dynamic}链路阻塞。更具体地说，它开发了一种深度神经网络架构，该架构可以从观察到的RGB图像序列和波束成形向量中学习如何预测未来可能的链路阻塞。所提出的架构进行评估的公开可用的数据集，代表一个合成的动态通信场景与多个移动用户和阻塞。它在86%附近的链接阻塞预测准确度得分，如果不利用视觉数据，这种性能不太可能匹配。
2020-06-18 cs.CV cs.IT eess.SP
Pinching-Antenna-Assisted Terahertz Communications: Modeling and Benchmarking
German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI)（德国人工智能研究中心）；University of Kaiserslautern (RPTU)（凯泽斯劳滕大学）
研究将夹点天线系统（PASS）扩展到太赫兹频段的建模与性能，开发首个分析框架，整合多种效应，在相同场景下与传统相控阵基准测试，发现其通过接近利用实现频谱效率有效增益，适合特定部署拓扑。
2026-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
Electromagnetic Modeling of Holographic Intelligent Reflecting Surfaces at Terahertz Bands
智能反射面（IRS）辅助的无线通信被广泛认为是6G系统的关键技术。然而，部署IRS辅助太赫兹（THz）链路的主要挑战是高频带的严重传播损耗。因此，THz IRS预计将由大量反射元件组成，以补偿这些损失。然而，随着IRS尺寸的增长，传统的远场假设开始变得无效，并且必须考虑辐射波的球面波前。在这项工作中，我们专注于近场和解析确定IRS响应的菲涅尔区利用电磁理论。具体来说，我们推导出一个新的表达式的路径损耗和光束模式的全息IRS，然后使用它来模拟其离散对应。我们的分析揭示了太赫兹红外光谱的建模方面和光束聚焦能力。
2021-08-18 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Technologies for Ultra-Massive MIMO in Terahertz Communications
具有频带$0.1-10$ THz的太赫兹（THz）通信被设想为未来高速无线通信的有前景的解决方案。虽然THz信号具有数十GHz的可用带宽，但THz信号存在严重的自由扩展损耗和分子吸收损耗，这限制了无线传输距离。为了补偿传输损耗，可以应用超大规模多输入多输出（UM-MIMO）技术通过波束形成技术来产生高增益的定向波束。本文综述了太赫兹UM-MIMO系统中的波束形成技术。具体而言，我们首先提出了太赫兹UM-MIMO系统模型，并确定其信道参数和结构类型。然后，我们说明了通过UM-MIMO波束形成的基本原理，并讨论了太赫兹UM-MIMO的远场和近场假设。此外，THz波段的一种重要波束形成策略，即，波束训练，其中概括了波束训练协议和码本设计方法。分别研究了THz UM-MIMO系统中智能反射面辅助的联合波束形成和多用户波束形成。分析了太赫兹波束形成中的空间宽带效应和频率宽带效应，并提出了相应的解决方案。此外，我们提出了相应的制造技术和照明的新兴应用受益于太赫兹波束成形。最后强调了THz UM-MIMO系统面临的挑战和未来的研究方向。
2023-03-13 cs.IT eess.SP math.IT
On the Ruin of Age of Information in Augmented Reality over Wireless Terahertz (THz) Networks
为增强现实（AR）服务保证新鲜和可靠的信息是实现实时体验并为用户维持高质量的物理体验（QoPE）的关键挑战。在本文中，太赫兹（THz）蜂窝网络用于交换率饥饿AR内容。对于该网络，保证瞬时低峰值信息年龄（PAoI）对于克服THz信道引起的不确定性是必要的。特别是，一个新的经济概念，即，破产的风险，提出了检查的概率发生罕见的，但极高的PAoI，可能危及AR服务的操作。为了评估这些危险的严重程度，累积分布函数（CDF）的PAoI推导出两种不同的调度策略。该CDF然后被用来找到破产的最大严重程度的概率PAoI。此外，为了提供关于AR内容的年龄的长期见解，还导出了整个系统的平均PAoI。模拟结果表明，在预期和最坏情况下，用户数量的增加将对PAoI产生积极影响。同时，带宽的增加降低了平均PAoI，但导致破产性能的严重性下降。研究结果还表明，一个系统的抢占式的最后来先服务（LCFS）队列的有限大小的缓冲区有一个更好的破产性能（12%的概率增加，保证不太严重的PAoI，同时增加用户的数量），而先来先服务（FCFS）队列的有限的缓冲区导致一个更好的平均PAoI性能（45%降低PAoI，因为我们增加带宽）。
2020-08-23 cs.IT cs.NI math.IT
Error analysis of mixed THz0RF wireless systems
在这封信中，我们介绍了一种新的混合太赫兹（THz）-射频（RF）无线系统架构，可用于回程/前传应用，我们提供的理论框架，其性能评估。更详细地说，在确定了主要的设计参数和特点，我们推导出新的封闭形式的表达式的端到端的信号-噪声比的累积密度函数，中断概率，和符号错误率，假设系统经历衰落和随机天线失调的联合效应。推导的分析框架通过仿真验证，并量化了系统的有效性和可靠性。最后，我们的研究结果有助于提取有用的设计准则。
2019-12-10 cs.IT eess.SP math.IT
Analytical Performance Evaluation of THz Wireless Fiber Extenders
本文提出了太赫兹（THz）无线光纤扩展器在失调和多径衰落情况下的性能评估的理论框架。更详细地说，在提供适当的系统模型，结合不同的操作，设计和环境参数，如操作频率，收发器天线增益，水平的失调以及随机行为的信道，我们提取新的封闭形式的表达式遍历容量。这些表达式预计将被用来作为有用的工具，分析和设计这样的系统。此外，模拟了几个有见地的场景。他们的结果强调了在分析THz无线光纤扩展器的性能时考虑未对准衰落影响的重要性。
2019-10-04 cs.IT eess.SP math.IT
The Evolution of Applications, Hardware Design, and Channel Modeling for Terahertz (THz) Band Communications and Sensing: Ready for 6G?
本文回顾了太赫兹频段通信与感知在应用、硬件设计和信道建模方面的演进历程，总结了关键经验与前沿进展，并展望其作为6G核心技术的发展路径。
2024-06-10 cs.IT cs.NI math.IT
Frequency-Position-Fluid Antenna Array and Beamforming for Ultra-dense Connectivity in Terahertz Wireless Systems
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of New South Wales（新南威尔士大学）
该研究提出动态频率-位置-流体天线（D-FPFA）架构，通过两阶段频率分配、波束分裂复用及粒子群优化算法优化，显著提升太赫兹系统总速率与能效。
2026-08-05 cs.IT math.IT
Optimal Update in Energy Harvesting Aided Terahertz Communications with Random Blocking
在本文中，我们考虑了一个信息更新系统，其中无线传感器通过随机阻塞太赫兹信道向目的地发送及时的更新，并提供收集的能量和可靠的能量备份。通过建立一个无限状态马尔可夫决策过程（MDP），寻求最优信息更新策略，使信息年龄（AoI）和可靠能量成本的时间平均加权和最小.通过推导各分量上价值函数的单调性，证明了最优信息更新策略具有阈值结构。基于这种特殊的结构，提出了一种有效计算最优策略的算法。数值结果表明，所提出的最优更新策略优于基线策略。
2021-10-16 cs.IT math.IT
Nanoscale Reconfigurable Intelligent Surface Design and Performance Analysis for Terahertz Communications
太赫兹（THz）通信已经被设想为为提供用于第六代（6 G）无线网络的超高数据传输的有前景的使能器。为解决太赫兹波严重衰减和衍射不良带来的阻塞脆弱性，提出了一种纳米级可重构智能表面（NRIS），用于智能控制入射太赫兹波的传播方向。本文通过研究石墨烯的电导率与外加电压的关系，研究了石墨烯的电学性质，并基于法布里-珀罗谐振模型设计了一种高效的电控NRIS硬件结构。特别是，NRIS的相位响应可编程至306.82度。为了分析硬件性能，我们联合设计了NRIS辅助THz通信系统的无源和有源波束形成。特别地，提出了一种自适应梯度下降（A-GD）算法，通过在迭代过程中动态更新步长来优化NRIS的相移矩阵。最后，数值结果证明了我们设计的硬件架构以及开发的算法的有效性。
2022-07-06 cs.IT eess.SP math.IT
3-D Statistical Indoor Channel Model for Millimeter-Wave and Sub-Terahertz Bands
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）将用于第六代（6 G）无线系统，特别是用于室内场景。本文提出了一种针对毫米波和亚太赫兹频率的室内三维（3-D）统计信道模型，该模型是根据2014年和2019年在28 GHz和140 GHz的办公楼中进行的广泛信道传播测量开发的。记录了超过15，000个功率延迟曲线（PDP），以研究信道统计数据，例如时间簇的数量、簇延迟和簇功率。信道生成过程中所需的所有参数都来自28 GHz和140 GHz视距（LOS）和非视距（NLOS）场景的经验测量数据。信道模型的验证表明，模拟的均方根（RMS）延迟扩展和RMS角扩展产生良好的协议与测量值。在NYUSIM室外信道模拟器的基础上，开发了一个室内信道模拟软件，该软件可以生成真实的信道冲激响应、PDP和功率角谱。
2020-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic capacity evaluation of wireless THz fiber extenders
本文的重点是提供量化的结果，随机天线错位，多径衰落和硬件缺陷的太赫兹（THz）无线光纤扩展器的综合影响的评估。在这一行中，我们提出了适当的信号模型，可适应不同的技术和环境参数。特别是，它考虑到天线增益，中心频率，传输范围，环境条件，即温度，湿度和压力，发射机和接收机天线之间的空间抖动，这导致天线不对准，硬件缺陷的强度，以及无线信道的随机行为。基于此模型，我们评估天线错位和多径衰落的联合影响，通过提供信道遍历容量的蒙特卡罗模拟结果。
2019-10-04 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz-Band Direction Finding With Beam-Split and Mutual Coupling Calibration
本文针对太赫兹通信中的波束分裂和互耦问题，提出CREAM-MUSIC算法进行DoA估计，通过建模为阵列缺陷实现补偿，仿真证明其估计准确。
2023-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
Exploiting Simultaneous Low-Rank and Sparsity in Delay-Angular Domain for Millimeter-Wave/Terahertz Wideband Massive Access
采用大规模天线阵列的毫米波（mmW）/太赫兹（THz）宽带通信是用于实现大规模机器类型通信（mMTC）的第六代（6 G）无线网络的有前景的技术。为了减少接入时延和信令开销，设计了一种基于联合主动设备检测和信道估计（JADCE）的mmW/THz宽带大规模接入免授权随机接入方案。特别地，利用毫米波/太赫兹信道在延迟角域中同时具有稀疏和低秩结构的特点，通过应用复秩$L$矩阵与簇数$L$乘积的商几何，提出了两种多秩感知的JADCE算法.它被证明，所提出的算法需要更少的测量比目前已知的传统的同时稀疏和低秩恢复算法的测量上的界限。统计分析还表明，所提出的算法可以线性收敛到地面真理与低计算复杂性。最后，大量的仿真结果证实了所提出的算法在活动检测和信道估计的准确性方面的优越性。
2021-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning of Near Field Beam Focusing in Terahertz Wideband Massive MIMO Systems
采用大天线阵列和利用大带宽具有为未来无线通信系统带来非常高的数据率的潜力。然而，这将系统带入近场区域，并且也使得传统的收发器架构遭受宽带效应。为了解决这些问题，在本文中，我们提出了一个低复杂度的频率感知波束形成解决方案，是专为混合的时间延迟和移相器的RF架构。为了降低复杂度，将时延和相移的联合设计问题分解为两个子问题，提出了基于信号模型的在线学习框架来学习量化模拟移相器的相移，并利用低复杂度的几何辅助方法来配置时延单元的时延设置.仿真结果突出了所提出的解决方案在大天线阵列系统的宽频率范围内实现鲁棒性能的有效性。
2023-01-01 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Terahertz Communications toward 6G
太赫兹（THz）通信已经成为支持未来6 G无线网络中的繁重数据流量和爆炸式网络容量的有希望的候选者。然而，太赫兹通信在实际应用中面临着许多挑战，如传播损耗、信号阻塞和硬件成本。本文分析了一种新兴的智能反射面（IRS）辅助THz通信模式，通过利用联合主动和被动波束形成来提高通信质量并降低开销，以解决上述问题。从实际应用的角度出发，综述了目前在发射端和红外接收端实现THz主/被动波束控制的方法。基于这些方法，波束训练策略建立联合波束形成太赫兹通信，然后研究。此外，设想了将IRS集成到THz通信中的各种新兴和有吸引力的6 G场景。开放的挑战和未来的研究方向，这一新的范式最后强调。
2021-08-23 cs.IT math.IT
MIMO Terahertz Quantum Key Distribution
本文提出了一种室温下工作的太赫兹（THz）频率应用的多输入多输出（MIMO）量子密钥分配（QKD）方案。受经典MIMO通信的启发，提出了一种收发波束形成方案，将Alice和Bob之间的秩$r$ MIMO信道转换为$r$并行有损量子信道。与现有的单天线QKD方案相比，我们证明了MIMO QKD方案通过增加秘密密钥速率和延长传输距离来提高性能。我们的模拟结果表明，多个天线是必要的，以克服在太赫兹频率的高自由空间路径损耗。我们证明了性能和频率之间的非单调关系，并揭示了积极的关键率是可以实现的$10-30$太赫兹频率范围。所提出的方案可以用于室内和室外QKD应用，用于超过第五代超安全无线通信系统。
2021-07-10 cs.CR cs.IT eess.SP
ns-3 Implementation of Sub-Terahertz and Millimeter Wave Drop-based NYU Channel Model (NYUSIM)
针对3GPP SCM信道模型适用频段窄、过于简化的问题，本文在ns-3中实现了支持0.5-150 GHz、覆盖五类场景的基于drop的NYUSIM信道模型，助力未来亚太赫兹无线网络的算法与协议研究。
2023-05-02 cs.IT math.IT
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
TeraMIMO: A Channel Simulator for Wideband Ultra-Massive MIMO Terahertz Communications
随着太赫兹（THz）技术的最新进展，人们对THz通信在下一代无线系统中的关键作用达成了共识。针对催化太赫兹通信研究，我们提出了TeraMIMO，统计太赫兹信道的精确随机MATLAB模拟器。我们模拟超大规模的多输入多输出天线配置作为关键的基础设施，克服了太赫兹通信距离的限制。我们认为视线和多径组件，并提出频率和延迟域实现单载波和多载波的范例中的时不变和时变的情况。我们实现了详尽的分子吸收计算辐射传输理论的基础上替代亚太赫兹近似。我们进一步模型太赫兹特定的约束，包括宽带波束分裂效应，球面波传播，和失调衰落。我们验证TeraMIMO类比与测量为基础的信道模型在文献和遍历容量分析。我们介绍了一个图形化的用户界面和使用TeraMIMO太赫兹信道生成和分析的指南。
2021-10-24 cs.IT math.IT
Aerial Intelligent Reflecting Surface Enabled Terahertz Covert Communications in Beyond-5G Internet of Things
无人驾驶飞行器（UAV）被设想广泛用于辅助物联网（IoT）应用中的无线通信。另一方面，太赫兹（THz）智能反射表面（IRS）预计将成为未来5G无线通信的核心技术之一，这些技术有望满足广泛的数据需求应用。在本文中，我们提出了一个无人机安装IRS（UIRS）通信系统在太赫兹波段的机密数据传播从接入点（AP）到多个地面用户设备（UE）在物联网网络。具体地，AP意图向调度的UE发送数据，而未调度的UE可能构成潜在的对手。为了保护信息消息和调度UE的隐私，我们的目标是设计一个节能的多无人机隐蔽通信方案，其中UIRS是可靠的数据传输，和一个额外的无人机被用作一个合作的干扰机产生的人工噪声（AN），以降低非调度UE检测。然后，我们制定了一个新的最小平均能量效率（mAEE）优化问题，目标是提高隐蔽吞吐量和减少无人机的推进能量消耗的隐蔽性要求，这是确定的解析。由于优化问题是非凸的，我们解决它通过块逐次凸近似（BSCA）的方法来迭代求解一系列近似凸子问题，设计二进制用户调度，AP的功率分配，最大AN干扰功率，IRS波束形成，和两个无人机的轨迹规划。最后，我们提出了一个低复杂度的整体算法的系统性能增强的复杂性和收敛性分析。数值结果验证了我们的分析，并证明我们的设计显着优于其他现有的基准计划。
2022-01-28 cs.ET cs.IT cs.NI
