清華新聞網(wǎng)3月16日電 第六代移動(dòng)通信（6G）的發(fā)展需求，對(duì)無(wú)線(xiàn)物理層技術(shù)與指標(biāo)提出了更高要求。光無(wú)線(xiàn)通信（OWC）雖具潛力，但傳統(tǒng)的強(qiáng)度調(diào)制或均勻偏振調(diào)制方案在由湍流、散射介質(zhì)組成的復(fù)雜自由空間信道中面臨傳輸瓶頸，而現(xiàn)有的多自由度復(fù)用方案受限于信道串?dāng)_，難以達(dá)到理想的線(xiàn)性容量增益。在此背景下，如何突破復(fù)雜介質(zhì)中的光無(wú)線(xiàn)信息獲取與傳輸，打破傳統(tǒng)的光場(chǎng)自由度復(fù)用通信的范式瓶頸，成為該領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院董宇涵副教授、宋健教授團(tuán)隊(duì)在光無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域取得研究新進(jìn)展，系統(tǒng)性地提出并闡述了矢量光無(wú)線(xiàn)通信（VOWC）的理論起源、系統(tǒng)架構(gòu)、面臨挑戰(zhàn)和發(fā)展愿景，同時(shí)以案例研究形式驗(yàn)證了其在湍流散射信道中的魯棒性?xún)?yōu)勢(shì)。
圖1.從傳統(tǒng)標(biāo)量OWC到VOWC的演進(jìn)邏輯框架與未來(lái)愿景
該研究從光學(xué)物理視角出發(fā)，提出矢量光場(chǎng)具有解決上述工程難題的潛力。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用矢量光場(chǎng)中空間模式與偏振的結(jié)構(gòu)不可分性，構(gòu)建出在無(wú)序介質(zhì)中保持穩(wěn)定的物理不變量。基于此，團(tuán)隊(duì)總結(jié)出從統(tǒng)計(jì)分集向物理魯棒性演進(jìn)的技術(shù)思路，從理論上預(yù)測(cè)了實(shí)現(xiàn)超分集增益的可能性。
圖2.場(chǎng)級(jí)DSP輔助的矢量調(diào)制光通信系統(tǒng)在湍流與散射信道下的性能驗(yàn)證
為驗(yàn)證這一理論框架的有效性，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于光場(chǎng)級(jí)信號(hào)處理（DSP）的64階脈沖幅度矢量調(diào)制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在湍流、散射與含噪接收條件下，該方案能有效利用光場(chǎng)并發(fā)度作為抗干擾特征，顯著降低誤碼率，提升了無(wú)線(xiàn)光通信中“光管填充（Filling the light pipe）”的通信容量。
研究團(tuán)隊(duì)還深入探討了從標(biāo)量到矢量范式轉(zhuǎn)換中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，重點(diǎn)分析了復(fù)雜介質(zhì)中物理光傳輸?shù)木_建模問(wèn)題，并總結(jié)了從信道矩陣向物理信道張量演進(jìn)的系統(tǒng)表征方法。此外，研究展望了矢量光場(chǎng)在環(huán)境感知、成像及未來(lái)6G通感一體化中的應(yīng)用潛力，并探討了引入拓?fù)湮锢淼惹把乩碚摴ぞ叩目赡苄浴?/p>
研究成果以“矢量光無(wú)線(xiàn)通信：面向6G及未來(lái)，鏈接光物理學(xué)與工程”（Vectorial optical wireless communications: Bridging optical physics and engineering for 6G and beyond）為題，于3月11日發(fā)表于《NPJ無(wú)線(xiàn)技術(shù)》（npj Wireless Technology）。
董宇涵和宋健為論文共同通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2025級(jí)博士生戴煒杰為論文第一作者。論文其他作者還包括深圳國(guó)際研究生院2023級(jí)博士生衛(wèi)天闊、副教授關(guān)迅和助理教授劉振宇。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s44459-025-00018-7
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
