全球首次实现“自主移动机器人太赫兹频段通信验证”及“太赫兹-光无线级联通信验证”

（1）研发背景

本项目旨在研发先进通信技术及电波与光融合无线技术，以满足Beyond 5G无线通信的三大核心需求：“超高速传输（单信道>10Gbps/ch）”、“低延迟性（～100微秒）”和“高密度连接（～100ch/m²）”。研究重点聚焦于推动太赫兹频段通信系统与光无线通信系统的早期产业化应用，通过开展两类系统的现场验证演示（单一通信系统及其级联系统），向未来用户直观展示具有实际应用价值的技术场景。

在光无线通信系统单系统验证方面，已于2024年10月完成现场验证演示。该演示以赛车赛事转播为应用场景，实现了多信道非压缩多视角视频的大容量传输，验证了系统具备快速部署临时线路的能力，以及与光纤通信系统的无缝兼容性[6]。

（2）验证① 与自主移动安防机器人的高速太赫兹频段通信实验

• 日期：2025年2月19日（周三）

• 地点：三重大学讲堂・三翠厅（三重县津市）

• 验证内容：在验证①中，采用国际电气研发的小型太赫兹频段收发器进行测试。将本项目开发的太赫兹收发器模块集成至SEQSENSE公司生产的自主移动安防机器人机体内，在机器人以约1.5公里/小时的速度移动过程中，与固定基站端的太赫兹收发器实现双向通信。实验场地设置于三重大学讲堂·三翠厅的大厅，通过基站天线优化配置，构建了有效通信区域（宽约1米、长20米）。测试结果表明，当自主移动安防机器人在该通信区域内移动时，系统可实现4.54 Gbps的稳定传输速率 [7]（图4）。

图4 与自主移动安防机器人的现场验证实验情况

• 技术特征：针对室内应用环境，本验证在充分考虑地面反射引起的多径衰落[8]及空间传播损耗的基础上，通过划定太赫兹频段小型区域，确保自主移动安防机器人在穿越该区域期间完成数据传输。这一方案实现了全球首个面向自主移动机器人的Gbps级太赫兹频段双向通信验证。主要技术亮点包括：采用符合25GbE以太网标准的商用SFP光模块[9]作为数据通信接口 [9]；成功将太赫兹频段收发器以紧凑型封装集成于商用安防机器人系统内部。

（3）验证② 太赫兹频段与光无线级联通信实验

• 日期：2025年4月22日（周二）

• 地点：国际电气东京事业所内（东京都小平市）

• 内容：通信系统的整体结构如图5所示。东洋电机研发的光无线收发器部署于场地内相对两栋建筑的窗口位置，实现约20米的室外传输距离。此外，国际电气研发的太赫兹频段收发器设置于电波暗室内，建立约5米的传输距离。光纤传输基础设施由KDDI综合研究所部署。系统延续验证①的25GbE SFP服务器接口方案，通过波长复用器实现单纤双向传输。另外，下行信号（图5中从左至右方向）采用了光 - 无线融合型架构。具体而言，通过波长复用器将光双音信号与25GbE数据信号复合并传输至太赫兹频段收发器后，利用DXPS研发的W频段光接收器 [10] 提取91GHz声音信号，经三倍频生成太赫兹频段载波（273GHz）并完成数据调制。测试结果表明，该架构可稳定实现与验证①相同的4.54Gbps传输速率。

图5 太赫兹频段・光无线级联实验结构示意图

†1: W频段光接收器[10]、†2: 三倍频器、†3: 单片微波集成电路[11]

• 特征：本验证构建了如图5所示的级联混合传输系统，通过光纤、光无线与太赫兹频段三种传输技术的邮寄融合，重复发挥各自技术优势，成功拓展了验证①中太赫兹频段通信系统的应用场景。此外，系统采用本验证，不仅实现了太赫兹收发器设备的小型化，同时显著降低了系统功耗。

“太赫兹频段”电波作为下一代无线通信的关键技术，具备实现高速大容量通信的优势。相较于传统无线通信采用的“微波”和“毫米波”频段，太赫兹波的频率提升了10～100倍，可支持高达100Gbps量级的通信容量。国际电气研发的太赫兹频段收发器搭载了光双音信号生成太赫兹频段载波的技术方案，使得控制站能够对无线信号频率实施直接且精确的调控。

图6 太赫兹频段无线收发器的结构示意图            
(a) 传统型结构、(b) 本次开发（光双音信号型）的结构及观测到的太赫兹频段无线信号频谱

[1] 各传输方式的优缺点汇总见下表。

通过相互弥补三种传输方式的缺点、融合各自优点，可实现本文所述的新型应用场景。

[2] 光双音信号：基于双波长注入高速光电二极管的差频原理，可提取与波长差对应的射频信号。本系统采用单一光源生成波长间隔0.72 nm（对应频率差91 GHz）的双波长光信号，通过DXPS开发的集成化“W频段光接收器[10]”（包含高速光电二极管与放大器模块），成功提取91 GHz毫米波信号。

[3] 载波：作为信息传输载体的电磁波或声波，通常为单一频率正弦波。通过信号调制可将信息加载到波上。本次验证①及②的太赫兹频段通信系统中，采用273 GHz作为载波频率。

[4] 小型区域：相比毫米波和微波频段，太赫兹频段具有更显著的空间传播损耗，导致覆盖范围受限。但另一方面，其信号带宽可扩展，能大幅提升传输速度。这一特性使其特别适用于图1所示的限定区域（小型区域）内短时大容量数据传输场景。

[5] SEQSENSE株式会社：https://www.seqsense.com/

SEQSENSE株式会社作为日本领先的自主移动机器人研发制造商，提供涵盖软件、硬件、云平台及系统集成服务的全栈式解决方案。公司的旗舰产品安防机器人"SQ-2"系列市场表现突出，截至2025年5月，在日本国内部署量已超过70台。

[6]https://www.dexerials.jp/news/2024/news24062.html

[7] 像本次现场验证演示这样，在开放环境开展无线通信实验（光无线通信除外）需获得总务省颁发的“实验测试站”许可。本次验证过程中，由于太赫兹频段信号带宽超出常规测试设备5Gbps的测量上限（实际客户端通信速率为4.54Gbps），在通过“注册企业检查”时，系统通信速率被限定为4.54Gbps。

[8] 多径衰落：在太赫兹频段等无线通信中，电磁波传输除主传播路径（直射波）外，还存经地面或墙面反射的次级传播路径。这些反射波与直射波相互干涉，导致接收端信号强度随移动终端位置变化而产生波动，从而影响通信质量。这种现象即为多径衰落。

[9] SFP收发器（Small Form-factor Pluggable transceiver）：是用于通过符合标准规范的通信协议，实现服务器等各类网络设备互联的通信接口。可根据所需通信规范、速率及距离，选择光纤、同轴电缆、双绞线电缆等传输介质。

[10] W频段光接收器：W频段指75～110 GHz的频段。如 [1] 所述，光接收器采用将高速光电二极管与W频段放大器一体化集成的结构，进一步将输入光纤与毫米波频段声音信号输出同轴连接器整合为模块结构。

[11] 单片微波集成电路（MMIC）：是在单一半导体基板上集成多个微波电路元件的集成电路。与由独立微波部件连接构成的电路相比，可实现小型化与高可靠性。