文章导读
都在畅想6G时代的万物互联，但你可能没意识到，现有的无线光通信技术正面临一个致命天花板：在复杂的湍流和散射环境中，传统信号传输极其脆弱，所谓的“高增益”往往瞬间变成误码灾难。清华团队这次打破僵局的思路极具颠覆性——他们不再死磕抗干扰算法，而是利用矢量光场构建了一个物理层面的“稳定不变量”。实测数据显示，这种新架构在恶劣信道下依然能保持惊人的鲁棒性。究竟是什么物理特性让光信号在混乱中“独善其身”？这篇论文里藏着重塑未来通信格局的答案。
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第六代移动通信（6G）的发展需求，对无线物理层技术与指标提出了更高要求。光无线通信（OWC）虽具潜力，但传统的强度调制或均匀偏振调制方案在由湍流、散射介质组成的复杂自由空间信道中面临传输瓶颈，而现有的多自由度复用方案受限于信道串扰，难以达到理想的线性容量增益。在此背景下，如何突破复杂介质中的光无线信息获取与传输，打破传统的光场自由度复用通信的范式瓶颈，成为该领域亟待解决的问题。
近日，清华大学深圳国际研究生院董宇涵副教授、宋健教授团队在光无线通信领域取得研究新进展，系统性地提出并阐述了矢量光无线通信（VOWC）的理论起源、系统架构、面临挑战和发展愿景，同时以案例研究形式验证了其在湍流散射信道中的鲁棒性优势。
图1.从传统标量OWC到VOWC的演进逻辑框架与未来愿景
该研究从光学物理视角出发，提出矢量光场具有解决上述工程难题的潜力。研究团队通过利用矢量光场中空间模式与偏振的结构不可分性，构建出在无序介质中保持稳定的物理不变量。基于此，团队总结出从统计分集向物理鲁棒性演进的技术思路，从理论上预测了实现超分集增益的可能性。
图2.场级DSP辅助的矢量调制光通信系统在湍流与散射信道下的性能验证
为验证这一理论框架的有效性，研究团队设计了基于光场级信号处理（DSP）的64阶脉冲幅度矢量调制系统。实验结果显示，在湍流、散射与含噪接收条件下，该方案能有效利用光场并发度作为抗干扰特征，显著降低误码率，提升了无线光通信中“光管填充（Filling the light pipe）”的通信容量。
研究团队还深入探讨了从标量到矢量范式转换中的关键挑战，重点分析了复杂介质中物理光传输的精确建模问题，并总结了从信道矩阵向物理信道张量演进的系统表征方法。此外，研究展望了矢量光场在环境感知、成像及未来6G通感一体化中的应用潜力，并探讨了引入拓扑物理等前沿理论工具的可能性。
研究成果以“矢量光无线通信：面向6G及未来，链接光物理学与工程”（Vectorial optical wireless communications: Bridging optical physics and engineering for 6G and beyond）为题，于3月11日发表于《NPJ无线技术》（npj Wireless Technology）。
董宇涵和宋健为论文共同通讯作者，清华大学深圳国际研究生院2025级博士生戴炜杰为论文第一作者。论文其他作者还包括深圳国际研究生院2023级博士生卫天阔、副教授关迅和助理教授刘振宇。研究得到国家重点研发计划项目的支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s44459-025-00018-7
供稿：深圳国际研究生院
编辑：李华山
审核：郭玲
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