📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 11周: 🔭 太赫茲（THz）革命 × 光無線通訊 × 全雙工
6G 高频 × 光 × 激光鏈路的未來主戰場
105／150單元： 全雙工 Full-Duplex 🔁 6G 的新傳輸模式
Full-Duplex Communications in 6G: Self-Interference, THz Advantages & AI-driven Cancellation
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🎯 單元導讀
5G 到現在（2025）仍是：
⭐ 半雙工（Half-Duplex）或 TDD/FDD 隔離
也就是：
• 上行 / 下行 分時（TDD）
• 或分頻（FDD）
但 6G 想要突破：
🚀 同時收、同時發（Full-Duplex, FD）
→ 頻譜效率直接 ×2
→ 小區容量大幅提升
→ 適合 THz、RIS、LEO 多層聯網
然而 Full-Duplex 最大的敵人是：
❗ 自干擾 Self-Interference（SI）
TX → RX 會互相打到自己，使接收器飽和。
THz（100 GHz–10 THz）讓 Full-Duplex 迎來新的可能：
✔ 超窄波束
✔ 高方向性
✔ 低多徑
→ 天然降低自干擾
這一章就是 6G 的關鍵：
🌐 Full-Duplex × THz × AI-native = 新一代超高效率六代網路。
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🧠 一、什麼是 Full-Duplex？
Half-Duplex（TDD）
TX ⇄ RX：不能同時
（像對講機）
Full-Duplex（FD）
TX ⇄ RX：可以同時
（像人類講話與聽話同時進行）
FD 的最大好處：
⭐ 頻譜效率直接翻倍（理論值 2×）
→ 不需要更多頻寬
→ 不需要更多功率
→ 純靠模式改變就能提升系統容量
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🧠 二、為什麼 6G 需要 Full-Duplex？
因為 6G 的需求太高：
• Tbps THz 傳輸
• LEO 回傳
• 城市 Digital Twin 的巨量雙向資料
• XR、全息、Digital Human
而頻譜不會無限增加。
→ 效能提升必須靠 模式與架構。
Full-Duplex 是最佳候選：
✔ 小區容量翻倍
✔ 延遲更低
✔ 適合近距離 THz / 室內
✔ 適合 D2D、UAV、車聯網
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🧠 三、自干擾（Self-Interference）模型
FD 最大技術瓶頸：
❗ TX 的能量太大 → 撞到自己的 RX
→ RX 被 TX 淹沒
→ SNR 完全消失
數學模型：
y = hₛₒ · x_tx + h_ch · x_in + n
其中：
• hₛₒ = 自干擾通道（Self-Interference channel）
• x_tx = 自己的輸出訊號
• x_in = 來自外界的實際訊號
• n = 雜訊
目標：
⭐ 讓 hₛₒ·x_tx = 0 或盡可能小
這就是 FD 最大的工程挑戰。
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🧠 四、Full-Duplex 的三種抑制技術
✔ (1) 物理隔離（Propagation-domain Cancellation）
• 天線隔離
• 射頻軌跡隔離
• THz 窄波束天然減少干擾
• RIS 做「自干擾繞射」
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✔ (2) 類比抵消（Analog Cancellation）
在 RF 前端注入反向訊號：
x_cancel = − hₛₒ · x_tx
→ 直接在類比層抵消大部分干擾
難度：需要極高精度。
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✔ (3) 數位抵消（Digital Cancellation）
在 Baseband 用 AI / Filter 重建：
x̂_si ≈ hₛₒ · x_tx
→ y_clean = y − x̂_si
AI 測出
• hₛₒ（自干擾通道）
• 相位噪聲
• 非線性
→ 自動化抵消效果遠比傳統更好。
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🧠 五、為什麼 THz 是 Full-Duplex 最有希望的頻段？
THz 的特性天然符合 FD：
✔ ① 超窄波束 → 自干擾大幅降低
TX / RX 不會「照到自己」
方向性極高。
✔ ② 多徑稀疏 → SI 通道單純
→ SI channel 可建模
→ 不像5G那麼複雜
✔ ③ 超短距離 → SI 通道穩定
→ FD 特別適合室內 THz 小型小區
✔ ④ RIS 可以用來「轉向自干擾」
• RIS 可反射 TX 方向
• 避免照到 RX
RIS = FD 的最佳輔助器。
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🧠 六、ASCII：THz Full-Duplex 範例示意圖
(THz beam)
TX ---------------> UE
\
\ (RIS redirects to avoid SI)
\
+----X (RX avoids direct SI path)
→ RIS 用來「彎曲」自干擾通道，讓 TX 不會射向 RX。
此示意圖說明 THz 全雙工（Full-Duplex）通訊的基本概念：發射端（TX）以高度方向性的 THz 波束同時對 UE 傳送資料，而為避免強烈的自干擾（Self-Interference, SI），透過 RIS 重新導引部分能量，刻意避開 TX 與 RX 之間的直射路徑，使接收端（RX）不直接暴露在自身發射波束中。由於 THz 具備窄波束、可控反射與高空間分辨率的特性，結合 RIS 與空間隔離設計，可大幅降低 SI，讓全雙工在 THz 頻段具備實務可行性。
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🧠 七、Full-Duplex 在 THz 的工程挑戰
❗ 硬體不完美（phase noise、nonlinearity）
→ 導致 SI 通道難以完美建模
❗ 難以做極精準的類比抵消
→ THz front-end 整合複雜度高
❗ 小型化與耦合問題
→ TX / RX 天線佈局要毫米級精準度
❗ 超寬頻 → SI 帶寬極大
→ 抵消算法計算量巨大
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🧠 八、AI-native Full-Duplex：6G 的主力演算法
AI 用於 FD 的三大任務：
✔ (1) AI-based SI Channel Estimation
• 用 Transformer / DL 模型學習 hₛₒ
• 抵抗硬體不完美
• 在 THz 可學到方向性強的 SI channel
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✔ (2) AI-based Digital SIC（Self-Interference Cancellation）
重建：
x̂_si ≈ hₛₒ x_tx
→ y_clean = y − x̂_si
→ 可比傳統抵消效果高 20–40 dB
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✔ (3) AI-based Antenna / Beam Steering
避免 TX → RX
→ AI 控制波束角度
→ RIS 配合形成 Nulling_path
→ 自動最小化 SI
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🧠 九、模擬題
1️⃣ 建立 300 GHz Full-Duplex link，測試 SI channel estimation 的誤差。
2️⃣ 比較「傳統 FD」與「AI-based FD」在 THz 的 SINR。
3️⃣ 模擬 RIS 介入時的 SI 降低效果。
4️⃣ 測試不同 beamwidth（1°、5°、10°）對 SI 的影響。
5️⃣ 設計 AI-based analog cancellation 演算法並驗證。
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🧠 十、小結與啟示
✔ Full-Duplex 是 6G 顛覆性的傳輸模式
✔ 頻譜效率可翻倍，但 SI 是最大敵人
✔ THz 原生具備 FD 的最佳特性（窄波束 / 稀疏 / 可控）
✔ RIS × AI-native 是 THz FD 的核心
✔ 6G FD 不再是科幻，而是實際可行的工程方向
一句話：
🔁 Full-Duplex + THz + RIS + AI-native = 6G 最高效率的終極組合。
