引言：无线通信的“安全焦虑”与近场机遇
在5G乃至未来6G时代，海量设备接入网络，但无线信号的开放性与广播特性也让数据传输面临窃听和干扰风险。传统加密技术虽有效，却依赖复杂的密钥管理，难以应对低功耗物联网设备的普及需求。如何在物理层直接提升信号安全性，成为学术界与产业界共同关注的焦点。

近期，一项关于“近场安全无线通信”的研究提出了一种名为“延迟对齐调制（DAM）”的新方法。该技术通过超大阵列天线（XL-array）的精准信号控制，不仅解决了多径传播导致的符号间干扰（ISI），还利用近场非均匀球面波（NUSW）的独特性质，实现了“信号定向聚焦”与“干扰自然屏蔽”的双重效果，为高安全、低功耗通信提供了新思路。

多径干扰：无线通信的“拦路虎”

在复杂环境中，无线信号经不同路径反射后到达接收端，各路径信号的延迟差异会导致符号重叠，即符号间干扰（ISI）。传统解决方案如正交频分复用（OFDM）需插入循环前缀（CP）以消除ISI，但这也牺牲了约10%的传输效率。此外，OFDM的高峰均功率比（PAPR）对设备功耗和线性放大器提出严苛要求。

DAM技术的核心在于“延迟补偿”与“路径波束赋形”。通过精确计算每条路径的延迟差异并调整发射信号，所有多径信号在接收端同步叠加，自然消除ISI（图1）。这种单载波传输方式无需循环前缀，显著提升频谱效率，同时降低PAPR，更适合低功耗场景。

近场通信：从“波束指向”到“信号聚焦”

传统远场通信依赖平面波模型，信号覆盖范围广但易被窃听。而近场通信中，超大阵列天线产生的非均匀球面波（NUSW）具备“空间超分辨率”特性——信号能量可精准聚焦于目标接收设备，其他位置的窃听者则因信号强度骤降难以解析信息。

研究团队通过仿真发现，当发射天线数远多于多径数量时，DAM结合路径最大比传输（MRT）波束赋形，可在合法接收端实现零ISI通信，而窃听者因信号不同步和路径干扰，有效信息几乎被完全屏蔽（图2）。这种“天然抗窃听”特性，无需依赖人工噪声（AN）等额外功耗手段。

性能对比：DAM为何优于传统方案？

为验证效果，研究团队将DAM与基于人工噪声的OFDM方案（AN-OFDM）进行对比：

1. 保密率提升：在40dBm发射功率下，DAM的保密率比AN-OFDM高30%。因DAM无需分配功率生成噪声，且节省循环前缀开销，相同带宽下可传输更多有效数据。
2. 功耗降低：DAM的峰均功率比（PAPR）较OFDM降低50%，减少了对高线性度放大器的依赖，更适合电池供电的物联网设备。
3. 近场模型必要性：当天线数超过256时，若沿用远场平面波模型设计波束，保密率下降达20%，凸显近场非均匀球面波模型的不可替代性。

实际应用：从实验室到千行百业

尽管当前研究聚焦毫米波频段，但其原理可拓展至太赫兹通信、智能反射表面（IRS）辅助网络等场景。例如：

• 工业物联网：工厂内密集设备的近场通信可避免信号外泄，保障生产数据安全。
• 医疗监测：植入式设备的低功耗传输需兼顾效率与抗干扰，DAM的单载波特性更具优势。
• 车联网：车辆与路侧单元的超大阵列通信，可通过信号聚焦减少多车干扰。

研究团队指出，未来需进一步探索DAM在复杂攻击（如智能窃听器）下的鲁棒性，以及低分辨率天线阵列的能效优化，以加速技术落地。

结语：安全与效率的“双赢”之路
无线通信的安全与效率如同天平两端，传统方案往往顾此失彼。DAM通过近场信号的空间操控，将干扰转化为天然屏障，为物理层安全开辟了新路径。正如论文作者所言：“未来的通信网络不该被动防御，而应主动利用信道特性构建安全护城河。”随着天线技术与算法持续演进，这种“精准聚焦”的通信范式或将成为6G安全架构的基石。

来源: 信息与电子工程前沿FITEE