6G目前处于非常早期的研究阶段。国际电信联盟所期待的“网络2030”愿景正在逐步实现。虽然该行业距离进入6G标准开发进程还有几年的时间,但亚太赫兹(sub-THz)技术已经成为研究的重点。
6G一个关键目标和积极研究领域是实现 100 Gbps 至 1 Tbps 的数据吞吐量。这种极端的数据吞吐量可能最终会成为 6G 的关键性能指标(KPI)。但是,无论从射频角度还是基带角度来看,这个目标都会带来重大挑战。
对于5G通信的毫米波应用,以28GHz频段为例,其可用信道带宽仅为1GHz。而太赫兹工作在1THz频率附近,频率比毫米波高数十倍,越高的频率,潜在的可用带宽越大。太赫兹波的潜在工作带宽,要比毫米波高至少一个数量级。
太赫兹波指的是电磁波频率在0.1THz到10THz频率范围内的电磁波,对应的波长λ是3mm-30um,也就是在低频段与毫米波有重合,在高频段与红外线有重合,介于毫米波和红外线之间的一段电磁波频谱。
这个频率范围也就决定了太赫兹波的应用,既有毫米波的波动性,又有红外线光的粒子性,在宽带通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。
太赫兹频段具有以下特性:
(1)太赫兹波的时域频谱信噪比非常高
根据香农定理,由于具有更高的信道带宽,更高的信噪比,使用太赫兹波进行数据传输,可以获得比毫米波高得多的数据传输速率。
(2)传输安全性和抗干扰能力强
由于太赫兹波处于电子学向光子学过渡的阶段,因此它同时具备了微波通信和光通信的优点。除了具有比微波更快的传输速度,还具有波束窄、方向性好的特点,可以实现更好的传输安全性和抗干扰能力。
(3)便于实现高阶MIMO
由于太赫兹波的波长只有0.03mm到3mm,因此终端设备的天线可以做得非常小,大大节省设备设计空间,天线的数量也可以进一步增加,为高阶MIMO的实现提供了条件。
(4)NTN是6G移动通信非常重要的组成部分
太赫兹频段特别适合卫星通信。在真空环境下,太赫兹波通信的数据吞吐量比当前的超宽带技术快高达一千多倍。
我国于2020发射了6G通信试验卫星,就搭载了太赫兹卫星通信设备,可以在卫星上建立数据收发链路,并开展太赫兹通信试验。
(5)频谱资源丰富
太赫兹波段由于尚未开发,因此具有丰富的频率资源,易于将来开展利用。
结语
正是由于以上特性,太赫兹波可能会成为6G通信系统的关键组成部分。
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