6G已在路上，它背后的太赫兹技术是怎样的存在 - OFweek电子工程网
2023-3-19|2023-3-19
骏龙
2019-01-23 09:53
来源：与非网
5G还没实现商用，工信部便确认了即将着手研究6G的消息，这或许让人觉得猝不及防，但其实又在情理之中。为什么这么说？因为通信业必须具备前瞻性，早在2009年4G LTE首版标准完成时，各大设备厂商就开始研究起5G了，所以在5G R15标准完成的时候，6G的研究也要提上日程了。
如果说5G实现了更快更低时延及更高网络容量的网络，那么6G的目标将是实现世界全连接。我们知道5G将会使用毫米波进行通信，而6G有望使用太赫兹技术，这将大大提升6G网络的网络容量及网络速度。
太赫兹，大家可能很陌生，但是如果看了下面这张不同频率的分布图，相信大家对太赫兹就会有一定的了解。太赫兹，实际上是一个频率单位，1THz＝1000GH，人们对太赫兹研究主要在0．1THz～10THz之间，该范围两侧的微波与红外线均已有了广泛的应用，故而这一频段有个外号叫做“太赫兹鸿沟”。值得一提的是，国际电联将0．3～3THz的频段定义为太赫兹辐射，较上面的范围要要小，目前的太赫兹应用均在该频段范围内。
了解完了太赫兹，这时候让与非网小编带大家来了解一下为什么太赫兹技术能让6G比5G更快更强。我们可以回想一下近期工信部公布的三大运营商的5G频谱分配情况，中国移动获得2515MHz－2675MHz、4800MHz－4900MHz频段的5G试验频率资源，中国电信获得3400MHz～3500MHz频段的5G试验频率资源，中国联通获得3500MHz～3600MHz频段的5G试验频率资源。之前我们有提到过，太赫兹辐射的频率范围为0．3THz～3THz，根据通信原理，频率越高，允许分配的带宽范围越大，单位时间内所能传递的数据量就越大，也就是我们通常说的“网速变快了”。所以单从频率上来讲，6G的网速将会是5G的10倍左右。
当然，目前对太赫兹的研究仅仅停留在探索阶段，6G究竟要如何去使用太赫兹还需要专家们花时间去研究，最需要解决的问题便是太赫兹辐射的传输距离短的问题。如果大家还记得高中物理的话，应该知道这个公式：波速＝波长＊频率。因为电磁波波速是固定的光速，那么电磁波的波长就和频率成反比，频率越高，波长越短，而波长越短，传输距离也就越短。专家预测未来6G网络会是一个密集型网络，只有这样才能做到广域覆盖，如何部署基站成了首要难题。
当然部署6G网络远不止这些困难，太赫兹技术还需要进一步地深入开发，并且有效的将这些频段的应用丰富起来才能真正部署起6G网络。目前而言，太赫兹技术的应用场景主要包括天文应用、无损检测、医学成像、安全检查等等，下面就随与非网小编大致了解一下吧。
天文应用方面
由于宇宙背景辐射在太赫兹频谱中存在丰富的信息， 这使得太赫兹射电天文成为天文观测的重要手段。通过使用太赫兹波对宇宙背景辐射进行研究，可以理解更多关于我们生活的太阳系以及宇宙的进化过程。例如， 通过研究星际分子云的太赫兹频段频谱特性， 可探究宇宙的起源；分析原子和分子散射出来的频谱信息， 可研究宇宙中的新生星系的形成等。
无损检测方面
太赫兹辐射的光子能量低， 对穿透物不会造成损伤， 并且可以穿过大多数介电物质。太赫兹波这一特点对于检测非导电材料中的隐藏缺陷或者特殊标记具有很大的发展空间，一般称为无损检测，比如检测油画、航天器和半导体器件等。
生命科学应用方面
由于太赫兹辐射波对人体基本无害， 同时水和其他组织对太赫兹波具有不同的吸收率， 因此它可广泛应用于对人体局部成像和疾病的医疗诊断上， 比如对于皮肤癌和乳腺癌等的检测。太赫兹波段包含了大量的光谱信息， 对不同的分子， 尤其是有机大分子会呈现出不同的吸收和色散特性，因而可以有效地用于测定分子特性， 在生命科学领域有着广泛的应用前景，比如测定DNA 的束缚状态、生物组织的特征和蛋白质复合物等。
安全应用方面
太赫兹波具有穿透性， 能够实现对隐蔽物体的有效检测， 可应用于国家安全相关的领域， 比如对于隐蔽的爆炸物、隐藏的枪支、邮寄的非法药品的检测和用于机场的快速安检等。 上海微系统所孙晓玮团队研制了0．36 THz 的成像系统，电子科技大学樊勇团队研制了0．34 THz 的SAR 成像系统。
高速通信方面
相对于现有微波毫米波通信频段的频谱， 太赫兹频段具有海量的频谱资源，可用于超宽带超高速无线通信，比如100 Gbps 甚至更高。
5G还没实现商用，工信部便确认了即将着手研究6G的消息，这或许让人觉得猝不及防，但其实又在情理之中。为什么这么说？因为通信业必须具备前瞻性，早在2009年4G LTE首版标准完成时，各大设备厂商就开始研究起5G了，所以在5G R15标准完成的时候，6G的研究也要提上日程了。
如果说5G实现了更快更低时延及更高网络容量的网络，那么6G的目标将是实现世界全连接。我们知道5G将会使用毫米波进行通信，而6G有望使用太赫兹技术，这将大大提升6G网络的网络容量及网络速度。
太赫兹，大家可能很陌生，但是如果看了下面这张不同频率的分布图，相信大家对太赫兹就会有一定的了解。太赫兹，实际上是一个频率单位，1THz＝1000GH，人们对太赫兹研究主要在0．1THz～10THz之间，该范围两侧的微波与红外线均已有了广泛的应用，故而这一频段有个外号叫做“太赫兹鸿沟”。值得一提的是，国际电联将0．3～3THz的频段定义为太赫兹辐射，较上面的范围要要小，目前的太赫兹应用均在该频段范围内。
了解完了太赫兹，这时候让与非网小编带大家来了解一下为什么太赫兹技术能让6G比5G更快更强。我们可以回想一下近期工信部公布的三大运营商的5G频谱分配情况，中国移动获得2515MHz－2675MHz、4800MHz－4900MHz频段的5G试验频率资源，中国电信获得3400MHz～3500MHz频段的5G试验频率资源，中国联通获得3500MHz～3600MHz频段的5G试验频率资源。之前我们有提到过，太赫兹辐射的频率范围为0．3THz～3THz，根据通信原理，频率越高，允许分配的带宽范围越大，单位时间内所能传递的数据量就越大，也就是我们通常说的“网速变快了”。所以单从频率上来讲，6G的网速将会是5G的10倍左右。
当然，目前对太赫兹的研究仅仅停留在探索阶段，6G究竟要如何去使用太赫兹还需要专家们花时间去研究，最需要解决的问题便是太赫兹辐射的传输距离短的问题。如果大家还记得高中物理的话，应该知道这个公式：波速＝波长＊频率。因为电磁波波速是固定的光速，那么电磁波的波长就和频率成反比，频率越高，波长越短，而波长越短，传输距离也就越短。专家预测未来6G网络会是一个密集型网络，只有这样才能做到广域覆盖，如何部署基站成了首要难题。
当然部署6G网络远不止这些困难，太赫兹技术还需要进一步地深入开发，并且有效的将这些频段的应用丰富起来才能真正部署起6G网络。目前而言，太赫兹技术的应用场景主要包括天文应用、无损检测、医学成像、安全检查等等，下面就随与非网小编大致了解一下吧。
天文应用方面
由于宇宙背景辐射在太赫兹频谱中存在丰富的信息， 这使得太赫兹射电天文成为天文观测的重要手段。通过使用太赫兹波对宇宙背景辐射进行研究，可以理解更多关于我们生活的太阳系以及宇宙的进化过程。例如， 通过研究星际分子云的太赫兹频段频谱特性， 可探究宇宙的起源；分析原子和分子散射出来的频谱信息， 可研究宇宙中的新生星系的形成等。
无损检测方面
太赫兹辐射的光子能量低， 对穿透物不会造成损伤， 并且可以穿过大多数介电物质。太赫兹波这一特点对于检测非导电材料中的隐藏缺陷或者特殊标记具有很大的发展空间，一般称为无损检测，比如检测油画、航天器和半导体器件等。
生命科学应用方面
由于太赫兹辐射波对人体基本无害， 同时水和其他组织对太赫兹波具有不同的吸收率， 因此它可广泛应用于对人体局部成像和疾病的医疗诊断上， 比如对于皮肤癌和乳腺癌等的检测。太赫兹波段包含了大量的光谱信息， 对不同的分子， 尤其是有机大分子会呈现出不同的吸收和色散特性，因而可以有效地用于测定分子特性， 在生命科学领域有着广泛的应用前景，比如测定DNA 的束缚状态、生物组织的特征和蛋白质复合物等。
安全应用方面
太赫兹波具有穿透性， 能够实现对隐蔽物体的有效检测， 可应用于国家安全相关的领域， 比如对于隐蔽的爆炸物、隐藏的枪支、邮寄的非法药品的检测和用于机场的快速安检等。 上海微系统所孙晓玮团队研制了0．36 THz 的成像系统，电子科技大学樊勇团队研制了0．34 THz 的SAR 成像系统。
高速通信方面
相对于现有微波毫米波通信频段的频谱， 太赫兹频段具有海量的频谱资源，可用于超宽带超高速无线通信，比如100 Gbps 甚至更高。
随着商用落地的临近，最近，关于5G的话题也不绝于耳。
了解5G的人都知道，5G网络主要有两种频段，一种是sub－6GHz，另一种是毫米波（Millimeter Waves）。实际上，我们现在的LTE网络都基于sub－6GHz，而毫米波技术才是实现畅想5G时代的关键。
遗憾的是，在移动通信发展的数十年里，由于种种原因，毫米波一直没有真正走入人们的生活。
然而，有相关专家在4月举行的布鲁克林5G峰会上表示，太赫兹波（Terahertz Waves）或许能弥补毫米波的短板，加快6G／7G实现的进程。
太赫兹波拥有无限的潜力
4月23号至26号，第六届布鲁克林5G峰会如期举行，峰会的内容涉及5G部署、经验教训总结、以及5G的发展展望等。
除此之外，德累斯顿大学教授Gerhard Fettweis和NYU Wireless的创始人Ted Rappaport还在本次峰会上谈到了太赫兹波的潜力。
这两位专家表示：
研究人员已经开始研究太赫兹波，它的频率将成为下一代无线技术的关键组成部分。
Fettweis在本次峰会的演讲中回顾了前几代移动通信技术，还讨论了太赫兹波在解决5G局限上的潜力，他指出：
我们即将进入5G时代，这对物联网和AR／VR等技术的应用来说意义非凡。虽然6G和前几代技术有不少相同点，但它也会弥补很多缺陷。
那么，专家们如此看好的太赫兹波到底是什么来头呢？
太赫兹波2004年由美国提出，被列为“改变未来世界的十大技术”之一。它的波长在3μm到1000μm之间，而频率在300GHz到3THz之间，高于5G使用的最高频率，即毫米波的300GHz。
从上图中可以看出，太赫兹波介于无线电波和光学波之间，这在一定程度上赋予了它和其余电磁波不同的特性。换句话来说，太赫兹波兼具微波通信以及光波通信的优点，即传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性强等。
从理论上讲，在通信领域里，频率越高通信容量就越大。而太赫兹波的频率比目前使用的微波要高1～4个数量级，它能提供微波无法达到的无线传输速率。因此，它能解决信息传输受制于带宽的问题，也能满足用户对带宽的需求。
太赫兹波有望在十年内运用于通信技术
虽然不少专家确信，太赫兹波将颠覆通信行业，然而，人们尚不知道太赫兹波究竟能弥补什么缺陷。因为世界各地的移动运营商才刚刚推出自己的5G网络，要想发现不足之处还需要时间。
不过，太赫兹波的物理特性已经凸显了它所具有的优势。比如，太赫兹波比毫米波波长短，频率高。这就意味着太赫兹波能够更快更多地传播数据，因此，将太赫兹波引入移动网络或许可以解决5G在数据吞吐量和延迟时间方面的不足。
Fettweis在演讲中还展示了测试的结果，在20米内，太赫兹波的传输速度是每秒1TB。虽然这个成绩并不是特别优异，但Ted Rappaport仍坚信太赫兹波是未来6G，甚至7G的基础。
作为毫米波研究领域的先行者，Rappaport有力地证明了毫米波在5G网络中的作用。他坦言道，得益于太赫兹波的频率，以及目前蜂窝技术的改善，人们在不远的将来就会看到，智能手机拥有了类似人脑的计算能力。
当然，从某种程度上来说，这一切都有高度投机的意味。但如果发展趋势一直按照目前的情况继续，那么，在未来十年里，我们有望看到移动运营商将太赫兹波运用于通信技术。