6G太赫茲技術(shù)的應(yīng)用探討

孫大勝 董斌

摘 要 5G實現(xiàn)了更快更低時延及更高網(wǎng)絡(luò)容量的網(wǎng)絡(luò)，那么6G的目標(biāo)將是實現(xiàn)世界全連接。我們知道5G將會使用毫米波進(jìn)行通信，而6G有望使用太赫茲技術(shù)，這將大大提升6G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量及網(wǎng)絡(luò)速度。

關(guān)鍵詞 6G;太赫茲技術(shù);應(yīng)用

前言

通信業(yè)必須具備前瞻性，早在2009年4G LTE首版標(biāo)準(zhǔn)完成時，各大設(shè)備廠商就開始研究起5G了，所以在5G R15標(biāo)準(zhǔn)完成的時候，6G的研究也要提上日程了。如果說5G實現(xiàn)了更快更低時延及更高網(wǎng)絡(luò)容量的網(wǎng)絡(luò)，那么6G的目標(biāo)將是實現(xiàn)世界全連接。我們知道5G將會使用毫米波進(jìn)行通信，而6G有望使用太赫茲技術(shù)，這將大大提升6G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量及網(wǎng)絡(luò)速度。太赫茲，大家可能很陌生，但是如果看了下面這張不同頻率的分布圖，相信大家對太赫茲就會有一定的了解。

“太赫茲”就是“THz”，實際上是一個頻率單位，1THz=1000GH，一般指300GHz到3000GHz之間的頻段。這意味著6G無線波能承載更多的數(shù)據(jù)量，也就意味著6G網(wǎng)絡(luò)將有更快的網(wǎng)速。大家都可能聽說過5G網(wǎng)絡(luò)的理論下載帶寬為10Gbps，是4G網(wǎng)絡(luò)的一百倍。那么6G呢？6G的下載帶寬為1Tbps—是5G的一百倍，4G的一萬倍。

16G技術(shù)的發(fā)展趨勢

（1）為什么太赫茲技術(shù)能讓6G比5G更快更強。我們可以看一下三大運營商的5G頻譜分配情況，中國移動獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段的5G試驗頻率資源，中國電信獲得400MHz-3500MHz頻段的5G試驗頻率資源，中國聯(lián)通獲得3500MHz-3600MHz頻段的5G試驗頻率資源。我們知道，太赫茲輻射的頻率范0.3～3THz，根據(jù)通信原理，頻率越高，允許分配的帶寬范圍越大，單位時間內(nèi)所能傳遞的數(shù)據(jù)量就越大，也就是我們通常說的“網(wǎng)速變快了”。所以單從頻率上來講，6G的網(wǎng)速將會是5G的10倍左右。

（2）目前對太赫茲的研究僅僅停留在探索階段，6G究竟要如何去使用太赫茲還需要專家們花時間去研究，最需要解決的問題便是太赫茲輻射的傳輸距離短的問題。如果大家還記得高中物理的話，應(yīng)該知道這個公式：波速=波長*頻率。因為電磁波波速是固定的光速，那么電磁波的波長就和頻率成反比，頻率越高，波長越短，而波長越短，傳輸距離也就越短。專家預(yù)測未來6G網(wǎng)絡(luò)會是一個密集型網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能做到廣域覆蓋，如何部署基站成了首要難題。

（3）5G是“物聯(lián)網(wǎng)”的初始時期。雖然媒體早早就提出了“萬物互聯(lián)”的概念。但5G技術(shù)所能提供的連接數(shù)大約是100萬個連接/平方公里——在人口稠密的大城市，這個量級的連接數(shù)還是不夠的。真正能做到將每一個燈泡和遙控汽車都連入互聯(lián)網(wǎng)，恐怕還要等網(wǎng)絡(luò)容量更大的6G推出才行。據(jù)稱：6G的容量將可達(dá)5G基站的1000倍。

以上的這些還只是科學(xué)家們提出的一些方案和設(shè)想——6G的真正標(biāo)準(zhǔn)還沒有被指定出來。但6G目的肯定是為優(yōu)化和完善而來。所以5G的設(shè)計中目前出現(xiàn)的一些問題，6G時代肯定是要去補上的。

當(dāng)然部署6G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)不止這些困難，太赫茲技術(shù)還需要進(jìn)一步地深入開發(fā)，并且有效地將這些頻段的應(yīng)用豐富起來才能真正部署起6G網(wǎng)絡(luò)[1]。

26G技術(shù)的應(yīng)用范圍

目前而言，太赫茲技術(shù)的應(yīng)用場景主要包括天文應(yīng)用、無損檢測、醫(yī)學(xué)成像、安全檢查等等，下面大致了解一下。

2.1 天文應(yīng)用方面

由于宇宙背景輻射在太赫茲頻譜中存在豐富的信息，這使得太赫茲射電天文成為天文觀測的重要手段。通過使用太赫茲波對宇宙背景輻射進(jìn)行研究，可以理解更多關(guān)于我們生活的太陽系以及宇宙的進(jìn)化過程。例如，通過研究星際分子云的太赫茲頻段頻譜特性，可探究宇宙的起源;分析原子和分子散射出來的頻譜信息，可研究宇宙中的新生星系的形成等。

2.2 無損檢測方面

太赫茲輻射的光子能量低， 對穿透物不會造成損傷， 并且可以穿過大多數(shù)介電物質(zhì)。太赫茲波這一特點對于檢測非導(dǎo)電材料中的隱藏缺陷或者特殊標(biāo)記具有很大的發(fā)展空間，一般稱為無損檢測，比如檢測油畫、航天器和半導(dǎo)體器件等。

2.3 生命科學(xué)應(yīng)用方面

由于太赫茲輻射波對人體基本無害，同時水和其他組織對太赫茲波具有不同的吸收率，因此它可廣泛應(yīng)用于對人體局部成像和疾病的醫(yī)療診斷上，比如對于皮膚癌和乳腺癌等的檢測。太赫茲波段包含了大量的光譜信息，對不同的分子，尤其是有機大分子會呈現(xiàn)出不同的吸收和色散特性，因而可以有效地用于測定分子特性，在生命科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，比如測定DNA的束縛狀態(tài)、生物組織的特征和蛋白質(zhì)復(fù)合物等。

2.4 安全應(yīng)用方面

太赫茲波具有穿透性，能夠?qū)崿F(xiàn)對隱蔽物體的有效檢測，可應(yīng)用于國家安全相關(guān)的領(lǐng)域，比如對于隱蔽的爆炸物、隱藏的槍支、郵寄的非法藥品的檢測和用于機場的快速安檢等。上海微系統(tǒng)所研制了0.36THz的成像系統(tǒng)，電子科技大學(xué)樊勇團(tuán)隊研制了0.34THz的SAR成像系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張景陽.分析室內(nèi)無線通信對太赫茲技術(shù)的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2015，（6）：27.

作者簡介

孫大勝（1968-），男，河南省南陽市;畢業(yè)院校：大連理工大學(xué)，專業(yè)：檢測與儀器，高級工程師，現(xiàn)就職單位：東方地球物理公司裝備服務(wù)處北疆作業(yè)部，研究方向：地震儀器的技術(shù)支持。

董斌（1965-），男，甘肅武威市;畢業(yè)院校：蘭州理工大學(xué)，專業(yè)：自動控制，高級工程師，現(xiàn)就職單位：東方地球物理公司裝備服務(wù)處北疆作業(yè)部，研究方向：地震儀器監(jiān)督。