太赫兹波的特性及其应用（四）

——太赫兹6G通信

徐长发，华中科技大学，2019.9.20

太赫兹频段是指100GHz-10THz，是一个频率比5G高出许多的频段。太赫兹波用于航天通信有不少优异的性能，如果把太赫兹波用于地面通信，怎样才能发扬其特长，又该如何克服其应用中的种种问题呢。

一．太赫兹波通信的优势

太赫兹波通信的优点主要是由其频率高所产生的：

1.通信带宽大，传输的容量大,太赫兹波的频段的信道比微波通信的要高出l-4个数量级,可提供高达10Gb/s的无线传输速率, 比当前的超宽带技术快几百甚至上千倍。

2.波束更窄, 方向性更好, 可以探测更小的目标以及用于更精确的定位；也具有更好的保密性及抗干扰能力。

3.由于波长更短, 所以天线的尺寸可以做得更小, 其他的系统结构也可以做得更加简单、经济，甚至能够将设备做成纳米级别，实现纳米级设备之间的通信。

4.太赫兹波的穿透能力强，大风、沙尘、浓烟等恶劣环境不会影响正常通信。

5.太赫兹光子的能量低, 大概是可见光子能量的1/40,由此可知，与光通信相比，太赫兹波通信的能量效率更高。

6.真正接近人们的梦想目标，去实现网络全球覆盖，流畅的物联互通。

二．可以预见的未来目标

按照移动通信的更迭时间，一代技术从研发到商用需要十年。2020年5G即将投入商用，因此，现在开始筹备6G研发，到2030年左右6G会投入商用。

为了在将来能够全球6G联通，需要在大的框架下统一6G标准。目前，国际电信联盟已经正式成立Network 2030焦点组，该焦点组旨在探索面向2030年及以后的网络技术发展，总的来说，6G网络既要兼容5G网络，又要探索新的网络结构，既要支持现有的应用，又要支持新的需求和应用。

通信业界普遍认为，5G基本上解决了通信速度、容量的问题，在通信连接和网络覆盖方面做出了一些改进，大大地提高了应用效果。为实现全球覆盖和流畅的物联互通，6G的关键是“无所不在的覆盖”和“无缝连接”问题。

1.通信卫星能解决网络覆盖问题。

通信业的专家认为应该引入卫星通信，让卫星和基站连接起来，以便覆盖那些1G到5G都无法覆盖的区域，来实现通信业一直追求的"无所不在"的覆盖。

卫星和基站之间的通信，使用太赫兹波，在空中是无阻挡的。

基站是唯一可能覆盖城市以及室内区域的设备。

这种卫星-基站的通信方式早就应用了。例如卫星导航系统中：手机直接接收到4颗导航卫星的位置信号，手机利用一种算法可以将手机的位置定位，这种定位有一定的误差，要靠基站发送的信息去修正；卫星把位置信息发给基站，基站把矫正误差的信息发给手机，还把路况信息发给手机；这样就完成了导航过程。

使用边缘计算，各类功能的应用将会爆发增长，像智慧城市、智慧家居、智慧医院、在线直播、智能泊车、自动驾驶、无人机、智能制造等各方面都会容易实现。

5G时代是云的时代，也是云和网相互融合的时代，云网融合也为5G赋予更多内涵，两者共生共长、互补互促。   

由于5G和6G都处于毫米波段，所以，5G高频段其它应用技术的研究也是在为6G太赫兹通信做准备，只有实现了5G高频段通信才能过渡到6G通信，当然，这种过渡期一定会比较短。

三．总结

1.6G通信的总优势是

更大的带宽、更多的信道、更快的传输速度、更短的网络延迟时间、更广的覆盖和更高的资源利用率。依据这些优势发展各种应用是“爆炸式”的。

2.发展到6G通信要有个过程

这个过程很多人都预计过：

5G初期，2020年开始商用，仅仅在4G的基础上稍微提高载波的频率，4G的大的格局没有太大变化；

5G中期是“云计算+5G”；

5G末期是“边缘计算+5G”。

6G将是“太赫兹通信+卫星网络（通信、遥测、导航）”，将在2030年得到商用。在6G时代，系统的天线将是“纳米天线”，而且这些纳米天线将广泛部于各处，包括路边、村庄、商场、机场、医院等。

3.由5G高频段通信过渡到6G通信，过渡期一定会比较短。

4.通信技术领先的国家都在提前研究6G通信问题

例如中国、美国、日本、韩国、欧盟、英国都在积极研究6G通信的各类问题，有理论基础的问题，有实现方法的问题、有各类算法的问题、有各类器件制作的问题，这些国家都想在6G研究中领先一步。但是，事情总得一件一件地做，问题总得一个一个地解决。

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