6G在路上,背后的太赫兹技术是什么?

在5G商用之前,工信部确认即将开始研究6G,这可能会让人觉得措手不及,但其实也在情理之中。为什么这么说?因为通信行业必须要有前瞻性,早在2009年4G LTE标准第一版完成的时候,各大设备厂商就开始研究5G,所以5G R15标准完成的时候,6G的研究也要提上日程。

如果说5G已经实现了更快、更低的时延和更高的网络容量,那么6G的目标将是实现全球全连接。我们知道5G将使用毫米波进行通信,而6G有望使用太赫兹技术,这将大大提高6G网络的网络容量和网络速度。

太赫兹对你来说可能很陌生,但是如果你看看下面不同频率的分布图,相信你会对太赫兹有一定的了解。

太赫兹其实是一个频率单位,1 THz = 1,000 Gh。人们对太赫兹的研究主要在0.65,438+0 THz到65,438+00 THz之间。这个范围两边的微波和红外线都得到了广泛的应用,所以这个频段有个外号叫“太赫兹间隙”。它在长波波段与毫米波(亚毫米波)重合,而太赫兹波在短波波段与红外线重合时,在电磁波谱中占有非常特殊的位置。

值得一提的是,ITU将0.3~3THz的频段定义为太赫兹辐射,小于上述范围,目前的太赫兹应用都在这个频段内。

太赫兹技术主要应用于光谱领域、成像、高速通信、雷达、安检、探测、天文等。

了解了太赫兹之后,我们带你了解一下为什么太赫兹技术可以让6G比5G更快更强。我们可以回想一下最近工信部公布的三大运营商5G频谱分布情况。中国移动获得2515MHz-2675MHz和4800MHz-4900MHz的5G试验频率资源,中国电信获得3400 MHz-3500 MHz的5G试验频率资源,中国联通获得3500 MHz-3600 MHz的5G试验频率资源。我们之前提到过,太赫兹辐射的频率范围是0.3THz~3THz。根据通信原理,频率越高,允许分配的带宽越大,单位时间内可以传输的数据量也就越大,也就是我们通常所说的“网速变快”。所以单从频率来说,6G的网速会是5G的10倍左右。

当然,目前对太赫兹的研究还只是在探索阶段,专家研究如何利用太赫兹还需要时间。最需要解决的问题是太赫兹辐射传输距离短。如果你还记得高中物理,应该知道这个公式:波速=波长*频率。因为电磁波的波速固定在光速,所以电磁波的波长与频率成反比。频率越高,波长越短,波长越短,传输距离越短。专家预测,未来的6G网络将是一个密集的网络。只有这样才能实现广域覆盖,如何部署基站成为首要问题。

6G网络的部署远不止这些困难。太赫兹技术需要进一步发展,能够有效丰富这些频段的应用,才能真正部署6G网络。目前,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。跟我一起来看看吧。

天文学应用

由于太赫兹光谱中含有丰富的宇宙背景辐射信息,太赫兹射电天文学已经成为一种重要的天文观测手段。通过利用太赫兹波研究宇宙的背景辐射,我们可以更多地了解我们所处的太阳系以及宇宙的演化过程。比如,通过研究星际分子云的太赫兹频谱特性,可以探索宇宙的起源;通过分析原子和分子散射的光谱信息,可以研究宇宙中新星系的形成。

无损检验

太赫兹辐射光子能量低,不损伤穿甲弹,可以穿过大部分电介质物质。太赫兹波对于检测非导电材料中隐藏的缺陷或特殊标记有很大的发展空间,一般称为无损检测,如检测油画、航天器、半导体器件等。

生命科学的应用

太赫兹辐射波对人体基本无害,水和其他组织对太赫兹波有不同的吸收率,因此可广泛应用于人体局部成像和疾病的医学诊断,如皮肤癌和乳腺癌的检测。太赫兹波段包含了大量的光谱信息,对于不同的分子,尤其是有机大分子,表现出不同的吸收和色散特性,因此可以有效地用于测量分子特性,在生命科学领域有着广泛的应用前景,如测量DNA的结合态、生物组织和蛋白质复合物的特性等。

安全应用

太赫兹波具有穿透性,可有效探测隐藏物体,可应用于国家安全相关领域,如隐藏爆炸物、隐藏枪支、邮寄违禁药物的检测以及机场快速安检等。上海微系统研究所孙团队研制了0.36 THz的成像系统,电子科技大学团队研制了0.34 THz的SAR成像系统。

高速通信

与现有的微波、毫米波通信频段的频谱相比,THz频段具有广阔的频谱资源,可用于超宽带、超高速无线通信,如100 Gbps甚至更高。