探讨275~3000 GHz频段内潜在的典型无线通信应用

微波通信的特性以及光波通信的特性：

首先，太赫兹波通信可有效地弥补微波通信的不足：随着通信技术的快速发展，传统的微波通信系统就越来越难以满足无线通信对于高速、宽带的发展需求。而275~3000 GHz频段具有潜在可用的大的物理带宽、相关系统潜在具备高无线数据传输速率能力，从而就可以被应用到未来的无线通信系统之中；

其次，太赫兹波通信可有效地弥补光波通信的不足：在灰尘、墙体、塑料、布匹和其它非金属或者非极化物质中，光波传输的信号衰减严重。而275~3000 GHz频段内的无线电信号可以以极低的电平损耗来穿透这些物质，从而就具背了对于恶劣无线电信号传播环境中的良好穿透能力。

最后，将太赫兹波物理频段应用于无线电通信领域也有一定的劣势：其中最大的劣势在于，太赫兹波无线电信号容易被大气中的极性分子吸收，从而会形成较为严重的大气衰减（下雨天的信号衰减将会更为严重）。

该报告紧接着指出，上述特性决定了在未来，太赫兹波物理频段将会主要被应用于星际通信、地面短距离宽带移动通信，并主要将适用于干燥雾霾天气或者战场等恶劣外部环境。

四、太赫兹频段无线通信的五大潜在典型应用方向

为了切合本文的主题，下文着重对该报告的第4部分"THz wireless communication（太赫兹无线通信）"进行详细介绍。

1）四大具体问题

该报告指出，在研究太赫兹波段无线通信的潜在典型应用方向时，应考虑到以下的具体问题：

（1）对于具有超宽频段的物理带宽的使用；

（2）对于通信天线及设备进行小型化处理的可能性；

（3）高指向性以及大的自由空间传播损耗（相关波长小于60 GHz频段的五分之一。虽然自由空间的传播损耗达到了25倍甚至更高，但是可以通过通信天线的高增益特性进行补偿）；

（4）研发位于该工作频段内的振荡器、功率放大器和波束控制天线等的制造技术。

2）潜在典型应用方向之一：芯片之间以及电路板之间的超近距离无线通信

如图2所示，相互连接的芯片部件与电路板可以采取无线通信方式来消除线缆布设，并最终达到使底层与装置小型化的效应。

图2、芯片之间以及电路版之间的超近距离太赫兹频段无线通信场景

这一潜在应用场景的典型要求为：

（1）无线通信的物理距离

根据相关的总结，在同一物理空间内部署芯片以及/或者部署芯片衬底时，通信距离在数毫米（属于超近距离）到数厘米（属于临近距离）之间。

（2）无线数据传输速率

芯片之间以及电路板之间的超近距离无线通信，典型的无线数据传输速率应达到数十Gbit/s。

在数据传输速率方面：①国际上已确定符合USB 3.1标准的接口采取10 Gbit/s的速率；②而对于PCI Express 4.0接口，国际上已将数据链路层的传输速率标准化（4 GB/s ×8 bit/B= 32 Gbit/s双向）；③如进行64信道PCI Express 4.0接口绑定，相关的数据传输速率还将可被提升至4 GB/s ×64 = 256 GB/s=2048 Gbit/s）。

该报告紧接着指出，虽然并不总是需要为超过Tbps级别数据传输速率的通信提供相关的支撑，但是在利用太赫兹物理频段进行超近距离无线通信的芯片之间和电路板之间，将需要具备至少数十Gbit/s的超高速数据传输能力。

（3）无线信号的传播环境

此方面，宜采取外罩内的超近距离和临近模型（注：此处的"罩"所指的是一种伴有强大反射波的金属外罩），而且必须研究采取LoS（视距）通信与NLoS（非视距）通信的实现方式，还必须要考虑到超近距离排列的设备之间的多路径无线传输以及通过太赫兹频段无线电波穿透芯片衬底而实现的设备外罩内壁多路径效应。

3）潜在典型应用方向之二：通过近场通信实现内容与"云"的同步

最近，采用云计算/云存储技术的服务以及智能手机终端与云数据中心之间的协作型服务均在迅速地发展。相关应用场景如图3所示。

图3、通过太赫兹频段近场通信实现内容与"云"的同步

云存储服务是云服务的典型类型之一，其可在用户主观上感知不到相关同步过程的情况下，通过网络对用户移动智能终端上的图片与视频内容进行云存储。但是，3G（第三代移动通信）系统与LTE（长期演进）移动通信系统采取分组通信技术，在用户不知情的情况下，移动智能终端进行内容的云同步化，会导致蓄电池能耗的增大，缩短每次充电后的使用时长。

为此，这一使用场景所提出的相关解决方案为：比如，除了火车站自动检票口的IC计费功能之外，用户在外出途中，还可随身携带具有太赫兹物理频段通信功能的智能手机，经过火车站检票口时，通过太赫兹通信同时实现内容的