275~3000 GHz频段内潜在的典型无线通信应用

一、引言

2015年10月1日，ITU-R（Radiocommunications sector for International Telecommunication Union，国际电信联盟无线电通信局）发布了编号为"Report ITU-R SM.2352-0"的研究报告——"Technology trends of active services in the frequency range 275-3000 GHz（《在275~3000 GHz频段内提供有源业务的技术趋势》）"。

二、国际电信联盟无线电通信局进行相关研究的背景及目的

该报告的"Introduction（引言）"部分指出：目前，国际电信联盟并未将275 GHz频点以上的物理频段划分给具体的无线电业务使用，但RR（Radio Regulation，《国际无线电规则》）已经确定将其用于无源业务服务的提供，其中包括射电天文业务、卫星地球探测业务（无源）和空间研究业务（无源）等。但是另一方面，并不排除相关的有源业务对于275~3000 GHz频段的使用。

另外，目前，IEEE（国际电子与电气工程师协会）已经确定由IEEE 802.15.3d任务组来制定IEEE 802标准——包括于275 GHz频点以上物理频段运行的PHY（物理）层，但是尚未确定将275 GHz频点以上物理频段用于有源业务服务的提供，《国际无线电规则》也并未针对275~3000 GHz频段进行划分。

国际电信联盟无线电通信局认为，迅速地了解全球于275 GHz频点以上物理频段内提供有源业务服务在当前的技术发展趋势是很有必要的，可以及时地掌握THz（Terahertz，太赫兹）物理频段技术在无线电通信领域之中的应用情况。

而进一步地，从政府相关部门监管的角度，为了避免在275~3000 GHz频段内运行的既有无源业务与正在研发、即将得到部署的有源业务之间出现潜在干扰，需要及时研究有源业务在275~3000 GHz频段内的技术及运行特性。该报告的第3部分"Regulatory information（规制/监管信息）"还着重指出，对于那些希望将275~1000 GHz物理频段内的部分无线频谱资源应用于提供有源业务服务的国家，国际电信联盟无线电通信局敦促其采取一切切实可行措施，在相关的频率划分表确定好之前，保护既有无源业务免受潜在的有害干扰。

为此，国际电信联盟无线电通信局开展了相关研究，并发布了此份技术报告，介绍了于275~3000 GHz频段内部署有源业务系统的技术趋势（主要讨论了太赫兹频段内的无线通信技术、感应技术以及成像技术），并为后续的共用性研究及兼容性研究提供技术信息。

三、太赫兹物理频段与相关典型应用发展趋势

（1）物理特性

该报告的"THz features, characteristics and typical applications"部分对于太赫兹物理频段的特性、特点与目前的典型应用趋势进行了介绍。

其中指出，275 GHz频点以上物理频段是太赫兹频段THz的主要组成部分——太赫兹波段（也被业界称为"亚毫米波辐射"）通常是指0.1 THz~10 THz物理频段和0.03 mm~3 mm波长所对应的物理频段。具体如图1所示。

图1、太赫兹频段于整个无线电频谱之内所处的位置

（2）独特优势

以传统无线通信技术为基础，全球业界对于太赫兹物理频段无线通信的研发工作经历了微波、毫米波到太赫兹波的过程，其中还部分地考虑到了激光无线通信。

该报告紧接着指出，现行的微波通信与激光通信最终不会被太赫兹波通信所取代，而太赫兹波通信系统却具有多数微波通信系统与激光通信系统所不具备的独特优势——主要体现在介电常数（对许多介电材料和非极性液体具有良好的渗透性）、水中快速衰减（可为医疗界所用）、安全（此频段内的无线电信号无法穿透人体）、频谱分辨率（很多分子（尤其是有机分子）在此频段具有强大的扩散与吸收特性）、高空间分辨率（此频段的空间分辨率与成像分辨率均高于微波频段）、短波长和良好的指向性（于单位时间内可承载更多的通讯信息）这六大方面。

原报告对上述六大方面进行了详细描述，有兴趣的读者朋友可以进一步地查阅和研究。

（3）潜在的典型应用领域

该报告指出，目前，275~3000 GHz频段主要被应用于天文观测，而随着高功率太赫兹辐射源的出现，该频段将会有着广泛的潜在用途——于其中，典型的应用领域将包括天文应用、分子检测应用、安检应用、生物药品应用、雷达应用以及于无线通信领域的应用。

原报告对上述六大潜在的典型应用领域进行了详细描述，有兴趣的读者朋友可以进一步地查阅和研究。下面仅介绍与本文主题相关的太赫兹无线通信领域应用。

从上文中的图1看来，275~3000 GHz频段处于整个无线电频谱内的光区/电区转换部分，从而，太赫兹频段就同时具有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