太赫兹通信技术的发展现状怎么样？

中国工程院院士、北京邮电大学教授张平在2023中国无线电大会主论坛上，作了题为《6G太赫兹高频段通信》的专题报告。

张平院士指出，6G最重要的维度有两个，一个是无所不在的连接，另一个是无所不在的智慧。我们可以看到移动通信演进的逻辑是这样的，从1G到4G我们需要频段以提供更大的带宽，到了5G要支撑工业互联网，增加了两个通信维度。在6G又增加了两个不同的场景，不仅要支持陆地还要支持空间，要跟人工智能结合起来，这是它的主要特征，在这方面国际化的标准已经启动。要从毫米波发展到太赫兹，我们要把这个频段的物理特性和建模传统搞得非常清楚，并在这个基础上构建信道算法和应用。

国内外对太赫兹有很高的研究热情。ITU、IEEE、IMT-2030等标准化组织已设立多个任务组，初步划分了多个太赫兹通信频段;地面通信和非地面通信应用都在不断推动太赫兹通信从器件、信道、算法、组网到应用等多维度全面演进。从国内外的研发情况看有两条主要路线：固态混频电子学方法与光辅助太赫兹技术。其优缺点也很明显：传输速率提升大，但传输距离和应用仍受限。目前美国加州大学欧文分校研制的太赫兹系统实时传输峰值速率达到20Gbps，我国电子科技大学做出了220GHz频段20Gbps实时通信样机，华为做出了220GHz频段20Gbps 3.6公里通信样机。

当前，6G太赫兹技术存在以下主要挑战：一是信道测量与建模，6G关键技术对6G频谱规划提出了更多的需求;二是超高频器件性能，超宽带基带信号的发送和接收需要突破;三是超高速基带处理，太赫兹通信传输速率高、频带宽、射频非理想性突出，给超宽带信号采样、高速基带信号处理、基带数字电路设计与实现带来极大挑战;四是超高效组网技术，6G组网向智简、开放、绿色方向演进，太赫兹通信波束窄，移动场景下终端将发生频繁切换，波束管理的精确性和实时性也更具挑战，难以适配6G网络的智简化需求。

当前，我们离实现太赫兹无线通信还有距离，要在基础方面做研究。太赫兹信道研究，是太赫兹通信系统设计、研发和评估的基础与前提。在太赫兹信道测量平台方面，要基于时域相关原理，利用三维高精度自动旋转平台搭建太赫兹信道测量平台，开展多频段、多场景的太赫兹信道测量。在太赫兹信道特性方面，开展220-330GHz频段短距离场景太赫兹路径损耗测量与建模研究，弥补目前100GHz以上太赫兹信道研究的缺失。基于毫米波、太赫兹多频段信道测量，揭示了太赫兹信道多径分布的稀疏性，提出基于簇功率非均匀分配的稀疏性模型，以修正标准模型的不足。

经过20年的积累凝聚，我们持续更新发布标准信道模型仿真平台，在ITU网站公开共享，支撑全球高校、企业开展移动通信技术创新和标准推动。我们在全球首发了6G信道模型仿真平台BUPTCMG-6G(BUPT ChannelModelGenerator 6G)。

6G太赫兹技术演进有以下几个方向：一是高速大带宽信号采样，二是低复杂度基带信号处理，三是太赫兹-智能反射面一体化技术。

张平院士指出，太赫兹通信作为现有空口传输方式的有益补充，被认为有可能应用于全息通信、超大容量数据回传等超高速传输需求场景。太赫兹通信技术仍面临核心器件不足、算法实时性差、组网复杂度高等挑战。虽然国内多家研发单位已完成了固态电子类和光电结合类太赫兹通信样机的研制与验证，但在实时性、空间复用、功耗、通信距离等方面还需突破。太赫兹通信应用落地需求仍待探索，需要不断突破各项关键技术，逐步明确太赫兹通信技术路线，大力促进太赫兹通信产业化成熟发展。

太赫兹科技是指工作频段在0.1到10太赫兹的电磁波技术。它的特点是低频段电磁波的穿透力强，高频段电磁波的反射能力强，可以透过许多材料如纸张、塑料、布料、木材等进行成像，甚至可以穿透衣物，实现“隐形通信”功能。

01隐形通信与人体组织的相互作用机制相近，也能实现无创检测和成像。在隐秘通信领域，太赫兹技术可以利用物质的吸收、反射和散射特性，实现隐秘通信，轻松破解安全系统，造成巨大安全威胁。因此，在太赫兹通信中加密技术和安全措施显得尤为重要。

太赫兹技术在隐形通信领域的发展前景广阔，但同时也需要强有力的安全保障措施。隐形通信带来的便利性也常常威胁着个人或集体的信息安全和国家安全。因此，在太赫兹通信技术的发展过程中，应该在安全性方面加强技术和管理保障。

02医学诊断太赫兹科技在医疗诊断领域也有着广泛的应用前景。太赫兹波谱技术能够检测生物分子的振动模式，因此在人体内的分子和细胞生物学研究上具有广泛的应用。

通过对人体组织的太赫兹光谱分析，可以诊断出各种疾病，如癌症和糖尿病等，有效提高疾病诊断的准确性。此外，太赫兹技术在人体组织成像和肿瘤检测方面也具有突破性的应用，有望替代传统医学影像技术，如X射线照射、MRI和CT等。

我曾经在医院实习期间目睹过太赫兹技术在医学诊断中的应用。一位患有肺癌的患者来到医院，通过太赫兹技术对他的肺部进行了高精度的诊断。

通过扫描图像数据的处理和分析，医生很快确定了患者肺部的恶性肿瘤的位置和大小，便于随后的治疗方案制定。这让我深刻认识到太赫兹技术在医学诊断领域中的重要性和应用前景。

然而，太赫兹医学诊断目前仍处于研究和试验阶段，产业化程度比较低，技术门槛较高，需要投入大量资金和人力资源。未来的发展趋势是将技术应用到移动医疗端和智能医疗设备上，使其应用更加广泛和普及化。

1.高速传输：太赫兹频段

通信

技术是一种高速传输技术，具有较大的频带和高的传输速率。在可用频段内，太赫兹频段的通信速率可达Gbps级别，因此，在需要大量数据传输的场合，太赫兹通信技术具有十分明显的优势。

2.较小的

信号

衰减：太赫兹波在大气中传输时，由于其波长在微米到毫米级别，相对于电磁波，其与大气中分子之间的碰撞减弱相对较小，导致其衰减十分有限。这种特性使得太赫兹通信技术在建筑物内或城市街区之间传递信号时也表现出了良好的性能。

3.高分辨率成像：太赫兹波具有较高的穿透能力和信号分辨率，可以用于对物体的成像。因此，太赫兹通信技术不仅可以用于无线通信，还可以用于医学、安全

检测

、非破坏性检测等多个领域。

4.低功率传输：太赫兹波的穿透性相对较弱，因此其传输能力较电磁波较为有限。在一定范围内，太赫兹波的传输功率非常小，因此对人体和环境的影响也较小。

5.阻挡能力强：与其他无线通信技术相比，太赫兹频段通信技术具有较强的阻挡能力，可以有效地避免信号的干扰和截获。

总的来说，太赫兹频段通信技术的主要作用是在高速数据传输、高清图像传输、远距离通信、安全检测、医疗成像等领域得到广泛应用。尤其是在构建

5G

通信网络

的过程中，太赫兹通信技术被认为是解决高容量、低延迟等技术难点的重要手段之一。同时，太赫兹频段通信技术也被广泛应用于军事领域，成为军事情报收集和作战指挥的重要工具。