在Beyond5G/6G時(shí)代，其活用備受期待的太赫茲波是什么？

太赫茲波在電磁波*的分類中，位于微波、毫米波等“電波”和可見光等“光”之間（圖1）。通常，其頻率范圍是100GHz-10THz（太赫茲），波長(zhǎng)范圍是3mm-30μm左右，就是指電波和光重疊的區(qū)域。

太赫茲波可以說(shuō)是接近于光的一種電波，具有穿透物質(zhì)或被物質(zhì)吸收的特性。有觀點(diǎn)認(rèn)為，可以利用該特性測(cè)量出光吸收類型，并根據(jù)光吸收類型，將太赫茲波應(yīng)用于廣泛領(lǐng)域中的傳感和成像等方面，包括從分析物質(zhì)成分到使用無(wú)人探測(cè)器探索行星。另外，太赫茲波的另一大特點(diǎn)是，其能量低于可見光，所以沒有X射線之類的輻射風(fēng)險(xiǎn)，不需要管理資格。由于它對(duì)人體無(wú)不良影響，所以也可以活用在安全檢查方面，例如在機(jī)場(chǎng)入口等公共場(chǎng)所，檢查在場(chǎng)人員是否攜帶武器或可疑物品。

*電磁波：與運(yùn)動(dòng)和熱量一樣，是一種能量形態(tài)。是指電場(chǎng)（電力作用的空間）和磁場(chǎng)（磁力作用的空間）一邊變化一邊進(jìn)行傳播的一種波。

圖1 太赫茲波在電磁波（電波、光）中的區(qū)域

有關(guān)用于B5G/6G的太赫茲波，負(fù)責(zé)管理和監(jiān)督美國(guó)通信電波的聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC：Federal Communications Commission）為了開展研究和實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)開放了95GHz-3THz和寬頻帶。預(yù)計(jì)將和毫米波中的94GHz一樣，考慮將太赫茲波用于宇宙開發(fā)等特殊用途。
在日本，B5G的特定實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)局的使用頻帶主要是從90GHz-300GHz的被稱為“亞太赫茲波（sub-THz）”的頻帶開始進(jìn)行研究和探討。90GHz-300GHz的“亞太赫茲波”可使用比5G毫米波寬10倍以上的帶寬。100GHz-1THz的太赫茲波作為21世紀(jì)30年代預(yù)想的B5G/6G的通用頻帶,其實(shí)用化正受到期待。在全球供應(yīng)鏈中，設(shè)備規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)的兼容性與新電波的標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)，因此隨著新設(shè)備的研究開發(fā)，人們對(duì)于完善國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)注也在提高。

在5G中，使用的是比4G通信速度高且在較少的基站中可廣范圍接收電波的Sub6（3.7GHz/4.5GHz），以及通信速度比Sub6大約快16倍的通信區(qū)域狹小的毫米波（28GHz/39GHz）。在B5G/6G中，預(yù)計(jì)也會(huì)根據(jù)不同用途，區(qū)別使用不同頻帶的電波，以達(dá)到高效使用。

在太赫茲波網(wǎng)絡(luò)中備受期待的傳感器性能

如上所述，太赫茲波在用于檢測(cè)和分析物質(zhì)的設(shè)備上得以活用，目前正在研究的是，未來(lái)使用太赫茲波的通信網(wǎng)絡(luò)去檢測(cè)物體和人體，也就是將網(wǎng)絡(luò)本身作為傳感器進(jìn)行活用的“遙感”技術(shù)。
紅外線和LiDAR作為一項(xiàng)利用了光和電波的反射的遙感技術(shù)，目前已被用于汽車等設(shè)備中。另一方面，太赫茲波作為接近光的一種電波，我們期待它能同時(shí)具備更廣范圍的傳感性能和高速大容量的數(shù)據(jù)通信性能。比如，還有一種構(gòu)想是，就像穿透型傳感器或活用空間分辨率進(jìn)行成像的圖像傳感器那樣，根據(jù)太赫茲波的穿透和吸收等特性，將多個(gè)基站構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)加以活用。

如果使用由地面基站組成的太赫茲波無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遙感技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，我們就能夠更迅速地獲取到例如天氣、交通量、道路障礙物和人流等的詳細(xì)信息（圖2）。或者從遙感通信終端的傳感器上獲取大數(shù)據(jù)，AI（人工智能）就可以根據(jù)大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更詳細(xì)地預(yù)測(cè)交通堵塞和人流擁擠狀況并選擇路線進(jìn)行回避的性能。另外，由于遙感技術(shù)可以檢測(cè)出有人入侵場(chǎng)地，所以同時(shí)也具備安全防范傳感器的性能等，可用于多種用途。

太赫茲波容易被水吸收的特性在一些方面仍存在課題，但也有觀點(diǎn)認(rèn)為，該特性同時(shí)也可用于天體上微量水分的探查。在地面上，可以通過水分引起的電波傳播衰減來(lái)感知雨量，因此可以更低延遲并高精度地獲取局部降雨等氣象信息。
綜上所述，使用太赫茲波網(wǎng)絡(luò)同時(shí)發(fā)揮通信和傳感功能，將會(huì)成為實(shí)現(xiàn)超智能社會(huì)的關(guān)鍵一步。

太赫茲波無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的課題和所需技術(shù)

太赫茲波無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用化在技術(shù)上還存在不少課題。如上所述，太赫茲波是接近光的一種電波，其電波的直進(jìn)性比毫米波更高，還具有易受水分（雨水和大氣中的濕氣等）和障礙物（大樓、樹木、人體等）影響的特性。而該特性所產(chǎn)生的電波的傳播衰減量，以及根據(jù)該特性可以檢測(cè)出降雨量、物體、人體的存在等，正是太赫茲波的有利之處。但另一方面，太赫茲波的這種特性是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中電波傳播方面的重大課題。這是因?yàn)椋瑢⑻掌澆ㄗ鳛?a href="http://www.asorrir.com/soft/data/43-45/" target="_blank">無(wú)線通信用的電波來(lái)使用時(shí)，對(duì)于將電波傳播到遠(yuǎn)方這一目的而言，水分和障礙物造成的損失、吸收、遮擋、穿透損耗、漫反射會(huì)成為不利條件。

另外，B5G/6G的傳輸和接收需要相關(guān)系統(tǒng)和軟件方面的技術(shù)，如通信控制技術(shù)、算法、設(shè)備管理，以及能夠從傳感數(shù)據(jù)中獲取有利用價(jià)值的信息或優(yōu)化控制的AI等。與此同時(shí)，基站和終端所需的設(shè)備包括了支持高頻和寬帶電波的天線、濾波器、放大器、混頻器、本地振蕩器等。開發(fā)這些設(shè)備不僅需要解決亞太赫茲波和太赫茲波的傳播特性存在的課題，同時(shí)還需要實(shí)現(xiàn)小型化、低耗電性，散熱性和穩(wěn)定性。

B5G/6G的近期研究和今后的技術(shù)革新，將在21世紀(jì)30年代為各種產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的用戶體驗(yàn)（UX），同時(shí)在許多國(guó)家面臨的勞動(dòng)人口、自然環(huán)境變化、自然災(zāi)害等未來(lái)預(yù)測(cè)發(fā)生的諸多問題方面，作為解決方法之一正備受期待。

審核編輯 黃宇