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6G太赫兹传输特性

6G太赫兹传输特性

一、引言

随着高清数字电视、超高清VR/AR等多媒体业务的日益兴起，人

们对高速数据传输的需求日益增长。为了实现更高的数据速率，通信

系统需要分配更宽的带宽，追求更高的频谱效率。在带宽方面，

100GHz以上的载波频率是未来无线局域网最有希望的替代方案。

太赫兹（THz）波段通常从300GHz到10THz。这一波段的电磁

波对陶瓷、纸张、木材、纺织品和塑料等介质材料可以轻易穿透，但

很难穿透金属和水。在外层空间，太赫兹波可以无损耗的传输，用很

小的功率就可实现远距离通信，因此，太赫兹频段可以广泛应用于太

空通信中。但在大气环境下，高自由空间损耗以及大气效应引起的额

外衰减是一个巨大的挑战。在不同的天气条件下，如大气分子、雨滴

或雾滴，都可能导致太赫兹波段电磁波的高衰减或散射。

然而在某些确定的太赫兹频段依旧可以产生较低的衰减，因此可

以在这些频率窗口范围内进行数据传输。通常这些频率窗口被定义在

300GHz~1THz，超过1THz的频段由于极端的衰减不在无线通信建议

的使用选项中。

因此，6G太赫兹应用落地还面临一系列的问题与挑战。运营商和

各个行业已经开始从太赫兹器件和太赫兹光学应

用方面进行研究，但业界对太赫兹在无线链路的传播特性的分析

还比较少。本文分析了太赫兹在晴朗空气、雨天、雾天等场景的链路

损耗，并依据太赫兹链路传播特点提出6G太赫兹应用场景建议。

二、6G太赫兹在大气中传播特性分析

大气和天气对无线电波传播的影响表现为衰减、相移和到达角的

变化，这种现象包括分子吸收（主要是由于水蒸气和氧气）、散射和

闪烁。在分子（气体）吸收方面，水蒸气是大气中最基本的吸收成分，

会导致太赫兹频段，尤其是300GHz以上某些太赫兹波段衰减值较大。

（一）晴朗天气太赫兹传播特性分析

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在晴朗的天气中太赫兹波的衰减取决于电磁波和分子共振的频率

差，当波的频率与共振频率重合时，衰减会达到最大值。在557GHz

和752GHz2种谐振频率下，均表现出较高的衰减。分子共振引起的衰

减可以达到很高的值，但也有衰减小于等于100dB/km的频率窗，可

根据以下3种衰减评估模型：MPM模型、AM模型和ITU-RP.676-10

模型计算不同频段太赫兹波传输时的损耗。

其中ITU-RP.676-10模型可以被引用在1THz以下的频率模型中，

在频率f点处损耗的计算公式如下：

影响，出现分子共振效应，导致损耗急剧增大。因此在设计太赫

兹室外远距离传输系统时，应选择合适的频率窗口进行传输，来获得

较高的传输效率。

表1展示了理论可用的太赫兹频率窗范围，包含94GHz、

120GHz、140GHz，220GHz，340GHz等多个可用频点。在频谱申

请和应用方面，国际电信联盟ITU指定120GHz和220GHz频段分别

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用于下一代地面无线通信和卫星间通信，世界无线电通信大会WRC-

2019将275~450GHz频段定位为可用以陆地移动