前言：

6G是繼5G之后未來的新一代移動通信技術(shù)，目前處于研究階段。

6G技術(shù)將構(gòu)建出一個空天地一體、智慧內(nèi)生、安全內(nèi)生、綠色低碳的網(wǎng)絡(luò)，具有亞毫秒級的空口傳輸時延的極致性能，以及連接、計算、AI（人工智能）等綜合能力的一體化服務(wù)。

各國在通信領(lǐng)域上相互趕超

無論是中國，美國，歐盟還是日韓，目前在通信領(lǐng)域領(lǐng)先的國家都在加大6G方面研發(fā)的投入。根據(jù)目前的研發(fā)目標，6G預(yù)計將實現(xiàn)5G十倍以上的通信速率，并且預(yù)計在2026年左右推出相關(guān)標準。

在相關(guān)應(yīng)用方面，6G預(yù)計將繼續(xù)5G的道路，將覆蓋個人通信的同時，繼續(xù)覆蓋物聯(lián)網(wǎng)和智能工業(yè)應(yīng)用，包括超高速工廠內(nèi)無線接入等。

為了支持更大的通信速率，根據(jù)香農(nóng)定律，信道容量必須相應(yīng)增加，通常而言這意味著需要增加通信帶寬。

為了增加通信帶寬，最直接的方法就是提升載波頻率，而這也是太赫茲在6G領(lǐng)域得到特別關(guān)注的原因。

太赫茲通信關(guān)鍵技術(shù)研究

太赫茲通信由于提供了更為豐富的電磁頻譜信息，作為未來無線通信的一個重要研究領(lǐng)域，是各國競相占領(lǐng)的通信制高點之一。

太赫茲（THz）頻段介于毫米波和紅外光之間，由于其超大的通信帶寬，被認為是實現(xiàn)Tbps級通信速率的重要技術(shù)備選方案。

同時，THz的高頻點使其具有毫米甚至亞毫米級波長，可以在較小體積的手持或可穿戴設(shè)備中應(yīng)用，實現(xiàn)包括高精度定位、高分辨率3D成像，以及物質(zhì)材料的質(zhì)譜分析等功能，與光學(xué)攝像頭相比，THz可穿透部分遮擋物，實現(xiàn)非可視場景下的高精度成像和全天候感知，并且更易于隱私保護。

因此，太赫茲頻段可應(yīng)用于未來日常無創(chuàng)健康、食品安全檢測、高精制造缺陷檢測、環(huán)境污染監(jiān)測，以及機器視覺輔助等眾多生活、生產(chǎn)場景。這使得太赫茲成為未來通感一體的重要技術(shù)手段之一。

太赫茲通信芯片之射頻芯片

太赫茲通信相關(guān)的芯片可以分為兩大類，一個是射頻芯片，而另一類是基帶芯片。

就射頻芯片而言，太赫茲首先需要能工作在高頻段（太赫茲頻段）而且?guī)捄艽蟮碾娐?。為了滿足這個要求，目前用于長距離通信的太赫茲射頻芯片主要還是使用III-V族半導(dǎo)體HEMT和HBT晶體管實現(xiàn)射頻相關(guān)的工作。

III-V族半導(dǎo)體的工作頻率高，工作帶寬大，且輸出功率較大，能滿足太赫茲頻段通信的主要需求。

介于目前太赫茲通信的第一步還是基站間通信，太赫茲實現(xiàn)的射頻芯片將會成為未來幾年內(nèi)太赫茲長距離通信芯片的首選半導(dǎo)體技術(shù)。

太赫茲通信芯片之基帶芯片

除了射頻之外，太赫茲通信領(lǐng)域另一個非常重要的芯片將是基帶芯片。在6G相關(guān)標準尚未確定的時候，目前對于基帶的討論主要在于如何產(chǎn)生高速信號的調(diào)制。

例如，如果6G需要在太赫茲頻段實現(xiàn)超過100Gbps的傳輸，如何實現(xiàn)如此高速率的調(diào)制信號，以及對于射頻電路的相關(guān)控制，例如線性化技術(shù)。

對于高速通信來說，如何提高數(shù)字信號處理的速度，以及如何提升超高速ADC/DAC等數(shù)模轉(zhuǎn)換的性能將是主要課題。

太赫茲通信攻克難點

①核心器件的研發(fā)和集成化

核心器件能力不足，仍然是太赫茲通信和6G領(lǐng)域的最主要障礙。現(xiàn)有的大部分太赫茲頻段的有源器件的輻射功率、寬帶接收機靈敏度和小型化、功耗、調(diào)制器件的成熟度均難以達到實用的水平。

太赫茲波的光纖波導(dǎo)器件損耗大；適用于遠程太赫茲通信的宇航級器件缺乏；數(shù)字信號處理器件AD/DA的實時處理能力不足；UTC-PD和RTD仍然局限于科研單位使用，無法面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；太赫茲頻段Massive MIMO器件能力不行。

②太赫茲波的通信協(xié)議

100GHz以上通信頻段的協(xié)議制定，目前主要集中于科研領(lǐng)域，并沒有得到產(chǎn)業(yè)界的足夠重視。國際電聯(lián)（ITU）只是簡單做了頻譜劃分，并沒有更進一步的協(xié)議標準。

太赫茲頻段的組網(wǎng)、與其他通信頻段的數(shù)據(jù)交互（如不同微波段、太赫茲波與光通信、可見光通信等）均沒有制定更加成熟的通信協(xié)議。這一部分將隨著科研領(lǐng)域與產(chǎn)業(yè)方面更多的交流和技術(shù)轉(zhuǎn)化而慢慢成熟。

③信道特性和智能化的RIS的系統(tǒng)級實現(xiàn)

室內(nèi)信道和地面短距離通信的太赫茲信道數(shù)據(jù)有一定的積累，也有物理層安全性能的相關(guān)研究。但是，遠程的太赫茲通信和星地的太赫茲通信信道數(shù)據(jù)缺乏，跟瞄系統(tǒng)尚處于起步階段。

移動的信道研究數(shù)據(jù)比較缺乏；室內(nèi)的智能反射表面的研究目前局限于算法領(lǐng)域，系統(tǒng)級實驗的研究仍然很少。

④器件非線性效應(yīng)、寬頻譜色散和多徑效應(yīng)的算法抑制

應(yīng)用于太赫茲通信系統(tǒng)的器件需要在大帶寬下保持線性工作，除開對器件本身提出更高的要求，研究器件的非線性效應(yīng)抑制、克服寬頻帶的色散和多徑效應(yīng)的算法和通信調(diào)制格式、編碼方案也是太赫茲通信研究的一個重要領(lǐng)域。

④通感一體化的感知和通信的協(xié)同智能化

太赫茲頻段豐富的頻譜信息，既可以用來感知外部環(huán)境，或作為無損檢測技術(shù)，又可以作為通信頻段。

太赫茲頻段的精確定位、測距、高分辨成像、光譜分析、高速通信等多方面功能的智能化協(xié)作和資源調(diào)度、軟硬件共用是通感融合研究的重點[24,31,32]。

傳統(tǒng)信息論的度量只局限于信息的傳輸，且一般是在電磁波遠場條件下使用香農(nóng)定律，也沒有關(guān)注信息的感知和獲取。

通感融合有望打破舊有理論體系，建立更加適應(yīng)6G信息化時代的基礎(chǔ)理論體系。

結(jié)尾：

在太赫茲電路未來還有較大的上升空間，包括集成更復(fù)雜的成像算法，集成更復(fù)雜的陣列系統(tǒng)等等。

成像技術(shù)將與6G通信一起成為太赫茲在未來最關(guān)鍵的應(yīng)用，從而推進太赫茲芯片和系統(tǒng)的進一步發(fā)展。

太赫茲將成為毫米波之后另一個充滿潛力的頻段，相關(guān)的芯片技術(shù)和市場應(yīng)用值得期待。

部分內(nèi)容來源于：半導(dǎo)體行業(yè)觀察：6G帶來的芯片機會；產(chǎn)業(yè)鏈淘金：6G和毫米波芯片；中國光學(xué)：超越5G！更快！邁向6G的太赫茲芯片

編輯：黃飛

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