【标题】6G太赫兹传输链路特性深度解析

【来源/作者】高帅、张忠皓、李福昌、马静艳、延凯悦 / 中国联通网络技术研究院

【一、背景】

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持续增长。6G时代，太赫兹（THz）技术被视为实现Tbit/s超高容量的关键使能技术之一。太赫兹波段通常覆盖300GHz至10THz，其超大可用带宽和极高传输速率为未来无线通信提供了巨大潜力。

然而，太赫兹波在大气环境下面临严峻挑战：高自由空间损耗以及大气分子吸收、雨雾散射等效应会导致严重的额外衰减。本文系统分析了太赫兹在晴朗空气、雨天、雾天等不同场景下的链路传播特性，给出可用频率窗口建议，并提出6G太赫兹的应用部署场景建议。

【二、核心内容】

1. 晴朗天气太赫兹传播特性

在晴朗天气中，太赫兹波的衰减取决于电磁波与分子共振的频率差。水蒸气和氧气是主要的吸收成分，当波的频率与共振频率重合时衰减达到最大值。在557GHz和752GHz等谐振频率处均表现出较高衰减。

文章采用ITU-R P.676-10模型计算了0.01~10THz频段的衰减谱。关键发现：
- 0.3THz以下，大气衰减低于10dB/km，适合作为无线通信载波
- 超过1THz的频段由于极端衰减不在无线通信考虑范围内
- 在衰减波峰之间存在多个频率窗口可用

理论可用的太赫兹频率窗口包括：24~52GHz、70~118GHz、120~150GHz、190~320GHz、330~370GHz、387~432GHz、480~520GHz等。ITU已指定120GHz和220GHz频段分别用于下一代地面无线通信和卫星间通信，WRC-2019将275~450GHz频段定位为可用以陆地移动通信的频段。建议中国联通在太赫兹频谱申请和应用方面，优先采用0.12THz和0.24THz频段作为主要频段。

2. 雨天太赫兹传播特性

在雨天环境中，空气中的雨滴球形散射会给太赫兹波带来额外衰减。基于ITU-R P.838-3雨衰模型分析发现：
- 低于10GHz的雨衰可忽略不计
- 10~120GHz的雨衰随频率增加而递增
- 超过300GHz到900GHz雨衰反而随频率增加递减，但仍维持较高损耗水平
- 50mm/h降雨速率是太赫兹通信系统运行的极限条件

雨水吸收衰减将使太赫兹波在室外无线通信中面临巨大挑战，是太赫兹器件设计和网络规划必须解决的问题。

3. 雾天太赫兹传播特性

在大雾天气中，太赫兹波的衰减随频率和雾密度增加而增加。对于400GHz以上频率，在50m范围内0.5g/m3的雾天环境下额外衰减为10dB/km，雾天环境同样会影响太赫兹波的传输效率。

4. 自由空间传播特性

自由空间链路损耗采用经典Friis公式计算。在1km参考距离下，晴天和雨天分别代表最佳和最差环境条件，50mm/h降雨速率导致最大衰减值。

【三、关键结论与部署建议】

室内场景应用：由于太赫兹在0.3THz以上频段大气损耗较高，但在10m室内范围内0.3THz信号衰减仅约0.1dB/m，几乎可以忽略。因此太赫兹非常适合室内环境部署，可替代WLAN用于无线显示、家庭高清电视、高速上传下载大文件、回传链路、校园或礼堂部署、自动化制造等场景。

室外场景应用：可通过在链路两端使用极高天线增益（大规模天线阵列）来补偿损耗。EIRP+Grx参数分析显示，随着该参数从50dBm增加到150dBm，可用于数据传输的带宽成倍扩宽。未来需要研究超高增益天线技术、小型化高功率射频前端、超高速信号处理技术、波束捷变天线技术等来弥补超高的路损，提供Tbit/s超高速率。

部署建议：
- 室外部署初期应充分考虑太赫兹短距离热点覆盖或宽带无线接入
- 可搭配5G低频及毫米波系统进行通信
- 需充分考虑雨、雪、雾等恶劣天气影响
- 室内部署可借助定向波束或丰富的反射路径实现覆盖，替代WLAN进行高清视频会议或高清电视业务

附件为完整PDF，欢迎下载研读！