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太赫兹技术是无线领域的下一个大问题-但是它是什么

2020-09-04 14:55:17来源:

尽管工程创新没有严格的节奏-总是有意无意地发现新事物-蜂窝无线技术已朝着每十年生成模型的方向发展,使得4G设备在2010年代占主导地位,而5G已为2020年代做好了准备,并且6G有望定义2030年代。这些世代转换背后的关键变化是可用无线频谱的扩展。现在,无线设备内部的微型无线电可以以比以前更大的频率进行广播,可以同时使用多个频率,并且可以用越来越大量的数据填充更宽的频道。

前面我已经解释了4G-5G网络的区别,就像拓宽现有高速公路并添加新的高速超宽车道一样。对于无线工程师来说,挑战一直是寻找建造这些高速公路的空间。在整个4G和5G时代,政府(缓慢且充满戏剧性)重新分配了军事或其他保留的无线电频率,供消费者和工业使用。随着6G迫在眉睫,工程师和政府已经在计划使用“太赫兹”频谱,这是一个如此高的射频范围,以至于商业化需要全新的测试设备,芯片,天线和其他创新技术。

太赫兹技术真的是什么?这是入门指南,可帮助您了解下一个十年的公告。

太赫兹

尽管大多数人认为无线技术几乎是不可思议的(请检查一下人群对Apple于1999年7月进行的Wi-Fi演示的反应),但基础科学是无线电工程,它已经存在了一个多世纪,但是在过去的二十年中取得了长足的进步。就像家用和汽车收音机从巨型室外塔楼接收音频广播一样,类似的收音机后来缩小以适合计算机,电话,手表和耳塞,以从较小的无线基站(和其他设备)接收数据。

无线电波通常以“赫兹”(Hz)的倍数进行测量,频率的国际单位表示一秒内的循环数。千赫(kHz)为千赫兹,兆赫(MHz)为百万赫兹,千兆赫(GHz)为十亿赫兹,太赫兹为万亿赫兹。概括地说,随着频率的上升,更多的带宽倾向于可用于数据,但是无线电波传播的距离更短并且更容易被意外阻止。车载收音机在城市中的任何地方都能接收到低质量的AM音频信号,您的家庭Wi-Fi仅在您的房屋内可用,而毫米波5G手机可能会因为移动到玻璃板的错误一侧而掉落信号。

为了获得更多技术信息:AM无线电技术使用了大约10kHz的块来传输540kHz至1.6MHz频率之间的单声道音频信号。然后,FM广播通过使用88.1MHz至108.1MHz频率之间的较大,大约200kHz的频谱块来启用立体声,超响的音频。广播电视在54-88MHz,174-216MHz和470-806MHz频率上使用了不同数量的带宽来提供组合的视频和音频信号,此后Wi-Fi(2.4GHz / 5GHz)和蜂窝网络开始吞噬更高频率的频段数据频谱。

回顾过去,将这些电视频率分别称为“ VHF”(甚高频)和“ UHF”(超高频)几乎是可笑的。如今,袖珍型设备可以在39GHz毫米波频率上传输,高出近一百万倍,而“亚毫米波”太赫兹频率甚至比毫米波高,但被认为是安全的,只要无线电信号可以移动就可以分为射线,X射线和宇宙射线,与低频无线电波不同,射线是可能会改变人类生物学的辐射形式。

太赫兹应用,现在和将来

带宽是太赫兹技术被6G网络关注的关键原因。研究人员甚至没有充分利用频谱的潜力,就已经证明太赫兹波将使芯片超过5G峰值10Gbps的峰值,并且有传言称目标6G速度为1Tbps。如此数量的带宽将能够支持比今天更高的高清视频,以及人脑级的人工智能,人和物体的移动全息图以及真实建筑物的“数字双胞胎”的实时播放。一旦太赫兹通信链路在设备之间广泛建立,日本蜂窝运营商Docomo预测AI随处可见。

如今,太赫兹技术可用于制造超越人眼限制的“可视”相机。像毫米波一样,亚毫米波可以用来检测隐藏在衣服内的武器。他们还可以穿过软组织来对骨骼成像,并通过一层油漆窥视一下其下方。公司如TeraSense,伊诺和I2S已经开发出可用于通过材料看到或探测微小的制造缺陷太赫兹相机,虽然价格标签可以被震撼-在I2S TZcam有一个$ 80,000建议零售价,用一记的是, “镜头单独出售。”

可以说太赫兹技术不会很快出现在智能手机上。假设国际标准化组织3GPP确实确实将太赫兹频率作为6G网络的基础,则该技术预计在2030年左右才能在袖珍设备中实现商业化。三星认为,早期设备可能会“最早在2028年”大规模出现。两年或更长时间后商业化。事实证明,类似的10年时间表足以将毫米波从工程师的梦想转变为可行的蜂窝技术,因此,不要押注在接下来的十年中发生的毫米波技术。

从现在开始到现在,您可以期待看到太赫兹工程创新的大量公告。是德科技在大多数人甚至不知道5G是什么之前就帮助NYU Wireless建立了6G实验室,从亚太赫兹频率开始,然后发展到太赫兹范围。去年,美国联邦通信委员会(FCC)开辟了广阔的频谱范围(从95GHz到3THz),向有兴趣尝试“超高频”技术的公司提供10年的许可证。太赫兹技术的潜在制造材料及其应用已经在世界范围内进行了研究。

我们将不得不查看太赫兹频谱是否能够实现其承诺,但是我们可以看到,通过从电话,计算机到可穿戴设备甚至衣服等各种设备中使用的“极小”频率天线,可以实现超低功耗,高度安全的数据传输。工程师们仍然需要做大量工作,以使太赫兹技术对消费者实用,但是如果他们继续沿袭目前的发展道路,那么接下来的二十年无线创新应该比过去的二十年更加令人兴奋。

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