罗德与施瓦茨（R&S）：2023 6G太赫兹技术基础研究报告（56页）.pdf

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1、6G太赫兹技术基础研究报告白皮书|版本 01.00|Taro Eichler 博士、Robert ZieglerMake ideas real目录 1 引言.3 2 下一代无线通信标准 6G.4 2.1 从5G到6G愿景与关键技术.4 2.2 6G研究领域.5 3 太赫兹波的特性和应用.10 3.1 毫米波和太赫兹频率的6G新频谱.10 3.2 太赫兹的应用.12 3.2.1 大量应用场景尚待探索.12 3.2.2 太赫兹波在大气遥感和天体物理学领域的应用.13 3.3 通信太赫兹波：有哪些潜在用途？.15 3.4 电磁频谱及应用.16 3.5 太赫兹波与物质的相互作用.16 4 太赫兹的产生

2、及电子和光子技术分析.19 4.1 从电子学到光子学.19 4.2 消除“太赫兹空隙”.19 4.3 电子和光子边界线上的太赫兹辐射源.20 4.4 上变频：电子太赫兹波的产生与分析.21 4.4.1 具有计量级精度的基于矢量网络分析仪的太赫兹测量.22 4.4.2 D频段宽带信号的产生与分析.23 4.4.3 D频段天线辐射性能测量.24 4.5 直接产生太赫兹光子：量子级联激光器(QCL).27 4.5.1 带间二极管激光器.27 4.5.2 太赫兹量子级联激光器(QCL)：异质结构设计的子带间激光跃迁.28 4.6 下变频光子方法：通过光混合从光频率转换为太赫兹频率.29 4.7 时域产

3、生太赫兹：基于飞秒激光器的光谱学和成像.32 5 毫米波和太赫兹电子器件半导体技术.33 5.1 高频应用半导体的材料特性.33 5.2 最先进毫米波功率放大器概述.37 6 100 GHZ以上的信道传播测量.38 6.1 从信道探测到信道模型.38 6.2 300 GHz 时域信道探测.40 6.3 罗德与施瓦茨公司慕尼黑总部的太赫兹信道测量.41 6.4 测量场景和结果.43 6.4.1 室外街道峡谷场景(城市微蜂窝(UMI).44 6.4.2 研发大楼中庭室内购物中心/机场场景.47 7 结语.50 8 参考文献.5121 引言太赫兹(THz)的频率为0.1 THz至10 THz，波长为

4、3 mm到30 m，属于微波与光波之间的频谱区间。目前为了满足T bit/s量级的极高数据传输速率的需要，我们必须提供大量连续的频谱资源，因此，太赫兹频段成为下一代无线通信(6G)的重点研究领域。预计在2030年左右就会实现商业部署。我们需要采用跨学科的方法将射频电子与高频半导体技术紧密结合，同时还需要利用光子技术的替代方法，努力探索和“解锁”这一频率范围的潜能。从成像到光谱和感知的许多应用领域，太赫兹技术都显现出巨大的前景。本白皮书旨在简述太赫兹技术及其在各种应用中的特性，尤其是在6G通信应用中的特性。第2章介绍了6G的关键性能要求和研究领域。第3章讨论了基于太赫兹的通信和感知等应用前景。这

5、些应用需要将频谱扩大到100 GHz以上的频率。在这其中，太赫兹波与物质的相互作用对应用场景有重大影响。第4章重点介绍了产生太赫兹辐射的各种方法。未来，除了使用电子MMIC(单片微波集成电路)外，基于光子技术的方法也会发挥关键性作用。特别是当今实验室装置逐渐小型化至光子集成电路(PIC)，这些方法可能会成为主流。但是目前主流技术仍然是基于已确定的生产流程，通过高水平集成，利用电子学实现太赫兹技术。频率的限制也在进一步的加剧。第5章概述了高频半导体技术现状。在2023年国际电信联盟(ITU)世界无线电通信大会(WRC23)上，100 GHz以上的额外频带将成为讨论内容。在未来WRC27大会上，还

6、会讨论这些频带的分配问题。目前的各种可行性研究是力争证明太赫兹通信的充分潜力。为了充分发挥太赫兹的潜力以发展未来通信，如6G等通信标准的制定，通过信道测量以理解各种传播特性变得至关重要。后续针对新通信频带的新信道模型开发意味着标准化进程的开始。第6章描述了信道传播测量的概念，并介绍了罗德与施瓦茨慕尼黑总部针对158 GHz和300 GHz信道探测活动的初步成果。罗德与施瓦茨 白皮书|6G太赫兹技术基础研究报告 32 下一代无线通信标准6G2.1 从5G到6G愿景与关键技术行业需要花费数年时间才能建立覆盖全国的5G网络，陆续实现新的通信能力和服务。5G为工业4.0等新应用场景打开了大门，其中具有