深圳电子展
2024年11月6-8日
深圳国际会展中心(宝安)

太赫兹通信产业现状与挑战

1 标准化进展

国际电信联盟ITU已经指定分配0.12 THz和0.22 THz频段分别用于下一代地面无线通信和卫星间通信。世界无线电大会WRC-2015 第767号决议,确定了WRC-2019关于275~450 GHz频段用于陆地移动和固定业务的议程。2019年11月,WRC-2019会议议题1.15为275~450 GHz频率范围操作的陆地移动和固定业务应用确定频谱,如图5所示,新增275~296 GHz、306~313 GHz、318~333 GHz、356~450 GHz 4个全球标识的移动业务频段,并且出现了2个超大带宽频点275 GHz(252~296 GHz,带宽44 GHz,)和400 GHz(356~450 GHz带宽94 GHz)。

美国电气电子工程师学会(IEEE)推进太赫兹通信的标准化工作。IEEE 802.15于2008年成立太赫兹兴趣小组(IG THz——THz Interest Group),重点关注在275~3 000 GHz频段运行的太赫兹通信和相关网络应用。IG THz专注于开放频谱问题、信道建模等技术的发展。IEEE 802.15于2013年7月成立研究组 SG 100G,朝着制定新标准迈出了头一步。该研究组于2014年3月完成其工作,并建立了3d任务组。2017年,3d任务组发布了IEEE Std.802.15.3d-2017,该修订案以IEEE Std. 802.15.3c为基础,定义了符合IEEE Std.802.15.3-2016的无线点对点物理层,其频率范围为252~325 GHz,是第1个工作在300 GHz的无线通信标准。

3GPP预计2023—2026年启动6G研究;2026—2028年启动6G标准研究。

2 产业链现状

美国、日本、欧盟等国际区域组织和国家对太赫兹通信技术发展十分重视,相关研究计划启动较早,并且在关键器件和原型系统方面都取得了众多成果和进展。美国太赫兹关键器件的产品种类和频段较为完备,产业链发展较成熟。2019年3月,美国联邦通信委员会FCC正式批准开放95 GHz~3 THz太赫兹频段用于6G实验。日本电报电话公司NTT 2006年实现了频率0.12 THz、传输距离15 km的太赫兹无线通信演示系统,完成世界上头一例太赫兹通信演示,并在2008年成功应用于北京奥运会的高清转播。

2005年,我国科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会在香山联合召开以“太赫兹科学技术”为主题的科学会议,标志着中国太赫兹研究战略的启动。随后启动了众多太赫兹通信技术方向的国家重大专项课题,旨在突破太赫兹关键技术及相关功能器件,完成原理验证系统和实验验证。国内科研机构也在政策支持下取得了众多进展和成果,但是目前研究成果多为学研机构的关键分立器件和原型系统演示,在芯片集成、能耗和成本等方面与产业成熟还存在较远距离,处于技术研发较前沿、产业化落后的现状。太赫兹通信的产业现状落后主要有2个方面因素。

a)起步晚、基础差。我国半导体和高频器件产业起步晚,产业化程度低,在化合物半导体材料等基础领域技术落后、产能不足。缺乏先进成熟的半导体制造工艺,核心器件尤其是高频模拟器件是通信产业短板。此外我国的高频器件和芯片技术一直面临国外的严密专利布局和技术封锁,限制了我国太赫兹通信关键器件研产能力和发展水平。

b)市场需求不迫切。随着5G商用化进展,国内企业在毫米波段高频器件方向不断有蓄力突破的规划和行动。相比毫米波段高频器件,太赫兹频段通信类器件由于行业需求迫切程度较低,产业热度不高。太赫兹通信关键器件方面国内技术进展和成果多为学研类机构,器件厂商、设备厂商和运营商参与程度低,缺少应用需求的牵引,从而缺少产业化动力和方向,无法有效推动产业化进展和构建产业生态。