(贝云网络科技)

继20世纪60年代的基础工作之后,最近出现了一些关于“近场6G通信”的有用理论研究,然而,这些相关研究并不直接将移动性与近场区域的操作联系起来。美国东北大学和纽约州立大学理工学院一个联合研究团队得出结论“移动太赫兹链路的价值可能甚至低于现有的5G毫米波”,移动(亚)太赫兹通信系统将必须在近场运行。
近年来,太赫兹(0.3THz-10THz)和亚太赫兹(100GHz-300GHz)通信几乎被一致认为是未来无线标准的关键支持技术。(亚)太赫兹频率的大频段可用于设计提供非常高的数据速率和低延迟网络。随着太赫兹技术差距的缩小,太赫兹无线电已被用于演示宽带、长距离和高数据速率链路。
随着固定(亚)太赫兹通信的可行性得到证实,研究重点转向探索移动(亚)太赫兹链路作为第六代(6G)网络的候选解决方案。这种宽带移动太赫兹链路可用于需要大带宽的扩展现实(XR)服务、通信传感一体化、机载网络和立方体卫星巨型星座等。
太赫兹出现的一个新的复杂情况是,克服太赫兹频率下巨大路径损耗所需的极高增益孔径天线、阵列或可重构智能表面(RIS)也表现出很大的近场区域。一方面,在近场操作会带来新的机会,包括利用新波前的可能性,例如波束聚焦、贝塞尔波束和艾里波束等。在这里,新颖、有吸引力的设计成为可能,但在远场系统中是不可行的。
另一方面,太赫兹近场的操作也带来了许多挑战。首先,必须小心地对波的传播进行建模,因为波前的相位不能像远场平面波近似那样被忽略。其次,远场的一些基本假设并不总是成立(例如根据Friis传输公式的自由空间路径损耗方程)。此外,在4G/5G微波和5G毫米波通信中大量使用的规范波束赋型在近场效率要低得多。波束赋型将波束“聚焦”在无穷远处,因此“铅笔般锐利”的远场波束在近场中变得更宽。近场和远场区域之间节点的移动性带来了另一个复杂性。所有这些都使高效近场太赫兹通信系统的设计变得复杂。
这些挑战的结合导致了一个问题:是否有可能在不处理近场传播的情况下设计高效的太赫兹通信系统?该研究团队在研究固定和非固定(移动)太赫兹通信系统在近场运行的需求时回答了这个问题。其提出了一个数学框架,通过对理想的远场太赫兹通信系统进行建模(对专门在远场工作的移动太赫兹链路进行建模),得出的主要理论结果是,这样的系统似乎不受中心频率或波长(用于规范弗劳恩霍夫近场距离)的限制,而是受其最大带宽的限制(虽然实际频率几乎不重要,但这样的系统必须在不超过特定阈值的有限带宽上运行)。
此外,主要的工程结论是,固定太赫兹链路的带宽限制非常高,而移动太赫兹链路的价值可能甚至低于现有的5G毫米波频段(仅在远场运行对移动太赫兹通信施加了严格的限制,从而降低了它们对未来高速率服务的吸引力)。因此,该研究团队认为,专门的远场非固定太赫兹链路无法提供可接受的性能指标,因此移动(亚)太赫兹通信系统将必须(至少部分)在近场运行(而宽带固定太赫兹链路则不必如此)。