继续山雨欲来风满楼6G预研信息汇聚系列。今天聊的是6G THZ所面临的需要克服的技术挑战。具有Sub-THz通信能力的未来6G网络将为系统的性能要求带来显著的多维度飞跃。我们今天所知道的有关C波段或毫米波效应的一切，例如复杂调制、信道传播、信噪比、能效和功率传输，在Sub-THz下开始变得不同。让我们来看看6G网络在Sub-THz通信道路上面临的11个技术挑战。
第一类挑战：极高的传播损耗（Insanely high propagation losses）
这个关键挑战是前一个挑战带来的后果是更容易受到障碍物的影响。与3.5或28GHz波相比，亚太赫兹波更容易被人、墙壁、车辆完全阻挡。这会显著限制亚太赫兹基站的覆盖范围，即使在室内LOS场景下也难以提供一致的信号。更不用说室外和NLOS场景了。与低频网络相比，这些因素需要更密集的亚太赫兹站网络来实现类似的覆盖范围。这将显著增加部署成本和复杂性或整个系统。也许智能反射表面可以支持 NLOS 场景中的通信（更多相关信息请参考智能超表面）。
第三类挑战：几乎不需要硬件
部署Sub-THz系统的另一个主要挑战是缺乏现成的商用硬件。专门为FR4或FR5（也称为D波段或110-170GHz波段）设计的硬件组件有限。在更高的Sub-THz频率下（例如FR6或我们所说的275-330GHz波段），情况变得更加具有挑战性。在这里，商用硬件几乎不存在。只有一些与短程天气监测、扫描仪和一些传感器相关的设备。
第四类挑战：更为先进的测量设备
为了在6G亚太赫兹频段运行，我们不仅需要先进的科学，还需要准备好的测试和测量设备。业界正在为此做好准备。
第五类挑战：缺乏可靠的信道模型和仿真技术
这一挑战与之前的挑战紧密相关。由于测量能力有限，全面了解亚太赫兹信道在不同环境（城市、农村、室内、LOS、NLOS）中的变化仍然是一项挑战。问题是，缺乏大量测量数据使得难以开发真正可靠的亚太赫兹频率信道模型。当前模型可能无法准确捕捉这些频段的特定传播特性。这些变化对于设计可靠的通信系统至关重要。由移动物体（人、车辆）引起的极大多普勒频移会严重影响信号接收，需要先进的技术来缓解。在测量和模拟硬件有限的现实条件下，此类技术的有效性仍是一个悬而未决的问题。
第六类挑战：高衰减窗口
如下图，它反映了大气衰减（每公里分贝）和频率（GHz）之间的关系，我们可以看到有趣的现象。由于水、氧气和其他气体的吸收，无线电波会经历额外的衰减。
信号衰减至少有3个峰值，分别在60GHz、183GHz和325GHz 左右。这对6G亚太赫兹通信意味着在这些频段中的任何操作都会进一步增加系统的极端复杂性。这些频段不适合操作，或者至少在设计和检验6G 解决方案之前应该考虑到这个事实。
有许多辐射禁区，如下图以FR5（从 114.5GHz到275GHz）为例。
ITU定义了许多不允许任何辐射的频谱块。其中一个可能的原因是与军事服务相关的不同雷达、无源和敏感系统。这一事实可能会增加亚太赫兹设备和网络的复杂性，因为您必须确保您的设备不在该范围内工作，并满足功率放大器和滤波器对输出辐射掩模的非常严格的要求。
由于亚太赫兹（FR4、FR5、FR6）的频率高且波长短，信号的行为类似于光 - 容易被障碍物阻挡。这使得它不适用于用户频繁移动的场景（例如，带着手机走路）。克服信号阻塞需要强大的放大器和高度集中的天线，这使得设置对移动设备不太友好。对于常规场景，将使用 FR1/2/3 频段。亚太赫兹天线阵列和通信场景的高度方向性表明它最适合具有清晰视线的点对点通信。这使得它不太适用于用户四处移动并需要无缝覆盖的典型移动网络服务。因此，亚太赫兹通信的挑战（或功能）可能用于高数据速率和清晰视线至关重要的特定情况，但它不太可能取代传统的移动网络技术。
第九类挑战：需要新的 RF 前端架构
用户终端设备 (UE)：同样的道理，用户设备需要配备可以在这些不同频段上运行的RF组件。这会增加UE设计的复杂性和成本。此外，在较高频率下工作总是会导致设备（振荡器、混频器）产生的相位噪声增加。这种噪声会扭曲信号并降低通信性能。由于这些限制，这可能会给支持高阶调制方案（如256QAM）带来很大困难。为了克服这些挑战并构建新的RF前端架构，我们需要对RF组件进行重大改进：
天线：Sub-THz天线需要设计成具有更严格的和更高的精度，以处理更短的波长并保持信号质量。
混频器：混频器在RF前端的频率转换中起着至关重要的作用。它们需要在这些高频下有效运行，同时将信号失真降至最低。
其他 RF 设备：同样，滤波器和放大器等其他组件也需要改进，以处理Sub-THz信号，同时将功率损耗和噪声引入降至最低。
第十类挑战：新型半导体技术
传统的硅基半导体可能难以处理亚太赫兹通信的高频和复杂信号处理需求。这可能会限制数据速率和系统性能。
新型半导体技术：可能需要改进现有半导体材料或开发具有卓越高频性能的全新材料。
石墨烯等离子体技术：石墨烯是一种单原子厚的碳原子片，具有独特的电学和光学特性。基于石墨烯的等离子体结构可能以新颖的方式操纵亚太赫兹波，从而改善天线设计和信号处理能力。
光子技术：基于光（光子）的技术可能会被探索用于某些亚太赫兹应用。这些技术可以在信号处理速度和减少信号损失方面提供优势。例如，已经有一些文章和白皮书涉及具有大规模MIMO支持的石墨烯天线。
第十一类挑战：功耗
与较低频率相比，亚太赫兹通信将利用极大的带宽（高达几GHz）。这种宽带宽意味着需要基带部分内的DSP单元实时处理大量数据。实时处理如此大量的数据需要强大的DSP单元。不幸的是，这种处理能力是以增加功耗为代价的。这可能是电池供电的用户设备 (UE) 的主要缺点，也可能导致基站 (BS) 的运营成本增加。与DSP单元一起使用协处理器或现场可编程门阵列 (FPGA) 等专用硬件组件可以减轻一些处理任务的负担，从而可能提高效率并降低功耗。此外，开发专为亚太赫兹应用设计的更高效的DSP算法可以帮助减少计算工作量并最大限度地降低功耗。
总之，在亚太赫兹频率下操作时面临很多挑战，更不用说组件的制造和小型化、SW相关问题、波形、调制和降低PAPR技术。另一方面，使用亚太赫兹有明显的优势，例如我们可以构建大型大规模MIMO天线阵列，或者高损耗和无移动性的极短距离通信可以自然提高此类用例的安全性。天下没有免费的午餐，也没有完美的技术，这就是为什么行业需要在输出功率、相位噪声、线性特性、功耗和设备最终成本之间找到一个折衷方案的根本原因。
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