6G扬帆起航：拍赫兹通信与健康泛在网络助推6G新应用

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）杂志出版了6G专刊。这些公开文献讲述了6G关键驱动因素、核心需求、系统架构、人工智能和其他使能技术，将用户服务分为泛在移动超宽带（uMUB）、超高速低时延通信（uHSLLC）和超高数据密度（uHDD）三大类，预见了从全息信息到远程呈现、数字孪生、智能泛在等新型业务形态，并特别讨论了支撑新型应用的网络将具有按需服务、至简、柔性、智慧内生、安全内生等功能特征。

在衡量6G技术的关键指标方面，虽然不同文献的预估值略有差异，但总体来说基本一致，比如单用户最高传输速率1太比特/秒（Tbps，1Tbps=10 ¹² bps），定位精度达到厘米级，综合使用光电子技术（如μLED发射器件和光感接收器件阵列技术）、轨道角动量、可见光通信（VLC）技术、太赫兹（THz）技术、智能网络等，大幅提升网络容量，支持新媒体应用，实现人、机、物互通互联。以全息通信为例，一张全息照片大小为8吉字节（GByte），即64吉比特（Gbit）。如果视频帧率为30帧/秒，则数据传输速率将达到1.92Tbps；如果帧率提高到120帧/秒，则数据传输速率达到7.68Tbps。考虑到各种可穿戴设备和物联网传感器，连接设备的平面密度也将达到10个/平方米，立体空间密度达到100个/立方米。

为了实现超大带宽和超高速数据流传输，6G使用的频段拟扩展到 太赫兹与可见光通信频段（波长在0.38～0.78μm），充分利用空闲频谱、授权与非授权频谱，实现全频谱融合协同。事实上，可见光频段只是拍赫兹（PHz，1PHz=10 ¹⁵ Hz）频段的一小部分，拍赫兹频段是太赫兹向更高频率延伸的频段，带宽至少提升3个数量级（1PHz= 1000THz）。 拍赫兹频段定义在频率范围0.01～33PHz，或者波长范围10纳米（nm）～30微米（μm），涵盖通常意义上的红外光、可见光、紫外光，其左侧与太赫兹衔接，右侧与X射线毗邻。由于太赫兹本身已经属于远红外波段，紫外光与X射线之间也没有截然分界点，所以两侧没有严格意义上的明确边界。考虑到通信需求，拍赫兹通信频段可以限制在0.1～2PHz（或者波长范围0.15～3μm）频率范围之内，当然两侧延伸到更宽频率范围也未尝不可。有趣的是，地球大气上界太阳辐射光谱99%以上的能量集中在波长0.15～4μm之间，这一频段的光谱与拍赫兹通信频谱基本重叠。

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用光作为载体的通信技术种类繁多， 除了基于发光二极管(LED)照明光源的可见光通信（VLC）外，还有紫外光通信（UVC）、红外光通信（IRC）、光保真（LiFi）、基于激光的自由空间光通信（FSO）等。传统依据颜色进行分类的方法主要受限于人眼对光的敏感程度。人眼对于可见光敏感，而无法感知红外光和紫外光等不可见光。依赖人眼进行直接通信的一个古老的例子就是古代烽火通信，这是一种以火源作为信号源、以肉眼作为探测器的视觉光通信方式，通过延绵起伏的烽火台快速接力传递信息。在使用终端和设备进行载波通信时，需突破先前分类的局限和光波段的天然隔阂。事实上，可调谐半导体光源激发出的光已经可以横跨可见光与近红外频段以及近紫外与可见光频段；接收光的成像器件和感光材料也可以实现超宽光谱响应，比如手机上的相机可以感知可见光和部分近红外光谱，而包括光谱仪在内的光学测量仪器，其积分球涂层材料具有波长从0.2～2μm的超宽感应范围，跨越了近红外、可见光和紫外光谱。

鉴于此，拍赫兹通信可以将多种形式或形态迥异的无线光通信纳入统一框架，根据典型6G应用场景和需求协同整合不同光波段，从材料、芯片、器件、系统、网络层面打通不同波长并形成连续波段，实现系统整体设计与优化。

另外，使用拍赫兹通信也将会带来诸多系统描述方面的便捷之处。拍赫兹通信系统无须以发端和收端光器件分门别类，它可使用形形色色的非相干 /半相干/相干光源，如外调制固体/气体激光器、直接调制半导体激光器、半导体LED、有机LED、μLED、量子点LED、显示屏、交通灯，甚至是手电筒。系统也可采用多种光电探测器，如光电倍增管（PMT）、微通道板（MCP）、单光子计数器（SPCM）、单光子雪崩二极管（SPAD）、雪崩光电二极管（APD）、光电二极管（PD）、PIN光电二极管、互补金属氧化物半导体（CMOS）成像传感器。同时，不必冠以通信以外附加的功能建立多种概念，如照明通信、显示通信、相机通信。在此背景下，只需明确所采用的光源和接收器件即能清晰地描述拍赫兹通信系统。

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