Udane wprowadzenie sieci bezprzewodowych piątej generacji (5G) z polem elektromagnetycznym o wysokiej częstotliwości, generuje postęp technologiczny wyrażony w dążeniu do zwiększenia szybkości transmisji danych. W tym celu wyższe częstotliwości w paśmie terahercowym (THz) (0,1-10 THz) będą miały kluczowe znaczenie dla komunikacji bezprzewodowej w sieciach szóstej generacji (6G). W szczególności częstotliwości THz obiecują szerokie spektrum, szybkość transmisji danych powyżej stu gigabitów na sekundę, masową łączność, gęstszą architekturę sieci i bardzo bezpieczne transmisje.

Wiele wiodących inicjatyw 6G bada komunikację THz, w tym „Program flagowy 6Genesis (6GFP)”, klaster projektów Komisji Europejskiej H2020 ICT-09 THz oraz „Komunikacja szerokopasmowa i nowe sieci” w Chinach. W Stanach Zjednoczonych technologia THz została opisana w 2014 r. przez Amerykańską Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obronie (DARPA) jako jeden z czterech głównych obszarów badawczych, które mogą mieć większy wpływ na społeczeństwo niż sam Internet. Podobnie amerykańska National Science Foundation i Semiconductor Research Consortium (SRC) identyfikują sieć telekomunikacyjną THz jako jeden z czterech podstawowych elementów następnej rewolucji IT.

Widmo THz jest umieszczone pomiędzy PEM o długościach fali sub- i milimetrowych a pasmem dalekiej podczerwieni (infrared -IR). Było to przez długi czas najmniej zbadaną częścią widma elektromagnetycznego. Jednak ostatnie postępy w generowaniu sygnału THz, modulacji i metodach emisji zapełniają tę lukę. Pasmo THz oferuje znacznie większe szerokości pasma transmisji w porównaniu z pasmem milimetrowym i korzystniejsze ustawienia propagacji w porównaniu z pasmem IR; może w ten sposób uzupełniać konwencjonalne widmo częstotliwości radiowych. Jednak, aby w pełni wykorzystać potencjał komunikacji THz, trzeba zmóc się z kilkoma nowymi wyzwaniami. Na przykład transmisje THz powodują bardzo duże straty propagacji, co znacznie ogranicza odległości komunikacyjne. Stąd, podczas gdy w sieciach antenowych, satelitarnych i samochodowych częstotliwości THz mogą zapewniać komunikację o małych opóźnieniach, straty w propagacji mogą utrudniać zyski. Komunikacja THz zostanie uzupełniona o elementy umożliwiające działanie zarówno na poziomie infrastruktury (hardware), jak i algorytmiki (software).

Na poziomie infrastruktury pojawiające się technologie wykraczające poza 5G, takie jak rekonfigurowalne inteligentne powierzchnie, ultra-masywne konfiguracje MIMO oraz zintegrowany dostęp i backhaul, mogą zwiększyć korzyści płynące z komunikacji THz. Na poziomie algorytmicznym nowe techniki przetwarzania sygnałów i protokoły sieciowe mogą obejść quasi-optyczne charakterystyki propagacji THz i złagodzić charakterystykę mikrofal, aby umożliwić bezproblemową łączność. Wydajne przetwarzanie sygnału w paśmie podstawowym THz może dodatkowo zmniejszyć lukę między ogromnymi dostępnymi szerokościami pasma a ograniczonymi, najnowocześniejszymi prędkościami próbkowania częstotliwości. Ten temat badawczy jest zatem poświęcony badaniu roli kluczowych technik umożliwiających 6G we wspieraniu komunikacji THz i vice versa.

Efektywność widmowa może być zwiększone poprzez zwiększenie przepustowości; można to zrobić używając komunikacji sub-THz z szerokim pasmem i przez stosowanie zaawansowanych, masywnych anten typu MIMO (massive MIMO).    Aby sprostać wysokim wymaganiom 6G, pasmo RF jest niewystarczające. Pasmo THz odegra ważną rolę w tworzeniu systemu telekomunikacyjnego 6G – ma być kolejną granicą szybkiej komunikacji. Pasmo THz, znane również jako promieniowanie submilimetrowe, zwykle odnosi się do pasmo częstotliwości od 0,1 THz do 10 THz (odpowiednie długości fal 0,03 mm – 3 mm).

Zgodnie z zaleceniami ITU-R (International Telecommunication Union), zakres 275 GHz – 3 THz jest uważany za główną część pasma do komunikacji komórkowej. Pojemność 6G komunikacji komórkowej zostanie zwiększona poprzez dodanie pasma (275 GHz – 3 THz) do pasma milimetrowego (30–300 GHz).

Na całym świecie nie wykorzystano jeszcze możliwości 275 GHz- 3 THz, dlatego ten zespół ma potencjał osiągnięcia pożądanych wysokich szybkości transmisji danych.

Kiedy to pasmo zostanie dodane do istniejącego pasma milimetrowego, całkowita pojemność pasma wzrasta kilkanaście razy.

Pasmo transmisji terahercowej zwiększa możliwość, ale i zwiększa liczbę wyzwań związanych z tak wysokimi częstotliwościami.

Kluczowe właściwości komunikacji THz to:

• szeroko dostępna przepustowość do obsługi bardzo wysokich szybkości transmisji danych
• duża utrata ścieżki wynikająca z wysokiej częstotliwości (wysoce prawdopodobnie niezbędne będą anteny kierunkowe)

Pasma THz muszą sprostać ważnemu wyzwaniu transferu danych na stosunkowo duże odległości ze względu na wysoką utrata propagacji i charakterystykę absorpcji atmosferycznej. Charakterystyka propagacji fal milimetrowych i submilimetrowych (THz) podlega warunkom atmosferycznym ze względu na widoczne efekty absorpcyjne i dyspersyjne.

Warunki atmosferyczne są zmienne, a więc charakterystyka propagacji nie jest jednoznacznie określona. Dlatego proces modelowania kanału tego pasma jest stosunkowo złożony, co powoduje, że nie istnieje żaden doskonały model transmisji. Potrzebujemy nowego projektu architektury urządzenia nadawczo-odbiorczego (transceiver) w systemach telekomunikacyjnych THz. Musi on zapewniać działanie na wysokich częstotliwościach i musi zapewnić pełne wykorzystanie bardzo szerokiej przepustowości. Ze względu na bardzo wysokie częstotliwości PEM w systemach terahercowych trzeba również zwrócić uwagę na bezpieczeństwo sieci i zdrowie użytkowników.

Obawy związane z tym ostatnim aspektem może wytwarzać wiedza na temat absorpcji promieniowania elektromagnetycznego w skórze. Bardzo mała głębokość penetracji, spowoduje, że energia pola elektromagnetycznego wytłumi się na warstwie zewnętrznej skóry, a zatem może nastąpić jej wyraźne podgrzanie. Prace na ten temat, badania zarówno in vivo jak i in vitro, a także in silico (modelowanie komputerowe) powinny już być prowadzone.

Na zakończenie tabela, porównująca trzy rodzaje systemów telekomunikacyjnych ostatnich generacji sieci telekomunikacyjnych.

Tab.1 Porównanie parametrów i funkcjonalności systemów telekomunikacyjnych

Generacja	4G	5G	6G
Szybkość transmisji danych	ok. 50 Mb/s	ok. 10 Gb/s	ok. 1 Tb/s
Opóźnienie w transmisji danych	ok. 20 ms	<5 ms	<1 ms
Dopuszczalna prędkość terminala	do 350 km/godz	do 500 km/godz	do 1000 km/godz
Integracja z łącznością satelitarną	nie	nie	pełna
Wykorzystanie sztucznej inteligencji	nie	częściowo	pełne
Pojazdy autonomiczne	nie	częściowo	pełne
Działanie w rzeczywistości wirtualnej/rozszerzonej	nie	częściowo	pełne
Komunikacja dotykowa	nie	częściowo	pełna