舰载太赫兹通信应用前景浅析_风闻

海军水面舰艇在执行作战任务时，往往是由2艘或2艘以上一起行动，以编队形式出现。为了达到战术目的，多艘舰船按照一定的位置排列，便于机动、掩护、指挥以及充分发挥各种武器效能，最典型的例子就是航母编队。

辽宁号航母编队

舰船编队内，需要构建安全、隐蔽和抗毁的通信网，实现信息共享、协同指挥、协同交战等功能。当前美军的舰载战术通信链系统是Link16，该数据链工作在960 -1215MHz波段，是美军三军通用的具有加密、扩频、跳频抗干扰能力的一种战术数据链，可以为美军提供近实时的数据通信、导航和敌我识别等多种服务，广泛配备给美军的舰艇（如海军的航母、巡洋舰、驱逐舰和两栖攻击舰等）。美军新一代数据链如战术目标瞄准网络技术（TTNT），工作频段与Link16相近(1350 -1850MHz)。

Link16****工作原理

这类数据率工作在传统微波频段，技术发展比较成熟，最高可以实现Mbps级数据率。但用于舰艇编队内通信时，也存在以下问题。

1、数据率偏低，一般只能用于传输报文及语音信息，难以传输多路高清视频(如视频电话会议)。

2、反电子侦察能力差，这一频段的电磁波信号，很容易被远距离侦测到。舰艇编队为了隐蔽，往往采取无线电静默措施，停止对外发送一切电磁波信号。此时编队内部通信，只能采用传统的灯光、旗语等方式，通信效能急剧下降。

3、存在被干扰甚至被侵入的可能性。现有的军用数据链，尽管采用了多种安全措施，但还是存在被干扰甚至黑客侵入的可能性。

4、微波频段频谱资源基本上已被用尽，设计与实际部署使用中必须考虑与其他电子设备的电磁兼容问题。

针对上述问题，有研究人员提出采用激光通信，构建舰船编队内部通信网。激光通信相比微波通信，具有高带宽、高码率、高保密性、低功耗等优点。但也存在一些缺点。如易受恶劣天气影响；舰船运动平台颠簸，对通信链路的建立和保持造成了极大的困难，需要高精度伺服控制系统。目前，尚未有舰载激光通信系统(舰对舰)投入应用的报道。

太赫兹通信，可以说是集合了微波通信和激光通信的优点。太赫兹通信工作频率高，容易实现Gbps级的超高的通信速率，可以传输多路高清视频信息；针对舰船运动平台颠簸，可以采用全向天线，不需要专门的伺服控制系统；保密性好，大气传输损耗大，难以被远距离探测到；干扰侵入难度大，理论上必须在近距离才能实现干扰侵入，实际作战中无异于自杀；太赫兹通信系统很容易实现小型化，方便部署安装；太赫兹频段远离微波频段，太赫兹频段目前几乎未使用，电磁兼容问题好解决。

国内外目前在太赫兹通信领域，已经开展了大量研究工作，研制出了一批太赫兹通信样机。

日本NTT公司是较早进行太赫兹通信系统研制的机构。2004年便研制了基于UTC-PD的太赫兹发射机及肖特基二极管探测器的太赫兹通信系统，工作频率可达0.125THz，传输速率10Gb/s，距离最高可达500米以上。2007年又研制出了固态电子学的0.12THz的通信系统，通信距离提升至5km以上，速率提高至20Gb/s。2017年NTT已经将自身研究频率刷新至300GHz，速率也高达20Gb/s。

美国NASA很早已经开展了太赫兹通信计划。基于此，美国贝尔实验室已经研究0.6THz通信系统，基于肖特基二极管倍频和混频技术，发射功率可达1mW，因为基带调制阶数较低，所以通信速率仅可达到2.5Gb/s.加拿大多伦多大学基于SiGe CMOS 二极管技术开发了固态电子学太赫兹通信系统，2008年完成了20米距离、0.3THz通信频段的视频信号传输。

欧盟将太赫兹星际通信列为太空计划的主要研究领域，研究0.1-1.5THz波段的星际通信。德国弗朗和夫实验室IAF于2011年研制了基于InP TMIC的全固态THz系统，工作频率达到0.22THz，并在2013年将频率提升至0.24THz并实现了1km的通信距离、40Gb/s的通信速率。同年，采用UTC-PD发射机技术实现了100Gb/s的通信速率。意大利、法国和俄罗斯也在2010年左右以基于QCL发射机、HEB接收机的技术研制了太赫兹通信系统。

中国工程物理研究院于2010年和2012年相继研制了0.14THz和0.34THz的通信系统。并于2017年完成了20km以上距离的高速无线传输实验，工作频率0.14THz，速率可达5Gb/s，其中，发射机采用了真空行波管放大器。

电子科技大学自2009年起，也研制出了0.11THz，0.22THz，0.33THz的通信系统。其中0.11THz通信速率可达5Gb/s，0.22THz达到3.5Gb/s。并且在太赫兹光学调制技术方面，也取得了研究突破，研究出工作频率可达0.2THz-2THz，调制速率1MHz的石墨烯半导体复合结构的新型太赫兹调制器。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所自2008年开始开展了基于QCL和QWP的THz通信技术研究，并相继开发了传输频点在4THz左右的音频传输系统。

中国工程物理研究院0.14 THz高速太赫兹通信系统与实验现场

国内外在太赫兹通信领域，已经研究了多年，研制出了多部样机，并开展了一系列的试验工作，验证了技术可行性。目前，需要尽快找到一个应用方向，推进其发展。在地面近距离使用时，太赫兹通信带宽大、数据率高、安全保密性好、电磁兼容性强；可以采用全向天线或宽波束天线，通信链路的建立和保持较为容易(视距内无遮挡即可)。以舰载太赫兹通信为代表的太赫兹军用近程通信，很有希望成为太赫兹通信应用的突破口。