人們對未被分配的空閑頻譜資源的需求增長，將不可避免地使無線通信系統的工作頻率向更高頻率的太赫茲（THz）頻段發展。大數據的瞬時傳輸將采用更高的載波頻率，以滿足高傳輸速率的需求。大量的研究表明，THz技術在通信領域的應用與當今比較成熟的微波通信和光纖通信相比，具有更多的優點，比如說，傳輸速率高，方向性好，安全性高，散射小，以及穿透性好等。

之前的文章《詳解IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）技術》里簡要介紹了IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）的PHY層、MAC層、協議適配層。在本文，將詳細介紹IEEE 802.11ad的PHY層所在的太赫茲（THz）通信頻段、IEEE 802.11ad的MAC層工作原理。

1、高速無線通信的需求與可能的應用

傳輸速率隨著載波頻率增加而增加。通常，在幅移鍵控ASK調制方式下，傳輸速率是載波頻率的10%~20%。如果傳輸速率達到10 Gbit/s~100 Gbit/s 需要用到100~500 GHz的載波頻率。

目前，未壓縮的高清電視數據通過DVD或者攝像機傳輸給電視設備的比特率已經超過1.5 Gbit/s了。一些消費電子產品的制造商也把Gbit無線接口引入到他們的最新產品之中。未來的無線技術需要10 Gbit/s以上的傳輸速率。還有一種高速無線鏈路的標準，通過移動終端與儲存設備，來實現巨大數據量的近距離傳輸。其包含幾種技術，分別是閃傳支持transfer jet技術和采用紅外傳輸的千兆紅外技術GigaIR（1 Gbit/s）。

還有另一類應用情景，即通過固體存儲器媒質快速集中處理太比特的數據量，例如安全數字SD存儲器和固態硬盤存儲器。這一類應用連同儲存器內部存取速度提升方面的進展，使人們能夠利用高速無線鏈路實現個人移動終端與個人電腦之間以及個人移動終端與云服務器之間的大量數據的瞬時傳輸。

由以上發展趨勢可以看出，高速THz無線通信技術能消除網絡接入速度的瓶頸，如光纖網絡無線寬帶接入，高速有線局域網的無線擴展，低速無線局域網與高速光纖網絡的無線橋接，寬帶室內微微蜂窩網絡等。

2、THz通信的特點及適用范圍

THz電磁波的光子能量約為可見光的光子能量的四十分之一，因而利用THz波做信息載體要比用可見光或近中紅外光能量效率高得多。與微波技術相比，THz波可以探測更小的目標和實現更精確的定位，具有更高的分辨率和更強的保密性；而與紅外和激光技術相比，THz 波具有穿透沙塵煙霧的能力，可以實現全天候工作，因而THz技術有望在軍事裝備和國家安全等方面發揮巨大作用。

THz通信有著很多特點，這些特點包括：

（1）大氣不透明

由于大氣中的水汽對THz波有強烈的吸收作用，因此THz對大氣表現了不透明性，這就使得THz通信不適合地面遠程通信。但在通信雙方一定距離以外的區域，THz通信信號有一個很高的衰減，使得探測通信信號非常難，因此它適合地面短程安全通信。

（2）帶寬大，更安全。

THz頻段在0.3 THz~10 THz，因此可以劃分為更多的通信頻段。而且THz頻段大約是長波、中波、短波、微波(30 GHz)總的帶寬的1000倍。這就決定了THz通信是高寬帶通信，可以滿足當前人們對通信速率不斷增加的要求。如果事先不知通信雙方所使用的通信頻段，要想在如此高的帶寬內正確捕捉到通信雙方使用的頻段，其概率是非常小的，因此THz通信也是安全的。

（3）天線小，方向性好。

由于THz波的頻率比微波更高，波長很短，可以制成方向性很強，尺寸又小的天線，可以大大減小發射功率和減輕相互之間的干擾。

（4）THz 散射小，對浮質和云層可穿透性高。

這主要是由于THz 波的波長小決定的。國際通訊聯盟已指定200GHz的頻段為下一代衛星間通信之用。進一步的發展必定進入300 GHz以上的范圍。THz通信適合于衛星間的星際通信和同溫層空對空通信。所謂同溫層是指從地面10公里至50公里高度的大氣層，同溫層內空氣多作水平運動，氣流平穩，能見度好，適于監視和偵察設備飛行。

從上面介紹的THz 波的特點來看，THz通信的適用領域可為：①星際通信；②同溫層內空對空通信；③短程地面無線局域網；④短程、安全大氣通信。

3、基于THz的超高速無線局域網技術

現有的支持1Gbit/s以上數據速率的超高速無線網絡接入的標準化機制主要有兩種，分別在IEEE 802.15.3C標準和IEEE 802.11ad（60 GHz Wi-Fi）標準草案中規定，這兩種無線接入機制都采用了TDMA+CSMA/CA的混合機制，但各有所長：前者接入機制兼容性更好，能達到更高的數據速率，然而原理更復雜；后者接入機制實現相對簡單，同樣也能達到Gbit/s級別的數據速率。以下具體介紹IEEE 802.11ad的MAC層工作原理。

4、IEEE 802.11ad的組網

1）PBSS（個人基本服務集）的組成

IEEE 802.11ad標準草案中規定的無線網絡以PBSS的形式運行。PBSS是一種允許網絡節點（在標準草案中也稱之為STA）之間相互通信的無線局域自組織網絡。PBSS的組成如圖1所示。

圖1  IEEE 802.11ad PBSS的組成