图 1:THz 波下游应用  

美国研究机构 Forrester 预测，到 2020 年，全球范围内“物物相联”的业务量将是“人 与人通信”业务量的 30 倍，全球物联网市场规模将增长至 3.04 万亿美元，将成为下 一个万亿级产业。中国 IDC 市场规模 2015 年达到 492.4 亿元，并维持 30%以上增速， 至 2017 年将超过 900 亿元。  

                                          图 2:我国物联网市场规模  


2010 年，随着智能手机和平板电脑的迅猛发展，接入互联网的设备数量达到了 125 亿部，地球人口共有 68 亿，接入互联网的设备达到了平均每人1.84 台。Cisco IBSG 咨询公司保守预计：到 2015 年，接入互联网的设备将有 250 亿部，到 2020 年，这 一数字将达到 500 亿部，届时网络中设备产生的数据流量可能会提高1000 倍。加利 福尼亚圣迪亚戈大学的全球信息产业中心（GIIC）研究结论认为物联网带来的网络带 宽问题的严重性还未得到完全重视，目前基本的网络基础设施提供的传输能力还能应 对数据爆发性的增长，但是无线网络的承载能力还达不到这个标准。   

                                                      图3:世界人均互联网设备 


当今用户在通信、教育与娱乐等领域大量需求的多媒体资源造成了移动网络中数据流 量大大增加，全息成像、增强现实、虚拟现实、车联网、高清网络电视、高质量视频 会议等新技术应用都需要极高的带宽支持。目前有线网络技术例如光纤通信暂时可以 满足这些应用的带宽需求，但是“万物互联互通”如果变成“万物互相缠绕”显然是件荒 唐的事。不断增长的无线网络的需求等于对带宽和数据传输和通信载波频率的需求， 我们现在极度需要以无线网络基础设施建设与新网络技术来追赶网络通信需求的高 速增长。

                 图 4: 2010 年与 2013年美国地区移动网络每月数据流量（单位 1PB=1000万 GB） 
                                

北电网络有限公司（Nortel）首席技术官和网络事业部副总裁 Phil Edholm 早在 2004 年提出“EDHOLM’S LAW OF BANDWIDTH”：三大网络技术，蜂窝移动数据 （Wireless）、 WI-FI(Nomadic)、以太网（Wireline）的传输速率沿着相似的指数曲线 增长。以三者传输速度的对数为纵轴，时间轴为横轴划出三条直线，可以看到：2020 年左右无线传输速度将追赶上有线传输速度。人眼每秒处理像素的帧数是有上限的， 当无线网络技术达到人眼处理信息频率的上限时，有线网络技术最终将被无线技术淘 汰。  

图5:三大网络技术传输速率发展历程 


从 1984 年无线遥感的 1kb/s 到 2009 年本地局域网的 100Mb/s，25 年间无线短距离 通信的带宽每 18 个月就翻一倍。按照这样的趋势预测，在 2020 年左右会出现对 15 Gb/s 无线传输速率的需求。2012 年日本东京工业大学预测利用太赫兹通信技术进行 无线数据传输的速度，理论上可以高达 100 Gb/s，比当前的超宽带技术快几百甚至 上千倍，THz 通信传输的容量大，太赫兹的频段比现有微波通信要高出 3～4 个数量 级，这也就意味着它可以承载更大的信息量，轻松解决目前战场信息传输受制于带宽 的问题，德国的研究人员预测在2017-2023年间，太赫兹通信技术将取代Wi-Fi技术。

                                    图 6:THz 在军事通信应用示意图
             
                                   图 7:THz 室内无线通信示意图 
                           

尽管从通信距离来看，与微波通信相比较短，但却要远远优于 Wi-Fi 和 4G，恰好能 够满足物联网之间的信息传输，无需建立信息中转基站。在无线通信的各种技术中， 随着通信载波频率的增加，通信速率也不断地增加着。因而，要实现未来通信所需的 10Gb/s-100Gb/s 的通信速率，通信载波频段必然要采用 100GHz-500GHz 的 THz 频段。与此同时，从各个波段的大气衰减特性可以看出，35GHz 位于 Ka 频段，目前 已经广泛用于地面和卫星通信领域，不适合用于未来的高速通信；90GHz 频段带宽 很大，但是夹杂在其间的94~94.1GHz为军用频段，使得其频段很难使用；故140GHz、 220GHz 和 340GHz 有望作为未来高速通信的频率窗口。由于太赫兹频段属于空白频 段，还没有分配执照，可以提供高服务质量宽带多媒体无线业务。太赫兹在通信领域 才刚刚起步，对于我国而言，发展太赫兹通信，可以抢占 300GHZ 以上的带宽空白， 意义非凡。因此我们判断，随着对通信速率的需求的不断增长，现有的微波无线通信 将无法满足人们的需求，无线通信的载波必将会进入太赫兹的波谱范围。 

                                                图8: 通信载波频率与通信速率的关系
                    
                                              图 9:各波段在大气中的衰减特性