6、纳米物联网中的毫米波技术：原理、设计与安全

纳米物联网中的毫米波技术：原理、设计与安全

1. 毫米波通信在纳米物联网中的优势与挑战

毫米波（mm - Wave）和太赫兹（THz）通信具有巨大的带宽和极小的传输延迟，这使得纳米物联网（IoNT）中的碰撞概率远低于传统无线网络。此外，毫米波技术能为连接的物理物品提供独特且安全的识别方法，并能实时管理快速变化的数据。因此，IoNT已将其应用于医疗保健和工业领域的室内外环境，实现随时随地的万物互联。

然而，毫米波/太赫兹通信频段的独特特性以及IoNT中的特定挑战，如能量限制和随机网络拓扑，使得在未仔细研究的情况下，无法直接应用传统无线通信技术。

2. 毫米波传播模型

2.1 Friis定律

为了深入了解毫米波传播的挑战，我们需要回顾Friis定律，它是适用于自由空间环境的最基本传播模型。在该模型中，发射功率 (P_t) 和接收功率 (P_r) 在线性尺度上的关系如下：
[P_r = P_t G_t G_r \left(\frac{\lambda}{4\pi d}\right)^2]
其中，(d) 是发射机和接收机之间的距离，(\lambda) 是波长，(f) 是波的频率，(c) 是光速，(G_t) 是发射天线增益，(G_r) 是接收天线增益。Friis定律表明，各向同性路径损耗（即发射功率的衰减）随波频率的平方 (f^2) 增加而增加。这意味着与低频波（如传统蜂窝网络中使用的低于6 GHz的波）相比，毫米波传播将经历更严重的路径损耗。

2.2 路径损耗补偿

尽管毫米波存在严重的传播路径损耗，但使用高定向阵列天线可以解决这一问题。对于给定的物理天线孔径，最大定向增益通常与频