《IEEE Transactions on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications》：Guest Editorial Interconnecting Molecular and Terahertz Communications for Future 6G/7G Networks
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随着通信网络向6G/7G演进，融合不同通信范式的异构网络架构成为关键。为应对复杂异构环境下的可靠连接挑战，研究者聚焦于分子通信（MC）与太赫兹通信（ThzCom）的深度融合。本研究系统探讨了二者互连的必要性、潜在架构与核心技术，旨在构建一种优势互补的融合通信新范式。其成果为未来网络的超可靠、高容量及生物友好型应用提供了前瞻性理论框架与实现路径，发表于《IEEE Transactions on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications》。
想象一下未来的网络世界：无处不在的物联网设备、植入体内的健康监测纳米机器人、以及需要处理海量数据的智能城市。然而，现有的射频与光通信技术在应对这些复杂场景时显得力不从心，尤其在穿透障碍物、实现生物体内部安全通信以及兼顾超高容量与极低功耗方面面临巨大挑战。正是在这样的背景下，一项旨在融合两种前沿通信范式——分子通信（Molecular Communication, MC）与太赫兹通信（Terahertz Communication, ThzCom）——的研究应运而生，为下一代6G乃至7G网络的蓝图描绘了新的可能性。
这项研究发表在通信领域的前沿期刊《IEEE Transactions on Molecular, Biological, and Multi-Scale Communications》上，旨在系统性地探讨如何将MC与ThzCom这两种看似迥异的技术互联起来，构建一个优势互补的异构网络。其核心驱动力在于，单纯的MC或ThzCom都无法完美满足未来网络的所有需求。MC利用生物相容的分子作为信息载体，极其适合在生物体内或流体环境中进行安全、隐蔽的短距离通信，但其速率较慢、传播距离有限。相反，ThzCom工作在0.1-10 THz频段，能提供极高的数据传输速率（Tbps级别）和较强的方向性，适合中短距离高速骨干链路，但对障碍物穿透能力弱，且功耗相对较高。因此，研究者们思考：能否让擅长“体内微环境作战”的MC纳米机器人与擅长“体外高速干线传输”的ThzCom设备协同工作？通过构建MC-ThzCom混合网络，有望实现从生物体内部到外部宏观世界的无缝、可靠、高容量信息传递，从而赋能精准医疗、环境监测、保密通信等革命性应用。
为了论证这一构想的可行性与实现路径，研究人员并未进行具体的湿实验或仿真，而是从通信理论与网络架构的顶层视角开展了深入分析。研究主要围绕以下几个关键问题展开：两种通信范式互连的根本动机与典型应用场景是什么？需要设计怎样的系统架构和协议栈来实现高效、可靠的跨域信息交换？互连过程中面临哪些核心挑战，例如接口设计、同步、资源分配以及跨尺度信道建模？通过系统的文献综述与理论推演，研究得出结论：MC与ThzCom的互连不仅是必要的，而且是可行的。它能够催生一种新型的“纳米-宏观”桥接网络，显著增强未来网络的适应性、可靠性和服务能力。研究进一步识别并探讨了实现这种互连所需的关键使能技术，包括混合收发信机设计、跨域调制/编码方案、以及联合资源优化算法等。
在技术方法层面，本研究是一项理论性与前瞻性的综述分析工作。其核心方法并非依赖具体的实验技术，而是基于通信与网络理论进行系统性架构设计。研究首先通过广泛的文献调研，明确了MC和ThzCom各自的技术特点、局限性及最新进展。在此基础上，采用网络融合与协议栈重构的思想，提出了多种可能的MC-ThzCom互连架构模型，例如网关中继模式和分层协作模式。研究还运用信息论与排队论等理论工具，对互连接口处的信道特性、容量界限以及数据传输的延迟、可靠性等问题进行了初步建模与分析，以评估不同架构方案的性能潜力。
研究结果通过多个维度清晰地展现了MC-ThzCom互连的蓝图与挑战：
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互连动机与应用场景：研究指出，互连的核心动机源于单一通信范式的能力局限。典型应用包括体内纳米传感器网络（通过MC收集数据）与体外穿戴设备（通过ThzCom高速上传）、保密通信（利用MC的隐蔽性结合ThzCom的定向性）、以及密集设备环境下的分层组网。
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系统架构与协议栈：研究提出了概念性的互连框架，将网络划分为MC主导的纳米域和ThzCom主导的宏域/微域。关键引入了“混合节点”或“网关”的概念，作为两个域之间的协议转换与数据中继单元。对传统通信协议栈（如OSI模型）在混合网络中的适配与修改需求进行了讨论。
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关键挑战与使能技术：研究系统梳理了实现互连面临的主要挑战，并指向了潜在的解决方案方向。
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跨域接口设计：如何设计高效的物理层接口，实现分子信号与电磁波信号之间的双向转换。
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同步与调度：由于MC的扩散传输具有长延迟和异步特性，而ThzCom通常是同步的，因此跨域的时间同步和媒体接入控制（MAC）调度是一大难题。
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信道建模与性能分析：需要建立统一的跨尺度信道模型，同时考虑分子扩散信道和太赫兹传播信道的复合效应，以准确评估端到端性能。
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资源联合优化：如何在分子释放能量、太赫兹频谱、功率等稀缺资源之间进行联合优化，以实现全局网络性能最优。
研究的结论与讨论部分着重强调了这项工作的奠基性意义。首先，它首次系统性地提出了将分子通信与太赫兹通信这两个分别代表“生物启发”与“超高速无线”前沿方向的技术进行深度融合的构想，为未来6G/7G网络的研究开辟了一个全新的、充满潜力的交叉学科方向。其次，研究不仅论证了互连的必要性，更重要的是勾勒出了实现这一构想所需面对的核心科学问题与技术挑战清单，为后续研究者提供了明确的研究路线图。这包括从底层的混合收发器硬件设计，到中间层的跨域协议与算法，再到顶层的融合网络架构与应用创新。最后，研究指出，MC-ThzCom互连网络的实现，将极大推动通信、生物医学、材料科学和纳米技术的交叉融合，有望催生出一批颠覆性的应用，例如实时、在体的全息健康监测系统，或用于极端环境监测的自主智能微尘网络。因此，这项研究不仅是一篇技术综述，更是一份面向未来通信演进的战略性倡议，为构建真正 ubiquitous（无处不在）、 reliable（可靠）且 capacity-abundant（容量充裕）的下一代网络奠定了重要的理论基础。
