【摘 要】
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太赫兹(Terahertz,THz)波是一种电磁波,其波长范围介于0.03～3mm之间,具有穿透特性强、光子能量低、方向性好、携带信息量大等特点,在高速无线通信、高分辨成像以及其他领域中
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太赫兹(Terahertz,THz)波是一种电磁波,其波长范围介于0.03～3mm之间,具有穿透特性强、光子能量低、方向性好、携带信息量大等特点,在高速无线通信、高分辨成像以及其他领域中具有极大的应用潜力。当前研究的无线通信系统大多工作在微波毫米波波段,但是由于带宽的限制,进一步提升通信速率比较困难,因此考虑采用更高频的太赫兹作为无线通信的载波,以达到更高的通信容量。但是,太赫兹也有自身的缺点,比如对接收机的要求很高,传输距离较短等。针对这种情况,可以考虑通过先进的数字信号处理解调算法提高接收机的灵敏度,从而提升系统通信速率,扩展无线传输距离。为此,本论文开展了基于数字信号处理的高速光子太赫兹无线通信技术和系统的研究。本论文首先介绍了光子太赫兹无线通信系统的基本框架和关键收发器件,并对无线通信链路进行了功率预算。接下来,考虑到太赫兹无线通信链路的特点以及高级调制格式的传输特性,对正交相移键控(QPSK)和正交幅度调制(16-QAM)的调制格式信号分别设计了数字解调接收机,并介绍了数字接收机的工作原理和核心算法。QPSK信号处理中的关键技术包括Gardner定时恢复技术、基于恒模模算法(CMA)的盲均衡技术、基于四次幂算法的载波频率偏移估计与补偿技术以及基于维特比算法的载波相位恢复技术。16-QAM信号解调中增加了预处理模块,使用多模算法(MMA)进行盲均衡,以及使用盲相位搜索算法(BPS)实现载波相位噪声的盲估计与恢复。最后,实验搭建了高速光子太赫兹无线通信系统,并使用设计的中频数字接收机进行解调,实现了30 Gbaud/s QPSK 和 25 Gbaud/s 16-QAM 信号的 350 GHz 2 m 无线传输,成功扩展了 100 Gbit/s THz光子无线通信的容量,比特率距离乘积达到了200 Gbit/s.m。本论文工作希望能为太赫兹超高速无线通信的进一步研究提供思路。
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