超高速太赫兹通信系统中调制方式的技术探讨

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1、超高速太赫兹通信系统中调制方式的技术探讨摘要：针对传输速率为10Gb/s太赫兹通信系统，给出了调制方式优选方案。首先详细介绍毫米波、自由空间激光通信中常用调制方式的特性，包括功率有效性、频带利用率、实现复杂度和峰均比；接着介绍太赫兹通信目前采用的调制方式，然后重点讨论在具体实现时，相位噪声、模/数转换器采样率、功率放大器非线性对调制方式选取的影响；最后在链路预算基础上结合具体器件参数，考虑相位噪声和功放非线性因素，对优选调制方式误码率性能进行仿真。关键词：太赫兹通信；调制方式；链路预算；相位噪声；非线性功率放大器：TN928?34：A：1004?373X（2015）09?000

2、1?08Abstract：Theoptimizationschemeofmodulationmodeisproposedfor10Gbpsterahertzmunicationsystem.Thecha?racteristicsofsomemonmodulationmodesinmillimeterunicationareintroduced，includingpoplementationplexityandpeak?to?averagepoodulationmodesincurrentterahertzmunicationsystemisalsointroduced.Thee

3、ffectofphasenoise，A/Dconvertersamplingrateandpoplifiernonlinearontheselectionofmodulationmodeisdiscussedemphatically.Thephasenoiseandnonlinearfactorsofpoplifierareconsideredinbinationetersbasedonlinkbudget.Thebit?error?ratecharacteroftheoptimizationmodulationmodeissimulated.Keyunication；modu

4、lationmode；linkbudget；phasenoise；nonlinearitypoplifier0引言随着信息技术的发展以及空天技术的进步，人们对信息量的需求越来越大，无线通信业务包括移动互联X、卫星数据传输等都对信息速率提出了越来越高的要求。据估计，在2020年左右，无线通信对信息速率需求将达到100Gb/s。根据通信频段不同，无线通信可分为微波通信、太赫兹波（Terahertz，THz）通信以及自由空间激光通信等几类。受物理带宽限制，微波中的毫米波频段最大可用带宽为7GHz（在60GHz附近），需采用频谱效率高于14b/s/Hz的通信体制来满足未来对100Gb/

5、s信息速率的需求，这给通信体制设计与实现带来极大挑战。在100GHz及以上的THz频段，拥有高达数十GHz的可用带宽，只需采用带宽效率适中的通信体制就可提供数Gb/s到100Gb/s甚至更高的信息传输速率，这是目前毫米波通信所无法达到的。而相对于自由空间激光通信，THz波在传播过程中受烟雾沙尘及闪烁效应影响较小，可在恶劣环境下保持正常通信。近几年大批THz通信演示验证系统纷纷涌现。已实现的THz通信系统主要分为全电子学与光电混合两大类，典型系统有德国KIT（KarlsruheInstituteofTechnology）的0.22THz和0.24THz通信验证系统，日本NTT公司

6、的0.3THz通信系统。最具代表性的是德国KIT大学的THz数据传输系统：采用基于单向载流子传输光电二极管（Uni?travelingCarrierPhotodiodes，UTC?PD）发射机和全电子学接收机芯片，以及QPSK、8QAM、16QAM调制方式的多载波通信体制，在0.24THz实现了通信距离为20m、最高数据传输速率为100Gb/s的无线数据传输以及接收端的离线解调，有望用于解决光纤通信最后一英里问题。尽管THz通信相对毫米波、自由空间激光通信有众多优势，但其能否得到大规模应用还取决于THz有关理论与技术能否取得突破性进展。目前实现THz通信还存在以下主要问题：（1

7、）THz辐射源输出功率较低，实现较复杂；（2）THz检测器件灵敏度低，能量转换效率不高；（3）采用的调制解调体制无法适应复杂环境下非线性信道传输特性。针对目前THz通信体制亟需优化问题，本文首先对毫米波、自由空间激光通信中广泛采用的调制方式的特性进行分析，结合THz通信特点，确定了10Gb/s0.338THz通信系统的优选调制方式。本文介绍毫米波、自由空间激光通信系统中广泛采用的调制方式的功率、带宽效率以及实现复杂度、峰均比等特性。总结了目前THz通信系统中常用的调制方式，然后考虑本振相位噪