先进6G光子宽带太赫兹通信系统

成果编号：39231

价格：面议

完成单位：复旦大学

单位类别：

完成时间：2023年

成熟程度：其他

服务产业领域：其他

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发布人：余建军离线

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在当前我国“互联网+”的大背景下，无线传输容量将会爆炸式增长，超高速的无线信号需求迫在眉睫。太赫兹无线通信被普遍认为是未来6G移动通信网络的核心组成部分，能满足未来全息通信、元宇宙等新型应用需求。为此，该项目围绕“先进6G光子宽带太赫兹通信系统”这一核心科学问题，在国家自然基金等课题的持续支持下，实现完成多种宽带太赫兹信号产生与传输方案。基于光子太赫兹源、多维复用技术、先进的高阶调制技术以及先进的数字信号处理技术，实现了高质量、宽带太赫兹矢量信号的产生，解决了目前因电子器件带宽限制宽带太赫兹信号的产生问题；设计制作光子太赫兹源与自主研发的高增益太赫兹器件，成功的实现了325GHz波段太赫兹100/400/850m的无线传输，这在世界上属于领先地位；同时，在项目资金的支持下，同步进行了基带芯片与宽带实时系统的研制，初步拟定的目标是实时的宽带太赫兹通信系统。本项目研究的先进宽带太赫兹通信系统是下一代B5G/6G移动通信、空间通信、大容量应急通信背景下实现高速带宽提供的关键技术之一。所提出的简单、经济的宽带太赫兹技术也是保证未来光子辅助太赫兹通信系统和网络实用化的关键之一。

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成果介绍

科技计划：其他：

成果形式：

合作方式：技术服务

参与活动：第二届江苏产学研合作对接大会

专利情况：未申请专利

成果简介

成果概况

创新要点

（1）光子太赫兹源目前,高频段太赫兹信号的产生主要分为纯电子器件和光子辅助的方式。纯电方式产生高频太赫兹信号的主要方法是基于电子器件的倍频方式，生成信号的质量取决于射频源的稳定程度以及倍频器的响应。受限于电子器件有限的3dB带宽，利用电子器件的方式通常无法产生宽带的太赫兹信号，这对于拥有丰富频谱资源的THz波段来说并不匹配。我们研制开发出一系列基于光子外差的光子太赫兹源，利用宽带的电光调制器以及巨大带宽的光电转换器实现宽带、高质量的太赫兹信号产生。光子太赫兹源利用光子外差的方式，可以灵活调整生成信号的波段以及信号的调制格式。同时，利用光子外差的光子太赫兹源可以兼容光载无线的通信架构，灵活的融合在现有通信网络中。远端传输利用主干网络的光纤进行传输，近端利用光子外差的方式将主干网络传输的光信号转变为宽带的太赫兹信号进行传输。因此，相比于纯电方式的太赫兹信号产生，利用光子外差的光子太赫兹源有着更加实际以及可靠的应用场景。（2）基带芯片开发为了保障实时宽带太赫兹系统的研发，项目同步进行了基于FPGA平台的软件实时基带处理平台的研制。为了实现基于低复杂度、低功耗数字信号处理方案的高灵敏度信号接收,本项目重点研究发射端基带实时处理平台，包括研究可芯片实现的高效低复杂度概率整形技术，提出比特权重分布匹配算法，通过信源比特的分组、标记、判决、转置，提高信源比特‘0’的概率，减小信号平均功率和外围星座点概率，获得色散和非线性容忍度的提升；研究多对一映射概率矢量整形技术，通过高阶调制符号的重叠映射，拉远星座点距离，提高信号传输性能。同时为了保障宽带信号的产生，研究部分响应编码在基带处理中的实现，从而压缩信号带宽，实现高质量、高速率信号的产生实时产生，保障宽带太赫兹信号的传输。基于FPGA的软件实时可定义平台，进行发射端的信源编码，包括整形滤波、概率编码、预均衡等算法的硬件实现。

主要技术指标

其他说明

未来6G通信中，太赫兹通信技术将与其他低频段网络融合组网，广泛应用于各种超宽带无线接入和光纤替代场景。比如用于为热点地区提供超高速网络覆盖，用于实现需要超高数据率支持的全息通信，用于数据中心超高速通信等，另外还可以考虑用于代替光纤或电缆实现基站数据的高速回传，节省光纤部署成本；用太赫兹无线链路做固定无线接入，实现无线家宽业务；在沙漠、河流等无法部署光纤的地方应用太赫兹无线链路实现高速数据传输，作为光纤的延伸等应用。无线接入和光纤替代的场景应用也是现阶段太赫兹的重要应用场景，由于太赫兹可以支持的通信速率会远远大于毫米波频段，所以太赫兹通信该类场景的应用可视为毫米波通信的一个未来增强版，用于适应6G应用的能力需求。由于太赫兹波长较短，天线系统可以实现小型化、平面化，还可以穿透通信黑障，因此太赫兹也可广泛应用于空间通信场景，比如卫星之间的高速通信，星地之间的高速通信等。随着太赫兹通信技术的持续发展，太赫兹通信系统可以通过搭载卫星、无人机、飞艇等天基平台和空基平台，做为无线通信和中继设备，应用于卫星集群间、天地间和千公里以上的星间高速通信，实现未来的空天地海一体化通信。

完成人信息

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