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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 31-53页

作者：余建军复旦大学信息科学与工程学院上海200433

具有高载波频率与可用大带宽的太赫兹频带(频率范围0.1~10 THz)已成为满足未来6G移动通信网络所需的100 Gbit/s甚至1 Tbit/s超高数据速率的候选频段。与完全使用电子器件生成太赫兹信号的全电方式相比,光子辅助技术可以突破电子器件带... 详细信息

具有高载波频率与可用大带宽的太赫兹频带(频率范围0.1~10 THz)已成为满足未来6G移动通信网络所需的100 Gbit/s甚至1 Tbit/s超高数据速率的候选频段。与完全使用电子器件生成太赫兹信号的全电方式相比,光子辅助技术可以突破电子器件带宽限制的瓶颈,生成高频率、大带宽、频率灵活可调,并易与大容量光纤链路集成的太赫兹信号。基于光子学辅助技术与各种先进器件及数字信号处理算法,在宽带太赫兹通信和感知的多个领域取得了重大成果:在大容量太赫兹传输领域,综合应用多维复用技术,实现了最大容量6.4 Tbit/s的光子太赫兹信号传输;在远距离太赫兹传输领域,设计了高增益太赫兹天线模块,实现了长达400 m的335 GHz太赫兹无线传输距离;在实时太赫兹通信领域,基于商用数字相干光学模块实现了创纪录的100、2×100 GbE太赫兹实时通信系统;在太赫兹通信与感知一体化领域,分别基于时分复用与频分复用方案生成了通信与感知一体化信号,同时实现了太赫兹频段的大容量通信与高精度感知功能;在太赫兹有线传输领域,基于镀银金属空芯光纤,实现了300 GHz频段太赫兹信号的1 m有线传输,系统净容量超过140 Gbit/s。本文分别对以上系统的实验装置进行了详细的介绍,并对实验结果进行了讨论。

关键词：光子辅助技术大容量太赫兹传输长距离太赫兹传输太赫兹实时通信太赫兹通信感知一体化金属空芯光纤

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高速光通信中独立双单边带技术研究

高速光通信中独立双单边带技术研究

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作者：周也上海理工大学

学位级别：硕士

随着通信技术的不断演进,云服务、大数据、虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR)和4K/8K超高清(Ultra High Definition,UHD)视频等新兴互联网技术得以快速发展和普及。这些不断涌现的新兴业务对数据流量的需求... 详细信息

随着通信技术的不断演进,云服务、大数据、虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR)和4K/8K超高清(Ultra High Definition,UHD)视频等新兴互联网技术得以快速发展和普及。这些不断涌现的新兴业务对数据流量的需求呈爆炸性增长,现存的通信网络容量难以满足数据流量的快速增长。为提升数据传输速率,高速短距离光通信成为近年来研究的热点。同时,随着5G技术的迅速发展,以及即将到来的6G时代,太赫兹波段凭借高频率和大带宽的优势已成为未来长距离大容量移动通信网络的一大研究热点。本论文主要针对高速短距离光通信中独立双单边带(dual-Single Sideband,dual-SSB)系统展开一系列研究,致力于实现大容量、高速率、低成本通信目标。此外,我们验证了在300GHz太赫兹波段同时传输3路独立数据的太赫兹光通信系统。论文的创新点与核心工作如下:1、提出一种基于单个光电探测器(Photodetector,PD)接收独立dual-SSB信号的方案。在接收端,该方案利用一个PD同时接收两路独立的单边带(SingleSideband,SSB)信号,并将接收到的电信号直接进行数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP),最后利用解映射算法提取两路独立的SSB信号。传统的独立dual-SSB系统,在接收端需要两个光带通滤波器(Optical Bandpass Filter,OBPF)分别提取两路独立的SSB信号,然后再分别对两路信号进行光电转换和数字信号处理。我们提出的方案节省了一对光带通滤波器和一个PD,很大程度上降低了系统复杂度和成本。通过仿真实验演示了4-Gbaud 12GHz左边带(Left Sideband,LSB)GS-3PSK信号和4-Gbaud 12GHz右边带(Right Sideband,RSB)QPSK信号互拍产生12QAM信号。在光纤链路上传输10公里后,当PD的入射光信号功率不小于-16d Bm且两路SSB信号传输波特率不高于8-Gbaud时,独立dual-SSB信号可以实现可靠传输。ma321324,2、提出基于偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)独立dual-SSB信号传输系统。研究基于偏振复用技术进一步提升独立dual-SSB光通信系统的传输容量,同时基于单个PD的直接探测接收(Direct Detection,DD)避免了相干接收带来的系统复杂度提升。通过仿真实验验证四路独立SSB信号组成2路独立的dual-SSB信号,分别加载在光波的两个互相正交的偏振态上实现可靠传输。仿真结果显示,如果PD的输入光信号功率不低于-11d Bm且SSB信号传输速率不超过12-Gbaud,在经过2km标准单模光纤传输后,四路12-Gbaud 16GHz 3PSK信号和12-Gbaud 16GHz QPSK信号误码率低于7%的硬判决前向纠错(Hard-Decision Forward-Error-Correction,HD-FEC)门限。3、提出一种基于虚拟载波频率下变换和Kramers-Kronig(KK)算法的独立dualSSB信号光传输系统。通过虚拟载波频率下变换技术可以实现基于中频(Intermediate Frequency,IF)或低频接收机接收射频(Radio Frequency,RF)信号,降低接收机对PD和数模转换器(Digital-to-Analog Converters,DAC)的带宽需求,很大程度上降低了系统的成本。同时,KK算法可以缓解光电探测器平方律特性引入的信号间拍频干扰(Signal-Signal Beat Interference,SSBI),进一步提升系统接收灵敏度。通过仿真实验演示了基于2.5-Gbaud 16-GHz LSB QPSK信号与2.5-Gbaud 16-GHz RSB QPSK信号叠加产生和传输16QAM信号。分别研究了独立dual-SSB信号在不同归一化中频、不同输入射频信号功率和不同输入虚拟载波功率下情况下的信号误码率曲线。实验结果表明,经过50km单模光纤传输后,在不加KK算法的情况下,当入射PD的光信号功率不低于-18d Bm,且独立SSB信号波特率不高于2.5-Gbaud时,可以实现独立dual-SSB信号的可靠传输。在加入KK算法的情况下,当输入PD的光信号功率不低于-21d Bm,且独立SSB信号波特率不高于2.5-Gbaud时,可以实现独立dual-SSB信号的可靠传输;与不加KK算法情况相比,接收机获得了约3d Bm的灵敏度增益。4、提出一种复杂度低、频谱利用率高的基于光子辅助技术和一个I/

关键词：独立双单边带信号频谱效率偏振复用频率变换系统复杂度直接接收 Kramers-Kronig算法太赫兹传输光子辅助技术外差相干接收

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基于光子辅助的太赫兹MIMO系统的研究与展望

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移动通信 2024年第12期48卷 21-30页

作者：张冰余建军复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室上海200433 复旦大学信息科学与工程学院上海200433

太赫兹频段(0.1~10 THz)通信与传统无线通信相比,在高速数据传输、透射与成像方面、医疗成像和药物检测、物联网以及6G通信[1]等领域的独特优势,使其具有广阔的研究价值,有望推动通信技术的发展并在多个领域带来创新应用。但是太赫兹频... 详细信息

太赫兹频段(0.1~10 THz)通信与传统无线通信相比,在高速数据传输、透射与成像方面、医疗成像和药物检测、物联网以及6G通信[1]等领域的独特优势,使其具有广阔的研究价值,有望推动通信技术的发展并在多个领域带来创新应用。但是太赫兹频段信号也具有弱穿透性、强大气层衰减、电路和天线设计复杂以及信号处理复杂的特性使其当前发展受限,针对此项,结合基于光子辅助的太赫兹技术和天线MIMO技术,通过分析基于光子辅助的太赫兹MIMO系统的研究现状、关键器件以及关键技术,展望了太赫兹通信未来可行的研究方向,以期为太赫兹频段信号的未来应用做出贡献。

关键词：太赫兹通信光子辅助技术 MIMO系统数字信号处理算法

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