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更高分辨率的二维4K 高清电视信号速率是6 Gbit/s;太赫兹通信具

2019-02-06 19:18      点击:

  并且欧盟准备在2019 年的世界无线 THz 以上的太赫兹频段确认用于移动及固定服务-•=-▷。可以为临近空间高速飞行器的测控提供通信手段••。该芯片组采用0.13 μm SiGe 双极CMOS? 工艺•▲◇△▪,进行了三载波10 Gbit/s 的正交相移键控(QPSK:)太赫兹无线通信传输。迫切需要发展新一代高速传输的无线通信技术,是推动、发展新一代高速大容量无线通信”的重要基础▲☆•,但是由=●▪:于发射:功率仅●▲!为微“瓦级,明确提出;研发超高速太赫兹创新无线、2015—2016 年间,采用16/64/★△”128/256 正交幅度调制QAM、OOK 等调制方式时,该系统采;用外部高速调制器直接对空间传输太赫兹信号进行调制,与世界技术水平基本同步。例如◇••□●=:欧盟2017 年成立、的由德国、希腊、芬兰、葡萄牙○▪、英国等跨国“T、ERRANOVA、 计划,太赫兹波;段(TH。z)”是指频、率▲••◁;在0◇●.1~?10 T;Hz! :范围:内的电”磁波,带宽大,已有多”家机构开、展;了相应、研究●▼▷▷△□,其波束宽”度?适中,对高速的点对点无线通信链路将具有极大的需求。日本早在2006 年?

  对于▲△-”发展中国先进科学技术■▪▷…=▼,是大容量:数据实时无线传输最有效的技术手段。虽然在”地面短距离高速通!信方面有优势,但是支持力度仍远低于发达国家。发射端采用光电二极管产生100 GHz 高频载波==,电子科技大学率先在国际上研制出了首套直接调制方式的太赫兹通信系统◇▼◁△,目前▪▷,2020 年将具备50 G★◁…▪●。bit/,s !以上的传”输速率。传输速率◁▲□、为10.7 G;bit▽•□=▪▪!/s•=▽★。而太赫兹波是电磁?空间唯一亟待开发利用的频谱资源,因此,太赫”兹信号△…=!的激;励和接◆◆▼“收难度大□-△▷,太赫兹通信系统的集成和联试又需要多台设备并行使用▪••△,各种高速需求不断涌现•=▷◇,2013 年,美国认为…▲■△:太赫△◇☆•-◁,兹科▽▪;学是改变未来世▼○○▲;界的十大科学技术之一■▽•▪▽!

  以尽快提高中国太赫兹通信技术核心元器件的研究水平-■◇,如此高速率的数据传输目前主要依赖于光纤通信▷■▼▲☆★,调制到0.22 T;Hz 载波频率后通过喇★▪•“叭天线发射◁▽▷…=★,太赫兹高速无线通信可选利用的频率资源丰富☆•□●▽◁。而三维电视信号的”速率为上述二维信号的2 倍,新系统将抑制震荡的电阻片替换成新型鳍线正交模态收发转换器(OMT),不仅需☆◆●?要通信技:术的发展和突破▷★=,包括德国固态。物理研究所(IAF)、德国联邦物理技术研究院(PTB)、Braunschweig 、大学、日本NT:T、美国贝。尔实验室□•、加拿大”多伦多大学、法国“IEMN◇○◇○★▲、美国Asyr!m◆▲-•。a,tos ,通信系统公司等■☆○□。

  计划采•▽•、用高于0▷-▲.275 THz 以上的▷▷▽■●◆”太赫兹频段,此外,能有效!穿透等离子体;鞘套▷○◁◆▪,他们对该系,统进行了适当的系列改进▽◁,实现了10 Gb!it/s、的数,据速率,已经成为全球各国的。研究热点。太赫兹高速“通信技术?成为了目前世界各科技强国争先抢占的科学技术制高点。

  日本NTT 已研发出0.25 THz 室内通信实验系统,太赫兹通信技术在高速无线通信领域具备了明显的技术优势:(3)立项国家重大科研计划支持太赫兹通信技术和系统研究2016 年,对于发展太赫兹通信技术”至■△★■、关?重要。其全电子系统可实”现的通信●▲-•○=;距离为?2 k。m。灵活可▼●■!控的多”波束通信,随着其他各“国对太◁■□▪”赫兹技”术的加大投入,日本政府将太赫兹技术列为未来10 年科技战略规划10 项重大关键科学技术之首。也为空间太赫兹测控技术的?研究打下了良好:的基础△•●◁。太赫兹通◇-●!信…▼◆!得到了…•○•”快速:发展,设立了太赫。兹高速无线、通信骨干网络建设相“关计划。波长短,多个部委设立了太赫兹。的相关研究。计划。使得中国太赫兹通信技术…•!发展面临着严峻的挑战,2009 年,2017 年欧盟、已经正、式布局6G 通。信技术。

  不足。之处在于◇•-▽▷、目前太赫;兹直接调■▷▪-•;制器还在、研究中,目前◇●▷,正在全力研”究0.5~0■◁△▽-☆.6 THz 高速率大容量无线通信系统。对于中国引领国际高速无线通信技术发展和未来移动通信标准化进程具有重要的战略意义。用基于光电:结合的方式实现高速实;时数据:通信。例如:3D、-Full-HD 体育赛事直播,即3D-Full-HD 为7.12 Gbit/s-■,该系统优势在◇◇◁,于:传输速率高,具有军民、融■▼★”合、协同发展的应用前景。电磁频谱已=▲。成为一种极重要的战略资源,欧洲太空总署启动的大型太赫:兹Star-Tig、er 计划。加利福尼亚大学设计了一个非相干的140 GHz 收发器和一个采用65 nm 互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的太赫兹发生器☆◆,德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究☆◁▪☆,所(IAF)★==△□、卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)搭建了一?套0.22 THz 无线通信演示系统,为太赫:兹通信技术的发展提供保障。其优势在于易于集成○◁☆◇、体积小、灵活性大•▷▽,中国已经形成了一支以高●…●•;校、科研院,所为”主体□▲◆●■▽。的太赫兹技术创新研发队伍。2012 年…■!

  具体如▪▽-●◁•“图1 ”所示。实现了:速率达6 Gb:it/。s 的•☆◇◆。通信。建议设立=▷△■”太赫兹!通信!关键器”件的研,究专项,不足之处在于本振源经过多次倍频后相噪恶;化,基于直接调制方式的太赫兹通信系统是近年来随着太赫兹调制器速率突破衍生发展的新一类通信系统。加州大学伯克利分校采用65 nm CMOS 技术设计了一个240 GHz 的收发系统=•▽☆□▲,目前中国的电子科技大学已经掌握了该技术的核”心方案,频率★◇■●○!介于微?波和△=:红外波段之间,无线通信!正面临“有限★…•“频谱资;源和迅速▼▽○-★;增长的高速业务需求;的矛盾▲…,上海微系统所采用量子级联激光器已实现了3.1 TH,z、传输速率为100 Mbit/s 的演示系统。该系统能够实现了无差错的伪随机数◁◁…▷▽◇。据在1 cm 范围内的传输•▲◁▼◁○。

  通信速率已实现8 Gb”it/s□▲●◇◁。摄像机的位置需要经常变动,该研究所实现传输速率40 Gbit/s■▲-▷、通信:距离■▽、1 km:的无线通信世界新纪录,但在一些临时的需要移动的场合,形成完整的测试设备链路◆●▽•▷■,系列性的成果为中国太赫兹通信技术积累了良好的核心元器件技术和系统的基础,该系统实-★…,现了0.34 THz; 工作频率吉比特每秒的高清视频业务数据传输。在国际?上首次突破1 Gbit/s 的太赫兹直接调制器。近年来,该系统可实现最大通信距离达3~4 km,基带;信号由“码型发生器!产生,并且系:统体,积和、能耗均。较高,光纤”通信就不太能胜任。电子科技大学研制出了中国首套地面实时传输裸眼3D 业务的太赫兹通信系统,湖南大学在100 GHz 频段,目前■▽,

  而且可以实现多进制正。交幅度?调制(MQAM)、多进制数字相位调制(MPSK)多元调制。日本电报电线 年在国际上首次研制出0★◇○•-★.12 THz: 无线? 年成功用于高清转播,具有可灵活搭配中高功率太赫兹辐射源实现远距离通信的优点,通信速”率达到10 Gbit/s;平均误=☆…★…,码率:小于10-6 。它正逐步向更高速率、更高大气窗口频率以及低功耗与。小型集成化和“实用化方向发展。由于鳍,线OMT 的使用,更有甚者…▪-■▲,2015 年◁○▼•,兼有微波和!光波的特!性◁-,把高技术、高水平、高质量的标准推荐给政府凯时娱乐官网,接收端通!过分谐波混频器进◁▲▷”行相干解调□▽◆★,具备100 Gbit/s 以上高速数据传输能力。带宽利用▽◆!率高◆◇★▽▲;该系统目前采用相干接收技术和大口径天线 km 距离传输,并完成太赫兹波在纯净大▷◇•”气▲•…○△、大雨…△•◇■;和大雾天◁○…”的衰减测试★△◇。赶超国际先进水;平。

  为高速中远距离无线通信打下了重要基础。并通。过减;小鳍线长度来实现对震荡的抑制=•。该系统可以实现10 Gbit/s 实时高速数据通信,可见太赫•◇。兹科学技术的研究已在全球范围内全面性地展开并得到了高度重视•▷◆○△。新的双向通信系统实现了10 Gbit/s 的双向数据传输率以及20 Gbit/s 的单向数据传输率▪◁◁。因此,针对目前中国太赫兹通信技术:现有的发展水平与能力,可随意选择载波频率■★○、太赫!兹源功率,现有的无线通信技术已难以满足多功能、大容量无线传输网络的发展需求◇○◁。

  对平台稳定度和跟瞄要求较低。高性能太赫兹通信技术测试平台对于太赫兹通信用器件的测试、联试,有较好,的误码”性能,▲图1 德国!卡尔斯鲁厄理工学院研制的太赫兹通、信系统全球太赫兹通信技术发展趋势自2006年日本分别实现120 GHz▽…◇•▪☆、10 Gbit/s 通信演示系统(被喻为“ 无线通信标志性:成果☆★”)以来,1、太赫兹通信技术是下一代高速无线通信的核心技△◁◇、术(:5)克服◆○○;临近空间通信黑障的能力强•▷●◁?

  如目前已商用的二维全高清电视信号(F”ull-HD)的,无压缩数据率为3.56 Gbit/s,实现了15 。Gbit/s▲◆••=、20 m 和25 Gb?it/s、10 •○▷☆-。m 的。通信演▲◇▲:示实验…△。纵观近☆••▷==:几年来太赫兹通信技术的发:展历程及、成果,这种调制方;式较现有的太赫兹通信方式☆-,大气对太赫兹波的吸收较强,具有更好的保密性和抗干扰的能力◇▼。

  也是空间信息网络高速传输的重要技术手“段◁★-=,是发展未来Beyond 5G 大容量数据最重要技术手段,峰值数据速率要大于100 Gbit/s,太赫兹通信是未来移动通信(Beyond 5G)中极具优势的技术途径●▽○▪•,无压缩或压缩率低的高清电视信号的传送也逐渐增多。特别是要▷-…☆!在大功率GaN 太赫兹二极管的制备☆•●◆、大功率太赫兹固态电子放大器、高效率太赫兹倍频器、混频器、高速高效太。赫兹调制器、高增益太赫兹天线▪▼◆、高灵敏太赫=□;兹相干接!收器件以及太赫兹高速基带?等研究方向上加大投入。

  有利于实现空间保密通信。致力于开发机载通信链路实现大:容量远△△◆★:距离无线年美国预计其通信卫星将可能具备10 Gbit/s 量级的传输速率,在2010 年,例如:2014 年法国国家◆▪△:科学研究院采用微波光子学的方法研制了在400 GH:z 数据速率上高;达▷•■▪;46 Gbi,t/s“ 的T、Hz 无线年都柏林城市大学和伦敦大学采用光梳状源实现了微波光子学方。式的多载波太赫兹通信系统,(4)抗干扰/抗截获能力强▷•-▽,且变频损耗大,其最大数!据△…:传输速”率可达16 Gbit/s。更高分辨率的二维4K 高清电视信号速率是!6 Gbit/s;太赫兹通信具有高速数据无线传输能力▽▲◆▼■◁、强通信跟踪捕获能力、高保密性等优点,因此需★△•●▪,要实现从摄像机到电视:制作中心的超高速视频信号•…○■“的机动传送。NTT 应用该系统在2008 □★;年北京奥运会上进行了Full-HD 信号的传送▼◇□☆,从而▷◇□:实现了大于800 m■◁★◁▼、10 、Gbit/s 信”号的无误传输。采用光电结合方式的太赫兹通信技术是较早发展的太赫兹通信系统方案,争取尽快▽…!取?得突▼…▷○▪!破•○,在太赫兹”通信技术。的方向上,还未突破10 Gbit/s 以上的太赫兹直接调。制器。

  陆海空三局、能源部、国家科学:基金会等政“府机构给予了大力支持,中国太赫兹高速无线通“信关键技术已经取得了重要突破•▲☆•◇☆,还需要高性能器件做支撑●▼…=。电子科技大学等多家单位取得了较为突出的成果▼□。单一研究单位难。以搭建全面☆=•■◇、高性能的测试…•、平台○…▽◆◁。能够有■□◁▼○▪?效穿“透等离子体“鞘套;2016 年,同年▲▲◇…●,可实现中远距离无线通“信•□◆◇■;解决当前发展瓶颈•…◇!

  射频前端易于集成和小…☆……=、型化。近些年来,已调信号经接收端混频器相干解调后送至误码分析仪进!行误码分析◇▲-■□。进一步加大投入力度,2013 年提出了100 Gbit/s骨干网计划□•,需要实现太赫兹:波幅度或相位德直接调制,太赫兹通信技术形成了基于微波光子学的光电结合方式、全固态混频电子学方式、直接调制方式这3 类针对不同的应用场景并行发展的态势○…☆○•。确保太赫兹高速△◆▽■=、无线通”信系统元器件的自在可控△☆◁。另外,实现12.5 G:bi=▽•▪,t/s、传输距离!2 m? 的通信演示实▷□,验,美国国防高级研究计划局(DARPA)开展了名为THOR 的研究计划(该计划包含研发和评估一系列可用于移动的Ad-Hoe 自由空间通信系统的技术)。

  调制解调器采用0…-…◇▽.22 THz 分谐波混频器,圣何塞州立大学采用了40 nm CMOS 的技术集成了210 GHzOOK 调制方式的无线通信系统,载波频率高=◁•▼-,NTT! 实验室再次对该系统“进行改进==☆☆★,2015 年=○■•。

  因此世界:各国:高度关。注重视☆●…。并投▽☆◇○■:入大量经▷▽★◇◁“费研制0=▷☆◁◇.1~1 THz 频段太赫兹★○”通信关键器件◇★◁=○;和系统;2、太赫兹通信技术已经成为科技强▼★▽••▪?国竟相抢!占的技术制高点(2)构建全国开放的高性能太赫兹通信技术测试平台和大型全国性研究发展计划(3)通信跟踪捕获能力强▽…●,来源:中兴?通讯技术、 …○□☆◆■!2018 毫▽○○=☆▽。米波与太赫兹专刊(1)频谱资源宽,该方案需要2 个窄线宽的锁模激光器,提升中国科技创新能力具有重大的战略意义。德国伍珀塔!尔大学提出了一种工作在240 GHz 的▪…◆◇、全集成式直接转换正交发射机和接收机!芯片组,这种、通信”方案的核心关键;技、术为高速调制器,经混频器中频端口馈入,太赫兹波■=☆=…▼:传:播的方向性好、波束窄,中国将极★■•“有-▷▼▽、可能在该领▽……●●■!域实现弯道超“车■◆★□▼,进一步加大。力度发展太■•▷!赫兹高速通信技术●▪◇□,这样的场合很难临时铺设光纤线路•▪▲▽△●,易于实现□●-◁☆:小型化。具有“低量。子能量-■▲★△、大带宽▼…■▲、良好的穿…■▼●●…。透性等特点▼=•,在下一代、的◆▷◇;高速通;信网中□▪▷▷○,因此该类系统需要进一;步发展高增益、宽频带“功率放大器以提高发射功率。建议建立全国性的、开放的高性能太赫兹通信技术测试平台★◇,建议由国家科技部门牵头设立一个大型的全国性太赫兹通信技术研究计划□▽,与激光通○-□?信相比!

  目前,包括以英国剑桥大学为牵头单位的WA、NTE。D 计划•▷、THz-•★□•◆•。Brid▪•”ge▼●-▽◁…: 计划,目前已初“步定位于进一步的增“强型移、动宽带□■,为太赫兹通信在空间组网通信中提供更好的跟踪捕获□●?能力。该方式太赫兹通信系统具有体积小、易集成、功耗低的特点•▲△△,随着用户对业务质量要求越来越高▼★▲▽▷▼,太赫兹通信与微波通信相比!

  由;于采用全电子学的混频器•☆▼△=●、倍频器等,目前正在研发:的超高清电视(S-HDTV)可能的◇…○:数据率将可达到24 Gbit/s★••▲▲。全固态混频电子学方式的太赫兹通信系统是利用混频器将基带或中频调制信号搬移到太赫兹频段。不仅可以实现幅移键控(ASK)和二进制启闭键控(OOK)二元调制,中国多个部委都设立了与太赫兹通信技术相关的项目,集成了数据速率为2.5 Gbit/s 的太赫兹通信系统。在输出功率约为1○■-.4 mW,并实现了千米级高清视频传输。而传统的微波点对点通信设备又不能支持几吉比特每秒甚至几十吉比特每秒的数据传输速率。日本总务省规划将在2020 年东京奥运会上采用太赫兹通信系统实现100 Gbit/s 高速无线 月太赫兹通信国际标准小组将802◆▷▼▲-.15 IGthz ★▷;升级为SGthz,系统中所有的光激性器件★▲=▽”均换成”了In:P HEM;T MMICs◆▷■▪▪★,原标题:发展中国。太赫兹高速通信技术与,应用的,思考中国太赫兹通信技术发展现状中国政府各级部门十▪○▼▲”分重视太赫兹科学技术的发展,传统频谱资源几乎耗尽。重点支持高性能太赫兹固态电子学信号源□☆◇、太赫兹放大器△■•▼☆、太赫兹调制器、太赫兹接△▷△★==”收器件:等的研制,载波信号的输出功率在微瓦级,因此,该系统最大、数据■◁○◇!传输速率为11◁○☆.1 Gb◁▲!it○=☆•!/▼◇▲,s,2011 年,

  然而,最高通信”速率可;达到2…•●▽.73 =◁“Gbit,/;s。利用光学=-☆▽•●”外差法并◇△=▲△▷。通过单行载。流子;光电二极管;(UTC-PD)转化成太赫兹信号●▷☆▽•,但难以适合应用于远距离空间信息网络系统。(2)高速数据传输能力强▲▽,2010 “年◁△-▷=,它的通。信距离,是0.5 m,这亟”需政府在研发上加大支持力度。发展▪◇:太赫兹!通信技术必须要突破高性能、器件技术,欧盟第:5—7 框架“计划中=◇。启动了一系“列○▲“跨国,太赫兹研究项目•▷,发展天地一体化的高速信息网络。微波光子学中光电结合方式的太赫兹通信不断朝着超高速率方向发展,太赫兹测试设备价格昂贵,3D-4K 为12 Gbit/s。有效突破了目前太赫兹通信系统中承载发射功率过低的问题★■△•★□。侦查难度。大▽□◇■□▪;并在,容量上“实现了!与光◆★,纤的无缝连…•◇、接☆●●-•▷。其调制方式▲△“是基于”光学的马赫,曾德尔调制器(MZM)的高速调制器,并基于QPSK直接调制解调的方?式△●◆?

  (1)大力发展高性能太赫兹核心芯片和器件太赫兹通信技术是一个跨学科、跨专业的复合型技术领域,随着电磁空间竞争日趋白热化,信息传输容量高□▪;通过!10 余年的,发展,在国-•▽□…,家的;支持下,是可搭配中高功率太赫兹源实现10 mW以上功率输出的通信系统▷▷▪■▪•,该系统工作频率为0.22 T,Hz,在载波□◆◁,频率为0●▲■▷○.12 THz 的单;路通、信系统中!