【通信】【2】《宽带太赫兹通信技术》的笔记和一些简单的词汇的意思（误

前言

书的前面一部分是介绍下两种生成太赫兹的方法，全电法和光辅助拍频法。讲了几个生成太赫兹波，光转电通信的实验例子。从第四章开始，用DSP（数字信号处理）替代大量的乘法器、积分器、滤波器来进行OFDM（正交频分复用）后，剩余的9章中，大部分内容都是做通信和光学相关的算法。
书中关于太赫兹的优缺点还有进行太赫兹辐射的产生和传输，会反复提到。

前言
电子器件方式生成太赫兹信号
- 直接使用电子器件生成太赫兹信号
- 用倍频法间接生成太赫兹信号
光学方式生成太赫兹信号
- 脉冲法
- 连续波法（实验中常用）
THz-FOC
- RoF
THz-FSO
THz-TDS
NloT
波束成形
太赫兹透镜
BER
SER
EVM
UTC-PD
PIN-PD
NRZ
CMA（接收端）
SD-FEC
HD-FEC
PS技术
拍频
导频
抽头数
EDFA
90°光混合器
PC与PM
SMF

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电子器件方式生成太赫兹信号

直接使用电子器件生成太赫兹信号

生成太赫兹的电器件：

电真空器件
固态半导体器件（通信中主要用这个）：IC振荡器、谐振隧道二极管RTD、布洛赫Bloch振荡器等

固态半导体器件分两种：

二极管
半导体晶体管

电子二极管可以在更高的频率下工作，在多种太赫兹系统的信号产生和检测中广泛应用

耿式（甘恩）Gun二极管、碰撞雪崩渡越时间 IMPATT 二极管的生成频率都可以高于100GHz

Gun二极管能产生输出功率大于100mW100mW100mW的太赫兹信号

IMPATT二极管可以产生输出功率大于1W1W1W的太赫兹信号

谐振隧道二极管可以产生高于100GHz（功率低于1W）的太赫兹信号，在集成天线中表现优异

半导体晶体管主要是：

基于III-V族和硅集的晶体管
高电子迁移率晶体管HEMTs
异质结双极晶体管HBTs

HEMTs 和 HBTs 是基于III-V族的复合半导体器件，优点是运行速率高，生成信号高达600GHz，预估最大可超过1THz。有较大的击穿电压和较高的衬底电阻率
——击穿电压影响器件的输出功率
——衬底电阻率影响信号传播损耗

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用倍频法间接生成太赫兹信号

毫米波信号的生成已经很成熟了

将生成的较低频率的毫米波信号（几十GHz）通过倍频器倍频，得到太赫兹频段（100GHz~10THz）信号
——使用基于肖特基势垒二极管SBD的二极管倍频器可以实现

倍频器利用二极管的非线性特征，产生需要的谐波分量，达到倍频效果

倍频法最高得到625GHz，借助上下变频以及多种调制混频的方法实现
由于电子器件的转换损失，导致发射和接收功率低，传输距离近，传输效率低

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光学方式生成太赫兹信号

脉冲法

常常使用光电导天线PCA

使用快速光电导材料，如GaAs
在金属结构中作为快速开关，以恒定电压偏置时，光电导开关中没有光感应电荷载流子，因此设备中没有电流流动。

用短光脉冲照射，光电导开关闭合，达到高度导电状态，天线结构中出现短暂的电流激增。辐射太赫兹电磁波，这种脉冲带宽0.1∼2.5THz0.1\sim 2.5THz0.1∼2.5THz，波长0.12∼3mm0.12\sim 3mm0.12∼3mm

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连续波法（实验中常用）

光子辅助生成太赫兹信号（光学外差法）：产生的在1THz以下
使用半导体激光器直接生成

光学外差法利用激光的高频率和光器件的高带宽，可以突破电子器件带宽不足的限制，产生频率较高的THz

使用两路具有一定频率差的激光器生成两路激光，通常是由频率稳定的窄带宽激光器源产生
输入光束的偏振、频率、相位必须稳定
使用外调制器将电信号调制到其中一路的激光载波中，另一路激光不携带信息
使用光耦合器将两束激光耦合在一起，输入光电探测器中
光外差拍频产生频率为两束激光频率之差的THz信号

光外差法受到激光器线宽（光谱宽度）限制，还存在两路信号的频率漂移
——常用的方法是锁模激光器、双模激光器

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为了节约成本，可以用光频梳产生THz（灵活，能够降低单个激光器生成THz的成本）

使用射频源驱动光外调制器，产生多个具有一定频率间隔的光信号，可以选择任意两个光信号拍频生成THz

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THz-FOC

太赫兹 + 光纤通信

RoF

光载无线通信技术
即射频信号光纤传输技术

是由太赫兹+光纤通信相结合的技术，结合了无线通信的灵活接入与光纤通信的高容量、长距离等优点。

必要时候成为保证通信畅通的手段，用于光纤最后1000米的接入。

THz-FSO

太赫兹 + 自由空间光通信

是混合太赫兹/光链路，有望成为未来无线通信的可行解决方案

根据天气情况可在太赫兹链路和自由空间光链路中灵活选择，天气晴朗用FSO技术，有雾或大风等不佳天气（干燥区域）用太赫兹链路建立可靠的通信连接。

太赫兹频段可用于卫星通信，即使由于扩频、分子损失而导致传播距离短，也可以通过使用
大型天线阵列、高输出功率、高增益放大器来延长太赫兹频段的传播距离。

THz-TDS

太赫兹时域光谱技术

NloT

新型纳米物联网
——太赫兹天线的尺寸非常小，便于集成在可穿戴设备上

波束成形

因为太赫兹波有很强的方向性，所以波束成形至关重要。

为了降低信道中的路径损耗，三维的波束成形比二维更好——三维波束成形用来构造定向波束，延长通信范围并减少干扰。还可以将垂直主瓣精确定位在接收机上来提高信号强度。

太赫兹透镜

装在发射天线之后

用来对波束进行汇聚，提供THz信号的质量和传输距离（以微小的功率损失为代价显著延长了无线传输距离）

也可以用多组太赫兹透镜，对信号进行聚焦或微调

BER

比特出错概率

为了降低BER可以选择强信号强度（除非这会导致串扰和更多位错误），也可以选择一个缓慢的和强大的调制方案或线路编码方案，并且应用信道编码方案，诸如前向纠错码FEC

SER

误码率=传输中的误码所传输的总码数×100%误码率 = \dfrac{传输中的误码}{所传输的总码数} \times 100\%误码率=所传输的总码数传输中的误码×100%

EVM

除了用误码率反应星座图的IQ信号质量，还可以用EVM矢量幅度误差

表示信号符号相对于理想位置的偏移

EVMRMS=1N∑k=1Nek1N∑k=1N(Iideal,k2+Qideal,k2)×100%EVM_{RMS} = \sqrt{ \frac{ \frac{1}{N} \sum_{k=1}^{N}e_k }{ \frac{1}{N} \sum_{k=1}^{N} (I^2_{ideal,k} + Q^2_{ideal,k} ) } } \times 100\%EVMRMS=N1∑k=1N(Iideal,k2+Qideal,k2)N1∑k=1Nek×100%
ek=(Iideal,k2−Imeas,k2)2+(Qideal,k2−Qmeas,k2)2e_k = ( I^2_{ideal,k} - I^2_{meas,k} )^2 + ( Q^2_{ideal,k} - Q^2_{meas,k} )^2ek=(Iideal,k2−Imeas,k2)2+(Qideal,k2−Qmeas,k2)2

其中eke_kek是矢量误差，NNN是总符号数

UTC-PD

单向载流子 + 光电二极管

载波频率300GHz以上用UTC-PD

PIN-PD

PN结 + 光电二极管

载波频率300GHz以下用PIN-PD
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NRZ

单载波

CMA（接收端）

信道自适应均衡算法

CMA均衡实现信号的偏振解复用？和无效串扰的抑制

SD-FEC

软判决 + 前向纠错

HD-FEC

硬判决 + 前向纠错

PS技术

概率整形技术

拍频

两个光信号的混频？，由于频率和太大，所以只剩下频率差

导频

一直固定输入的信号
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抽头数

？？？

CMA抽头用于补偿由光纤传输引起的偏振旋转、畸变、距离差引起的光纤延迟

EDFA

doped铒光纤放大器

PM- EDFA 是保偏doped铒的光纤放大器

用来补偿光纤的传输损耗、调制损耗、插入损耗

DSP算法用来补偿光纤的线性效应带来的问题
因为光纤传输距离短（实验中），因此可以忽略光纤的非线性效应

90°光混合器

实现接收到的光基带信号和光LO的偏振分离

PC与PM

PC：偏振控制器

PM：相位调制器

SMF

单模光纤
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