[go: up one dir, main page]

CN114422038A - 一种基于副载波ofdm的光子太赫兹无线通讯方法及系统 - Google Patents

一种基于副载波ofdm的光子太赫兹无线通讯方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114422038A
CN114422038A CN202111640707.5A CN202111640707A CN114422038A CN 114422038 A CN114422038 A CN 114422038A CN 202111640707 A CN202111640707 A CN 202111640707A CN 114422038 A CN114422038 A CN 114422038A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
optical signal
subcarrier
terahertz wireless
division multiplexing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111640707.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114422038B (zh
Inventor
朱敏
华炳昌
张教
雷明政
蔡沅成
田亮
邹昱聪
李爱杰
童伟东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zijinshan Laboratory
Original Assignee
Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Network Communication and Security Zijinshan Laboratory filed Critical Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Priority to CN202111640707.5A priority Critical patent/CN114422038B/zh
Publication of CN114422038A publication Critical patent/CN114422038A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114422038B publication Critical patent/CN114422038B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/5165—Carrier suppressed; Single sideband; Double sideband or vestigial
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation
    • H04B10/556—Digital modulation, e.g. differential phase shift keying [DPSK] or frequency shift keying [FSK]
    • H04B10/5563—Digital frequency modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2689—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation
    • H04L27/2691—Link with other circuits, i.e. special connections between synchronisation arrangements and other circuits for achieving synchronisation involving interference determination or cancellation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法及系统，其中，该方法包括：接收至少一路用户输入的基带信号，将基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路正交频分复用信号；将至少一路正交频分复用信号进行信号复用，得到一路副载波正交频分复用信号；将副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；将第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号。通过采用副载波OFDM调制技术实现高性能、高频谱效率、低成本的光子太赫兹无线通信传输和多用户灵活接入。

Description

一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法及系统
技术领域
本发明涉及太赫兹通信技术领域，尤其涉及一种基于多副载波OFDM的光子太赫兹无线通信方法、系统、设备、介质和产品。
背景技术
B5G/6G通信技术中通常使用正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，简称OFDM)调制技术或者副载波调制技术。
但是，随着B5G/6G通信技术的快速发展，通信业务对于信号传输速率、数据容量等需求日益增加，通信频段向更高频段发展是必然趋势，这也对信号误码率、频谱效率以及器件带宽等关键指标提出了更高要求。但是，OFDM调制技术不能有效减小接收端ADC带宽需求，也不能有效降低计算复杂度。副载波调制技术在高频谱效率，颗粒度、抗色散性、强抗符号间干扰能力等方面表现平平，且不能有效降低无线信道的多径时延扩展的影响。
发明内容
本发明提供一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法、系统、设备、介质和产品。实现了大容量、高速率、低成本的太赫兹无线通信传输和多用户的灵活接入。
第一方面，本发明提供了一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，包括：接收至少一路用户输入的基带信号，将所述基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路所述正交频分复用信号；将所述至少一路正交频分复用信号进行信号复用，得到一路副载波正交频分复用信号；将所述副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将所述太赫兹无线信号发射到自由空间中。
进一步地，所述将所述副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号，包括：将所述副载波正交频分复用信号的I、Q两路信号分别经过数模转换得到两路模拟电信号；将所述两路模拟电信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号。
进一步地，所述将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，包括：将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过PD拍频处理得到太赫兹无线信号。
进一步地，所述将所述基带信号转换为正交频分复用信号，包括：根据所述基带信号，通过逆快速傅里叶反变换处理，得到所述正交频分复用信号。
进一步地，所述太赫兹无线信号的频率为所述第二光信号与预设频率的第三光信号的频率之差。
进一步地，所述方法，还包括：接收所述所述太赫兹无线信号，将所述太赫兹无线信号下变频至中频信号；根据所述中频信号恢复所述基带信号。
第二方面，本发明还提供了一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯系统，包括：用户发端模块，用于接收至少一路用户输入的基带信号，将所述基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路所述正交频分复用信号，将所述至少一路正交频分复用信号进行信号复用后得到一路副载波正交频分复用信号；中心站，用于将所述副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；远程基站，用于将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将所述太赫兹无线信号发射到自由空间中。
第三方面，本发明还提供一种通信设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的步骤。
第五方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的步骤。
本发明提供的一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法、系统、设备、介质和产品，相比OFDM调制，副载波OFDM调制技术可减小接收端ADC带宽需求并减小快速傅里叶变换(fast Fourier transform，简称FFT)数以降低计算复杂度；相比副载波调制，副载波OFDM调制技术具有高频谱效率，细颗粒度、良好的抗色散性、强抗符号间干扰能力，能有效降低无线信道的多径时延扩展影响。因此，副载波OFDM调制技术结合了两者优势。在不同副载波的子载波上采用不同调制/编码方案实现了灵活调制，提高了对频率选择性衰落和窄带干扰的鲁棒性，有效减少了功率衰弱的影响，减小了ADC带宽需求，降低了运算复杂度，又大大提高了频谱效率，增强了抗色散、抗多径干扰以及频率选择性衰落能力。极大提升了光子太赫兹通信系统的通信质量，实现了大容量、高速率、低成本的太赫兹无线通信传输和多用户的灵活接入。因此在光子太赫兹传输系统中运用副载波OFDM调制技术作为一种重要解决方案，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明提供的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的一些实施例的流程示意图；
图2-1是根据本发明提供的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯系统的一个应用场景示意图；
图2-2是图2-1的一个应用场景的具体结构示意图；
图2-3是用户发端模块的一个应用场景的具体结构示意图；
图2-4是用户终端模块的一个应用场景的具体结构示意图；
图3是根据本发明提供的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯装置的一些实施例的结构示意图；
图4是根据本发明提供的通信设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参阅图1，图1是本发明提供的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的一些实施例的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101，接收至少一路用户输入的基带信号，将基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路正交频分复用信号。
在一些实施例中，信源(信息源，也称发送端)发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可以分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也可以分为数字信源和模拟信源。基带信号就是信源发出的直接表达要传输的信息的信号，例如说话的声波就是基带信号。
步骤102，将至少一路正交频分复用信号进行信号复用，得到一路副载波正交频分复用信号。
在一些实施例中，将至少一路正交频分复用信号进行数字上变频处理后再进行信号复用，得到一路副载波正交频分复用信号。
副载波正交频分复用(即，副载波OFDM)信号，可以是将正交频分复用信号通过正交频分复用技术处理后得到的。正交频分复用技术(简称OFDM技术)，广泛应用于数字通信系统中。OFDM技术可以不需要子载波间放置保护频带的情况下，用基于傅里叶变换的数字信号处理实现频域子载波之间互相正交，，因此，具有更好的频谱利用效率。同时，OFDM技术可以有效对抗多径，以及符号间干扰(inter-symbol interference，简称ISI)。
OFDM技术实际上是多载波调制的一种，OFDM技术的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少正交子信道之间的载波间干扰(Inter-Carrier Interference，简称ICI)。每个正交子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个正交子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且，由于每个正交子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，因此信道均衡变得相对容易。
步骤103，将副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号。
光子太赫兹无线通讯技术，即运用了基于光子学技术的太赫兹辐射源技术。基于光子学技术的太赫兹辐射源包括量子级联激光器、自由电子激光器和气体激光器等，这是激光技术向低频方向的延伸，这类太赫兹辐射源输出功率较大，具有很好的应用潜力。基于太赫兹激光器的光频梳技术在高分辨成像和成谱应用方面的前景广阔。作为示例，预设频率的第一光信号可以是由量子级联激光器、自由电子激光器和气体激光器等等类型的激光器发出的。
在一些可选的实现方式中，将所述副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号，包括：将所述副载波正交频分复用信号的I、Q两路信号分别经过数模转换得到两路模拟电信号；将所述两路模拟电信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号。
数模转换，就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，可以通过数模转换器或者其他转换方法完成数模转换，例如低通采样、内插公式、带通采样、过采样等方法完成转换。
将两路模拟电信号和激光器射出的光信号(即第一光信号)，通过I/Q调制器调制在一起，得到第二光信号，即通过将副载波(两路模拟电信号)通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上(光子太赫兹无线通讯技术)，得到第二光信号。
如图2-3所示，用户发端将正交频分复用信号进行信号复用，得到副载波正交频分复用信号，将副载波正交频分复用信号的I、Q两路信号分别经过数模转换，得到两路模拟电信号。
作为示例，如图2-2所示，激光器1产生的1路频率为f1THz的光载波(光载波即光信号)和两路模拟电信号，通过I/Q调制器，将用户发端模块生成的两路模拟电信号调制在第一光信号上，并耦合入光纤中传输。
步骤104，将第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将太赫兹无线信号发射到自由空间中。
在一些实施例中，预设频率的第三光信号也可以是有量子级联激光器、自由电子激光器或气体激光器等等激光器发出的。作为示例，可以采用数字信号光耦合器等光电耦合器将第二光信号与预设频率的第三光信号耦合。
拍频，指的是这两个光波频率之差。
在一些可选的实现方式中，将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，包括：将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过PD拍频处理得到太赫兹无线信号。
作为示例，可以通过光电二极管(Photo-diode，简称PD)拍频处理得到太赫兹无线信号，太赫兹无线信号的光频率即第二光信号与预设频率的第三光信号的光频率之差。
本发明一些实施例公开的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，相比OFDM调制，副载波OFDM调制技术可减小接收端ADC带宽需求并减小快速傅里叶变换(fastFourier transform，简称FFT)数以降低计算复杂度；相比副载波调制，副载波OFDM调制技术具有高频谱效率，细颗粒度、良好的抗色散性、强抗符号间干扰能力，能有效降低无线信道的多径时延扩展影响。因此，副载波OFDM调制技术结合了两者优势。在不同副载波的子载波上采用不同调制/编码方案实现了灵活调制，提高了对频率选择性衰落和窄带干扰的鲁棒性，有效减少了功率衰弱的影响，减小了ADC带宽需求，降低了运算复杂度，又大大提高了频谱效率，增强了抗色散、抗多径干扰以及频率选择性衰落能力。极大提升了光子太赫兹通信系统的通信质量，实现了大容量、高速率、低成本的太赫兹无线通信传输和多用户的灵活接入。因此在光子太赫兹传输系统中运用副载波OFDM调制技术作为一种重要解决方案，具有广阔的应用前景。
在一些可选的是实现方式中，所述将基带信号转换为正交频分复用信号，包括：根据基带信号，通过逆快速傅里叶反变换处理，得到正交频分复用信号。
在一些实施例中，将基带信号转换为正交频分复用信号，包括：根据基带信号，通过串并变换、符号映射、插入导频符号、逆快速傅里叶反变换、插入训练序列、插入循环前缀、并串变换处理后，得到正交频分复用信号。
在一些实施例中，串并变换，用于将输入串行用户数据转换为并行数据；符号映射，用于将并行数据根据不同调制格式映射成与子载波相对应的信息符号组成OFDM符号；导频插入，用于对并行序列综合考虑频谱资源利用率与系统性能选择合理数量的子载波传输导频符号；逆快速傅里叶反变换(Inverse Fast Fourier Transform，简称IFFT)，用于对并行序列根据子载波总数做快速反傅里叶变换实现将并行数据流分别调制到不同的正交子载波的过程；训练序列插入，用于在IFFT变换后的序列中插入训练序列以完成符号同步、频率估计以及信道估计；循环前缀插入，用于对序列满足循环前缀长度大于多径时延的条件下，通过循环延伸OFDM波形插入循环前缀，减弱ISI和ICI影响；并串变换，用于对并行序列转换为串行形式传输。
在一些可选的是实现方式中，太赫兹无线信号的频率为第二光信号与预设频率的第三光信号的频率之差。
作为示例，如2-2图所示，通过激光器2，产生另一路频率为f2 THz的光载波，再通过光耦合器将激光器2产生的光载波(激光器2产生的光载波即预设频率的第三光信号)和光纤上传输的光信号(即第二光信号)进行耦合。然后，再通过单行载流子光电探测器，将光耦合器输出的耦合光信号拍频产生频率为两束光频率之差的(f2-f1)THz的太赫兹信号。如2-2图所示，f1THz的光载波是激光器1产生的。
在一些可选的是实现方式中，方法，还包括：接收太赫兹无线信号，将太赫兹无线信号下变频至中频信号；根据中频信号恢复基带信号。
作为示例，可以将中频信号经过带通滤波、模数转换、数字下变频、采样时钟同步补偿、符号同步、小数倍频偏估计与补偿、去循环前缀、快速傅里叶反变换、整数倍频偏估计与补偿、信道均衡、残余频偏估计与采样时钟频偏估计、相位噪声估计与补偿和符号判决与误码统计处理，得到恢复的基带信号。
作为示例，如图2-2所示，可以通过接收端的太赫兹无线接收端接收太赫兹无线信号并将其下变频至中频信号，太赫兹无线接收端包括：喇叭天线，用于接收太赫兹无线信号；混频器，用于根据预置的本振源和倍频器将太赫兹信号下变频至中频信号。用户终端模块，用于从中频信号中恢复出至少一路用户基带信号，包括：带通滤波、模数转换、数字下变频、采样时钟同步补偿、符号同步、小数倍频偏估计与补偿、去循环前缀、FFT、整数倍频偏估计与补偿、信道均衡、残余频偏估计与采样时钟频偏估计、相位噪声估计与补偿、符号判决与误码统计。
综上，通过副载波正交频分复用技术减小了模拟数字转换器(Analog-to-digitalconverter，简称ADC)带宽需求，有效减少功率衰弱影响，能使用比特和功率加载技术。根据信道不同带宽性能灵活选择调制格式，具体有以下优点：(1)对频率选择性衰落和窄带干扰的鲁棒性强；(2)高频谱效率；(3)细颗粒度，调制灵活，在不同副载波的子载波上可采用不同调制/编码方案；(4)减小FFT数，降低计算复杂度；(5)降低无线信道的多径时延影响；(6)抗色散性好，抗符号间干扰强。
请参阅图3，图3是根据本发明提供的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯系统的一些实施例的结构示意图，作为对上述各图所示方法的实现，本发明还提供了一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯系统的一些实施例，这些装置实施例与图1所示的一些方法的实施例相对应，且该系统可以应用于各种通信设备中。
如图3所示，一些实施例的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯系统300包括用户发端模块11、中心站12、远程基站模块13：用户发端模块11，用于接收至少一路用户输入的基带信号，将基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路正交频分复用信号，将至少一路正交频分复用信号进行信号复用，得到一路副载波正交频分复用信号；中心站12，用于将副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；远程基站13，用于将第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将太赫兹无线信号发射到自由空间中。
在一些实施例的可选实现方式中，中心站12还用于将所述副载波正交频分复用信号的I、Q两路信号分别经过数模转换得到两路模拟电信号；将所述两路模拟电信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号。
在一些实施例的可选实现方式中，远程基站模块13还用于将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过PD拍频处理得到太赫兹无线信号。
在一些实施例的可选实现方式中，用户发端模块11还用于：根据基带信号，通过逆快速傅里叶反变换处理，得到正交频分复用信号。
在一些实施例的可选实现方式中，太赫兹无线信号的频率为第二光信号与预设频率的第三光信号的频率之差。
在一些实施例的可选实现方式中，系统300，还包括：太赫兹无线接收模块，用于接收太赫兹无线信号，将太赫兹无线信号下变频至中频信号；用户终端模块，用于根据中频信号恢复基带信号。
作为示例，参阅图2-1和图2-2，如图2-1所示，系统400的实现可以包括：发送端1和接收端2，
发送端1包括：四路用户，用于发送用户数据；用户发端模块11，产生4路用户数据的OFDM信号并将其复用为一路信号，在完成数模转换后发送给下述中心站12；中心站12，用于调制光信号；远程基站13，用于光子拍频太赫兹信号。
如图2-2所示，中心站12，用于将上述两路模拟电信号通过I/Q调制器调制在光载波上生成光信号并注入光纤链路中传输。
中心站12，可以包括：
激光器121，用于产生1束稳定连续的频率为193.1THz的光载波(即第一光信号)。
I/Q调制器122，用于将用户发端模块生成的两路模拟电信号调制在光载波上合为一路后注入光纤，然后发送至下述的远程基站单元13。
其中，激光器121可以产生稳定而连续的光载波(即第一光信号)，通过数模转换，根据OFDM的同相和正交技术，提供2路独立模拟信号，经放大后用于驱动I/Q调制器，这2路信号分别对应I路和Q路信号。经64QAM调制后的电信号通过I/Q调制器进行光载波的外调制，两路合为一路后产生的光信号经过掺铒光纤放大器对功率损耗进行补偿后，注入到长度为25-km的标准单模光纤(standard single mode fiber，简称SSMF)链路中进行传输，通过光衰减器(variable optical attenuator，简称VOA)来实现对光信号功率的实时控制，最后光信号传送到远程基站模块13进行处理操作。
在具体实施例中，远程基站13，可以包括：
激光器131，用于产生另一路频率为193.4THz稳定且连续的光载波(即第三光信号)。
单行载流子光电探测器132，用于PD拍频产生频率为两束光频率之差的0.3THz的太赫兹信号并经过一个喇叭天线发射到自由空间中。
其中，激光器131和已调制的光信号在基站内进行耦合，随后通过单行载流子光电探测器UTC-PD产生频率为两束光频率之差为0.3THz的太赫兹信号，将0.3THz的太赫兹信号通过放大器放大后，经过一个喇叭天线发射到自由空间，空间传播距离设定为8m。
仍以上述为例，用户发端模块11的具体结构可以如图2-3所示：
串并变换单元111，用于将4路用户端输入的串行数据比特分别转换成88道并行数据传输。
符号映射单元112，用于将4路并行数据分别映射成与子载波相对应的信息符号来组成一个64QAM的OFDM符号。
导频插入单元113，用于对4路映射后的信号，综合考虑频谱资源利用率与系统性能分别插入8个导频符号，生成96道并行数据以补偿相位损伤，例如，所设计的导频符号为3+3j恒模。
IFFT单元114，用于对4路信号分别利用剩余32个子载波填零实现1.375倍过采样后，进行128点IFFT变换实现将并行数据流分别调制到128个正交子载波，即完成OFDM调制过程。
训练序列插入单元115，综合考虑系统接收机灵敏度、频谱资源利用率以及算法实时性(训练序列越长处理所需时间越多)的需求，训练序列插入单元115用于对4路IFFT信号分别插入82个训练序列，第一个训练序列用来完成符号同步以及小数倍频偏估计，第一个与第二个训练序列共同完成整数倍频偏估计，80个训练符号用于信道均衡。
循环前缀插入单元116，用于根据最大多径时延对FFT窗口内部分波形进行复制，循环前缀长度为4个样值，插入循环前缀后4路128道并行数据变为132道并行数据。
并串变换单元117，用于对132路并行数据进行并串变换生成1路串行数据。
数字上变频单元118，用于对4路串行数据分别进行数字上变频，以生成4路变频的正交频分复用信号。
复用单元119，用于对4路数字变频的正交频分复用信号进行复用生成多副载波正交频分复用信号。
数模转换单元120，用于对数字复数信号取实部为同相信号，虚部取实数为正交信号，将两路数据分别转换成两路独立的模拟电信号并送入中心站单元12。
接收端2包括：太赫兹无线接收模块21。
在具体实施例中，太赫兹无线接收模块21可以包括：
喇叭天线211，用于接收太赫兹无线信号。
混频器212，用于根据预置的本振源和倍频器将太赫兹信号下变频至中频信号。
如图2-2所示，太赫兹无线接收端得到的太赫兹信号利用混频器和本振源LO相干探测得到中频信号。作为示例，设定倍频数N＝26,fLO＝10GHz，经过混频得到40GHz中频信号，经过放大器EA对功率损耗进行补偿后送入用户终端模块22。
用户终端模块22，如图2-4所示：
滤波器221，用于对中频信号进行带通滤波分离出所需的1路副载波正交频分复用信号。
模数转换222，用于对副载波正交频分复用信号进行模数转换生成数字信号。
数字下变频223，用于对数字信号进行数字下变频得到正交频分复用信号。
采样时钟同步补偿224，用于对正交频分复用信号进行采样时钟定时偏差的估计与补偿和采样时钟频率偏差的估计与补偿。
符号同步225，用于根据Schmidl符号同步算法求相关找最大值的方法确定FFT窗同步起始点。
小数倍频偏估计与补偿226，用于去除载波小数倍频率偏移损伤。
去循环前缀227，只取并行数据的后128行，舍弃前面四行。
FFT228，对正交频分复用信号进行FFT以实现频域信号到时域信号的变换。
整数倍频偏估计与补偿229，用于去除载波整数倍频率偏移损伤。
信道均衡230，用于通过对原始发射的训练序列与接收到的信号比较以得出信道传递函数，并对接收信号进行信道补偿。
残余频偏估计与采样时钟频偏估计231，用于利用采样时钟定时偏差和符号同步偏差在一个OFDM符号帧近似不变的特性，利用信道估计训练符号，同时完成采样钟偏差和载波残余频偏估计。估计出的采样钟定时偏差反馈到前述采样时钟同步补偿224中进行补偿，载波残余频偏值反馈到小数倍频偏估计与补偿226中进行补偿。
相位噪声估计与补偿232，用于通过在每一个OFDM符号中预留一定数目的子载波完成传输导频。在接收端经过FFT之后比较对应子载波上的信号和原始信号，找出其在相位上的变化并平均，得到频域估计方法中的相位噪声，并对接收信号进行相位噪声补偿。
符号判决与误码统计233，用于对前述处理后数据进行符号判决，恢复出原始信号并对比原信号统计误码情况。
可以理解的是，该系统300中记载的各模块与参考图1描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作、特征以及产生的有益效果同样适用于系统300及其中包含的模块、单元，在此不再赘述。
对于双工通信，通信设备可同时包括发射机和接收机，单工通信通信设备只具有其一。
图4示例了一种通信设备的实体结构示意图，如图4所示，该通信设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(CommunicationsInterface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，该方法包括：接收至少一路用户输入的基带信号，将基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路正交频分复用信号；将至少一路正交频分复用信号进行信号复用后得到一路副载波正交频分复用信号；将副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；将第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将太赫兹无线信号发射到自由空间中。
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，上述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，当上述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，该方法包括：接收至少一路用户输入的基带信号，将基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路正交频分复用信号；将至少一路正交频分复用信号进行信号复用后得到一路副载波正交频分复用信号；将副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；将第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将太赫兹无线信号发射到自由空间中。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，该方法包括：接收至少一路用户输入的基带信号，将基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路正交频分复用信号；将至少一路正交频分复用信号进行信号复用后得到一路副载波正交频分复用信号；将副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；将第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将太赫兹无线信号发射到自由空间中。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分上述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，其特征在于，包括：
接收至少一路用户输入的基带信号，将所述基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路所述正交频分复用信号；
将所述至少一路正交频分复用信号进行信号复用，得到一路副载波正交频分复用信号；
将所述副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；
将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将所述太赫兹无线信号发射到自由空间中。
2.根据权利要求1所述的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，其特征在于，所述将所述副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号，包括：
将所述副载波正交频分复用信号的I、Q两路信号分别经过数模转换得到两路模拟电信号；
将所述两路模拟电信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号。
3.根据权利要求1所述的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，其特征在于，所述将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，包括：
将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过PD拍频处理得到太赫兹无线信号。
4.根据权利要求1所述的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，其特征在于，所述将所述基带信号转换为正交频分复用信号，包括：
根据所述基带信号，通过逆快速傅里叶反变换处理，得到所述正交频分复用信号。
5.根据权利要求1所述的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，其特征在于，所述太赫兹无线信号的频率为所述第二光信号与预设频率的第三光信号的频率之差。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法，其特征在于，所述方法，还包括：
接收所述太赫兹无线信号，将所述太赫兹无线信号下变频至中频信号；
根据所述中频信号恢复所述基带信号。
7.一种基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯系统，其特征在于，包括：
用户发端模块，用于接收至少一路用户输入的基带信号，将所述基带信号转换为正交频分复用信号，得到至少一路所述正交频分复用信号，将所述至少一路正交频分复用信号进行信号复用，得到一路副载波正交频分复用信号；
中心站，用于将所述副载波正交频分复用信号通过I/Q调制器调制在预设频率的第一光信号上，得到第二光信号；
远程基站，用于将所述第二光信号与预设频率的第三光信号耦合后，通过拍频处理得到太赫兹无线信号，并将所述太赫兹无线信号发射到自由空间中。
8.一种通信设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述基于副载波OFDM的光子太赫兹无线通讯方法的步骤。
CN202111640707.5A 2021-12-29 2021-12-29 一种基于副载波ofdm的光子太赫兹无线通讯方法及系统 Active CN114422038B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111640707.5A CN114422038B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 一种基于副载波ofdm的光子太赫兹无线通讯方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111640707.5A CN114422038B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 一种基于副载波ofdm的光子太赫兹无线通讯方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114422038A true CN114422038A (zh) 2022-04-29
CN114422038B CN114422038B (zh) 2024-04-05

Family

ID=81269753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111640707.5A Active CN114422038B (zh) 2021-12-29 2021-12-29 一种基于副载波ofdm的光子太赫兹无线通讯方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114422038B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115396031A (zh) * 2022-07-29 2022-11-25 西安空间无线电技术研究所 一种基于光频梳的超高速空间光通信联合载波恢复方法
CN116388872B (zh) * 2023-05-26 2023-08-04 北京融为科技有限公司 卫星激光通信信号频偏估计方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101518008A (zh) * 2006-08-16 2009-08-26 贺利实公司 用于使用基于符号的随机化正交频分多路复用（ofdm）传送数据的系统和方法
CN101692627A (zh) * 2009-10-15 2010-04-07 复旦大学 基于双级单边带调制产生光纤载太赫兹信号的系统
CN102340477A (zh) * 2011-09-05 2012-02-01 北京邮电大学 基于光正交频分复用的100Gbit/s光信号发射系统和方法
JP2018121107A (ja) * 2017-01-23 2018-08-02 学校法人立命館 直交周波数分割多重信号分離システム
CN110995404A (zh) * 2019-11-21 2020-04-10 复旦大学 一种基于混沌加密的太赫兹保密通信系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101518008A (zh) * 2006-08-16 2009-08-26 贺利实公司 用于使用基于符号的随机化正交频分多路复用（ofdm）传送数据的系统和方法
CN101692627A (zh) * 2009-10-15 2010-04-07 复旦大学 基于双级单边带调制产生光纤载太赫兹信号的系统
CN102340477A (zh) * 2011-09-05 2012-02-01 北京邮电大学 基于光正交频分复用的100Gbit/s光信号发射系统和方法
JP2018121107A (ja) * 2017-01-23 2018-08-02 学校法人立命館 直交周波数分割多重信号分離システム
CN110995404A (zh) * 2019-11-21 2020-04-10 复旦大学 一种基于混沌加密的太赫兹保密通信系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEIDONG TONG, ETAL.: "Photonics-aided 0.3-THz Wireless Transmission Using DSCM-OFDM Modulation and Heterodyne Detection", 《2022 20TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON OPTICAL COMMUNICATIONS AND NETWORKS (ICOCN)》, pages 1 - 3 *
田宇兴等: "RoF技术在光纤宽带接入中的应用", 《光通信研究》, no. 06, 10 December 2016 (2016-12-10), pages 56 - 58 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115396031A (zh) * 2022-07-29 2022-11-25 西安空间无线电技术研究所 一种基于光频梳的超高速空间光通信联合载波恢复方法
CN115396031B (zh) * 2022-07-29 2024-05-31 西安空间无线电技术研究所 一种基于光频梳的超高速空间光通信联合载波恢复方法
CN116388872B (zh) * 2023-05-26 2023-08-04 北京融为科技有限公司 卫星激光通信信号频偏估计方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114422038B (zh) 2024-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shieh OFDM for flexible high-speed optical networks
US8798471B2 (en) Method for processing data in an optical network element and optical network element
Browning et al. 5G wireless and wired convergence in a passive optical network using UF-OFDM and GFDM
EP2445153A1 (en) Method, device and wave-division multiplexing system for generating and receiving optical orthogonal frequency division multiplexing signal
US20090067833A1 (en) Method and arrangement for transmitting an optical ofdm-signal
US8559829B2 (en) Flexible multi-band multi-traffic optical OFDM network
KR20120068337A (ko) 코히어런트 광 ｏｆｄｍ 송수신 방법 및 장치
CN102891824B (zh) 高速光dft-s ofdm调制系统中基于射频导频的噪声扩散抑制方法
JP7387632B2 (ja) 疑似周波数分割多重化
CN114422038B (zh) 一种基于副载波ofdm的光子太赫兹无线通讯方法及系统
Deng et al. Twin-SSB-OFDM transmission over heterodyne W-band fiber-wireless system with real-time implementable blind carrier recovery
Yang et al. Optical OFDM basics
EP3232626B1 (fr) Émetteur pour système fbmc à codage spatio-temporel de type alamouti par blocs
CN106161329A (zh) 信号处理装置、信号发送装置以及接收机
Jin et al. Experimental demonstrations of hybrid OFDM-digital filter multiple access PONs
Nagapushpa et al. Studying applicability feasibility of OFDM in upcoming 5G network
Qiu et al. OFDM-PON optical fiber access technologies
Sankoh et al. Hybrid OFDM-digital filter multiple access PONs utilizing spectrally overlapped digital orthogonal filtering
CN108965188B (zh) 使用dft扩频技术降低光毫米波段ofdm信号papr的方法及系统
WO2018014969A1 (en) Papr reduction through tone reservation for ofdm
Zhong et al. Experimental demonstrations of matching filter-free digital filter multiplexed SSB OFDM IMDD transmission systems
Moreolo et al. Software-defined optical OFDM transmission systems: Enabling elasticity in the data plane
Kartiwa et al. 20 Gb/s WDM-OFDM-PON over 20-km single fiber uplink transmission using optical millimeter-wave signal seeding with rate adaptive bit-power loading
Bai et al. Performance analysis of multicarrier modulation waveforms for terahertz wireless communication
Raj et al. Analysis of OFDM scheme for RoF system and characterization with GPON architecture

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: No. 9 Mozhou East Road, Nanjing City, Jiangsu Province, 211111

Patentee after: Zijinshan Laboratory

Country or region after: China

Address before: No. 9 Mozhou East Road, Jiangning Economic Development Zone, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province

Patentee before: Purple Mountain Laboratories

Country or region before: China

CP03 Change of name, title or address