一种太赫兹高速通信发射机构架及超宽带信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种太赫兹高速通信发射机构架及超宽带信号处理方法，所述架构包括基带部分和射频部分，其中基带部分包括算法级全并行的数字调制架构、DAC和低通滤波器，射频部分包括正交谐波混频器；该超宽带信号处理方法基于本发明专利技术的太赫兹高速通信发射机构架进行。本发明专利技术的太赫兹高速通信发射机构架突破了FPGA器件的速率限制，在较低的器件时钟频率下，以较少的硬件资源极大的提高了信号处理速率，解决在高传输容量下的算法硬件实现问题，降低了DAC的采样率要求，同时相对传统二次变频结构，本发明专利技术只需要一次变频就可将信号变频到太赫兹频段，降低了多次变频的损耗，提升了射频信号传输质量。号传输质量。号传输质量。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹高速通信发射机构架及超宽带信号处理方法


[0001]本专利技术属于无线通信领域，尤其涉及一种太赫兹高速通信发射机构架及超宽带信号处理方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，随时随地的高速无线传输已成为人们的迫切的需求，我国的5G技术已正在紧锣密鼓的实施，6G技术也拉开序幕。目前5G技术的峰值通信速率已逼近10Gbps，工作频段为毫米波频段，而6G技术则瞄准的是10～100Gbps量级开展，因此太赫兹频段将成为6G技术的最佳备用频段之一。
[0003]目前在实现太赫兹频段的高速无线通信方法中较为普遍的有开关键控(OOK)类模拟低阶调制实现方法和正交幅度(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)类数字调制实现方法，这两种方法均受器件等各方面因素的影响，多是对QPSK、16QAM等低阶数字进行调制，且频谱利用率低。在QAM类调制中，通信发射机的架构通常是在数字域将IQ信号变成中频信号，再经过数模转换器(DAC)后送入模拟混频器中，将信号调制到目标频率后经过天线发射出去，虽然这种架构在目前已经得到广泛的应用，但是当通信速率要求较高时，特别是10Gbps以上的传输时，这种架构因无法找到满足要求的DAC而不再适用。
[0004]因此，为了进一步提高传输速率，亟需一种实现高速通信发射机架构，且利用该架构可进行超宽带信号处理。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种太赫兹高速通信发射机构架及超宽带信号处理方法，该架构的基带部分采用算法级全并行的数字调制架构，适用于FPGA流水线实现，该数字调制架构突破了FPGA器件的速率限制，在较低的器件时钟频率下，以较少的硬件资源极大的提高了解调速率，解决在高传输容量下的算法硬件实现问题；射频部分使用正交谐波混频器将基带 IQ信号一次变频到太赫兹频段，降低了DAC的采样率要求，同时相对传统二次变频结构，降低了变频损耗，提升了射频信号传输质量。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种太赫兹高速通信发射机构架，所述架构包括基带部分和射频部分；
[0007]所述基带部分包括数字调制架构、两个DAC和两个低通滤波器，所述两个DAC连接在数字调制架构后，两个低通滤波器分别一一连接在两个DAC上；
[0008]所述数字调制架构为算法级全并行架构；
[0009]所述射频部分包括正交谐波混频器，正交谐波混频器连接两个低通滤波器，所述射频部分还包括本振单元，带通滤波器、功率放大器和发射天线，所述本振单元和带通滤波器均与正交谐波混频器连接，所述功率放大器连接在带通滤波器上，所述发射天线与功率放大器连接。
[0010]优选的，所述数字调制架构包括：按信号处理的顺序依次连接的串并信号转换单
元、映射单元、成型滤波器、损伤预校正模块和速率适配单元；
[0011]所述数字调制架构还包括时钟管理模块，时钟管理模块包括两个不同时钟速率的输出端，其中一个输出端为串并信号转换单元、映射单元、成型滤波器和损伤预校正模块提供工作时钟，另一个输出端连接速率适配单元，为速率适配单元提供工作时钟。
[0012]优选的，所述串并信号转换模块包括：按信号处理的顺序依次连接的串并转换单元、映射单元和成形滤波器。
[0013]优选的，所述损伤预校正模块包括：按信号处理的顺序依次连接的数字预失真矫正单元、 IQ不平衡预校正单元和IQ延时预校正单元。
[0014]优选的，所述成形滤波器为基于快速FIR滤波器的根升余弦滤波器。
[0015]优选的，所述速率适配单元采用分数倍内插滤波器。
[0016]优选的，所述正交谐波混频器包括两个混频器和一个耦合器，所述两个混频器输入端分别一一连接两个低通滤波器，输出端并列连接在耦合器上。
[0017]优选的，所述DAC的采样率Fp≥(Rb/M)*K(1+α)/2，其中Rb输入的比特流码率，M 为调制阶数，K为成型滤波器的倍升，α为成形滤波器的滚降系数。
[0018]优选的，所述太赫兹高速通信发射机构架能够实现太赫兹频段20Gbps以上数据的实时传输。
[0019]一种超宽带信号处理方法，所述方法基于上述的太赫兹高速通信发射机构架进行，所述方法包括：
[0020]S1：将待传输串行比特流经串并转换、映射和成形滤波三步转换后，转化为可以通过电磁波传输的并行IQ调制信号；
[0021]S2：对并行IQ调制信号进行损伤预校正；
[0022]S3：利用速率适配单元将矫正后的并行IQ调制信号转化为与DAC驱动位数、并行路数和运行速率匹配的并行信号，并将该并行信号输入两个DAC中进行数模转换；
[0023]S4：两个DAC输出的I、Q信号经过模拟低通滤波器滤波后进行正交调制，将IQ基带信号一次变频到太赫兹频段，之后该太赫兹信号经过带通滤波器滤除谐波、功率放大器放大之后，通过天线发射出去。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的太赫兹高速通信发射机构架及超宽带信号处理方法中，太赫兹高速通信发射机构架的基带部分采用了算法级全并行的数字调制架构，该数字调制架构通过增加信号并行度降低了器件的运行速率，从而突破了FPGA器件的速率限制，在较低的器件时钟频率下，以较少的硬件资源极大的提高了信号处理速率，解决在高传输容量下的算法硬件的实现问题，而且本专利技术在基带部分增加了预校正模块，预校正模块能够支持更高阶的调制模式，提升了通信系统的频谱利用率；太赫兹高速通信发射机构架的射频部分使用正交谐波混频器将基带IQ信号一次变频到太赫兹频段，降低了DAC的采样率要求，同时相对传统二次变频结构，一次变频降低了变频损耗，提升了射频信号传输质量。本专利技术公开的太赫兹高速通信发射机构架可以实现太赫兹频段20Gbps以上数据的实时、高质量传输。
[0025]本专利技术公开的信号处理方法利用本专利技术的太赫兹高速通信发射机构架，可实现超宽带信号的处理。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中太赫兹高速通信发射机构架结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例中数字调制架构的结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例中正交谐波混频器工作过程示意图；
[0029]图中：1.基带部分2.射频部分11.数字调制架构101.串并转换单元102.映射单元103.成形滤波器104.数字预失真矫正单元105.IQ不平衡预校正单元106.IQ延时预校正单元107.速率适配单元108.DAC109.低通滤波器110.时钟管理模块201.本振单元202.正交谐波混频器203.带通滤波器204.功率放大器205.发射天线2011.本振2012.N倍频器2013.功放2021.混频器2022.耦合器。
具体实施方式
[0030]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本专利技术的原理，应被理解为本专利技术的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本专利技术公开的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹高速通信发射机构架，其特征在于，所述架构包括基带部分和射频部分；所述基带部分包括数字调制架构、两个DAC和两个低通滤波器，所述两个DAC连接在数字调制架构后，两个低通滤波器分别一一连接在两个DAC上；所述数字调制架构为算法级全并行架构；所述射频部分包括正交谐波混频器，正交谐波混频器连接两个低通滤波器，所述射频部分还包括本振单元，带通滤波器、功率放大器和发射天线，所述本振单元和带通滤波器均与正交谐波混频器连接，所述功率放大器连接在带通滤波器上，所述发射天线与功率放大器连接。2.根据权利要求1所述的太赫兹高速通信发射机构架，其特征在于，所述数字调制架构包括：按信号处理的顺序依次连接的串并信号转换单元、映射单元、成型滤波器、损伤预校正模块和速率适配单元；所述数字调制架构还包括时钟管理模块，时钟管理模块包括两个不同时钟速率的输出端，其中一个输出端为串并信号转换单元、映射单元、成型滤波器和损伤预校正模块提供工作时钟，另一个输出端连接速率适配单元，为速率适配单元提供工作时钟。3.根据权利要求2所述的太赫兹高速通信发射机构架，其特征在于，所述损伤预校正模块包括：按信号处理的顺序依次连接的数字预失真矫正单元、IQ不平衡预校正单元和IQ延时预校正单元。4.根据权利要求2所述的太赫兹高速通信发射机构架，其特征在于，所述数字预失真矫正单元的矫正模型为：Y＝X+C
·
X|X|2，其中Y为经数字预失真矫正单元预矫正后的信号，X为矫正前的信号，C为表征非线性特性的预校正系数，为复数；所述IQ不平衡预校正单元的矫正模型为：其中X
I
(n)和X
Q
(n)分别为未矫正的I、Q两路信号，Y
I
(n)和Y
Q
(n)分别为经过IQ不平衡预校正单元校正后的I、Q两路信号，n为时间索引，θ为相位不平衡，α为幅度不平衡，dci和dcq分别为I、Q两路的直流偏置；所述IQ延时预校正单元的预矫正模型为其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，吴秋宇，王颖，刘戈，林长星，邓贤进，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：