CN107819490A - 一种脉冲超宽带太赫兹收发构架 - Google Patents

一种脉冲超宽带太赫兹收发构架 Download PDF

Info

Publication number
CN107819490A
CN107819490A CN201710825096.9A CN201710825096A CN107819490A CN 107819490 A CN107819490 A CN 107819490A CN 201710825096 A CN201710825096 A CN 201710825096A CN 107819490 A CN107819490 A CN 107819490A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terahertz
signal
pulse
continuous wave
framework
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.)
Pending
Application number
CN201710825096.9A
Other languages
English (en)
Inventor
傅海鹏
李世元
邢子哲
马建国
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.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
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 Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710825096.9A priority Critical patent/CN107819490A/zh
Publication of CN107819490A publication Critical patent/CN107819490A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
    • H04B1/7176—Data mapping, e.g. modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
    • H04B1/71635—Transmitter aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
    • H04B1/71637—Receiver aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B1/7163—Spread spectrum techniques using impulse radio
    • H04B1/719—Interference-related aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种脉冲超宽带太赫兹收发构架，包括发射机结构和接收机结构，发射机结构包括依次连接的脉冲发生器、脉冲形成器、多路复用器、功率放大器和太赫兹发射天线，脉冲形成器和多路复用器均与连续波源相连接；接收机结构包括依次连接的太赫兹接收天线、低噪声放大器、混频器和多路分离器，多路分离器输出端连接有4‑PAM解调模块，混频器与本振发生器相连接。本发明采用4‑PAM的调制方式，是一种可支持QAM、PAM、脉冲和连续波多种波形调制的高速通信传输系统，扩展了应用场景和应用前景。

Description

一种脉冲超宽带太赫兹收发构架
技术领域
本发明涉及微波工程领域，具体涉及脉冲UWB+太赫兹高速高能效通信传输技术，尤其是涉及一种脉冲超宽带太赫兹收发构架。
背景技术
空间骨干传输网需要传输大量的数据、图像甚至是视频信息的传输。这对星载太赫兹通信的传输速率也提出了越来越高的要求。在实现高传输速率的要求时，我们必须要综合考虑系统容量、带宽、频谱利用率、实现复杂度以及功耗等问题。根据现有的通信传输系统，为实现高复杂度调制，同时达到较高的数据传输速率，需要使用高精度ADC。然而，ADC本身的采样率和精度都需要消耗较多的功耗。为降低通信传输系统的功耗，就需要避免使用高精度ADC。
脉冲超宽带信号凭借其脉冲宽度窄、带宽较宽的特性，大大减小了通信系统调制解调的复杂度，且具有抗干扰能力强等优点。2009年，Vishal V.Kulkarni等人提出了一种可产生4GHz带宽的超宽带脉冲信号发射机，其功耗为12pJ/b[1]。同年，Jikyung Jeong等人提出了一种4-PAM的脉冲收发机架构，该架构可将脉冲载波的幅度调制为4种不同的状态，其数据传输速率为3.2Gb/s[2]。2011年，Sungmin Yoo等人采用新的编码与解码方式，设计了一种10Gb/s数据传输速率的脉冲收发机[3]。传统的脉冲UWB发射机利用脉冲发生器将数字基带信号直接调制在射频。由于没有本地载波准确控制射频信号的中心频率，输出脉冲的频谱易受工艺偏差的影响。
【参考文献】
[1]Kulkarni,V.V.et al.“A 750Mb/s,12pJ/b,6-10GHz CMOS IR-UWBTransmitter with Embedded On-Chip Antenna”.IEEE Journal of Solid-StateCircuits,volume 44,issue 2.Feb.2009.
[2]Jeong,J.et al.“A CMOS 3.2Gb/s 4-PAM Serial Link Transceiver”.SoCDesign Conference(ISCCC),Nov.2009.
[3]Yoo,S.et al.“A 10Gb/s 4-PAM Transceiver with Adaptive Pre-Emphasis”.Integrated Circuits(ISIC),Dec.2011.
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，创新性地将脉冲UWB信号与太赫兹前端结合，提供了一种脉冲超宽带太赫兹收发构架，采用4-PAM的调制方式，是一种可支持QAM、PAM、脉冲和连续波多种波形调制的高速通信传输系统，扩展了应用场景和应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种脉冲超宽带太赫兹收发构架，包括发射机结构和接收机结构，所述发射机结构包括依次连接的脉冲发生器、脉冲形成器、多路复用器、功率放大器和太赫兹发射天线，所述脉冲形成器和多路复用器均与连续波源相连接；所述接收机结构包括依次连接的太赫兹接收天线、低噪声放大器、混频器和多路分离器，所述多路分离器输出端连接有4-PAM解调模块，所述混频器与本振发生器相连接。
所述多路复用器用于切换UWB模式和FMCW模式，所述UWB模式产生基于太赫兹载波的超宽带信号，所述FMCW模式产生连续波太赫兹信号。
在UWB模式下，4-PAM基带信号被传入脉冲发生器，以产生四种不同幅度的脉冲信号，脉冲信号与连续波源产生的太赫兹信号在脉冲形成器中进行混频，上变频为脉冲射频信号，经功率放大器放大，由太赫兹发射天线发射给接收机结构后，经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，进行下变频，最后经4-PAM解调为基带信号，完成通信传输。
在FMCW模式下，连续波源产生的太赫兹信号直接经功率放大器放大后，由太赫兹发射天线发射给接收机结构，接收机结构接收的连续波太赫兹信号经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，下变频为基带信号，完成通信传输。
所述功率放大器和低噪声放大器的带宽均大于脉冲射频信号的带宽，所述脉冲射频信号由脉冲发生器产生的脉冲信号和连续波源产生的太赫兹信号混频后得到。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明将超宽带UWB脉冲技术与太赫兹前端结合，避免了高精度ADC的使用，实现了连续波太赫兹信号与基于太赫兹载波的超宽带信号的双模式通信传输。4-PAM调制降低了系统对信道带宽和符号传输速率的要求，并减小了符号间干扰。在支持PAM/QAM复杂调制及脉冲/连续波多种波形调制的同时，此发明降低了传输系统的功耗，使系统复杂度变小，满足了通信传输系统对于高能效与高数据传输速率的迫切需求。
本发明创新性地提出将脉冲超宽带与太赫兹前端结合的电路结构，采用4-PAM的调制方式，发射机通过上混频将脉冲信号搬移到本地载波频率。所以本发明达到了两者的优势的结合，用于实现高能效高速的通信传输。
附图说明
图1是本发明脉冲超宽带太赫兹收发构架框图；
(a)为发射机结构；
(b)为接收机结构；
图2是本发明中发射机结构的波形示意图；
图3是120GHz发射机的脉冲射频信号频谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明中发送端将4-PAM基带信号传入脉冲发生器，生成四种不同幅度的脉冲信号，之后太赫兹载波信号将脉冲UWB基带信号上变频为脉冲射频信号，在接收端再由本振信号将射频信号下变频到基带信号。此构架可提供双模式的通信传输，脉冲形成电路既可产生太赫兹频段下的脉冲波形，亦可产生太赫兹连续波，以支持脉冲和连续波两种调制方式。同时脉冲UWB信号的输出频谱可以通过本振信号实现高精度控制。其中，脉冲调制由于在接收端无需高采样率、高精度ADC，能够进一步降低接收机的解调能效。
如图1所示，本发明脉冲超宽带太赫兹收发构架，包括发射机结构和接收机结构，所述发射机结构包括依次连接的脉冲发生器、脉冲形成器、多路复用器、功率放大器和太赫兹发射天线，所述脉冲形成器和多路复用器均与连续波源相连接。所述接收机结构包括依次连接的太赫兹接收天线、低噪声放大器、混频器和多路分离器，所述多路分离器输出端连接有4-PAM解调模块，所述混频器与本振发生器相连接。
所述多路复用器用于切换UWB模式和FMCW模式，所述UWB模式产生基于太赫兹载波的超宽带信号，所述FMCW模式产生连续波太赫兹信号。发射机结构中信号的波形如图2所示，这种结构能很好地控制射频频谱，并支持QAM、PAM等多种波形调制。
在UWB模式下，4-PAM基带信号被传入脉冲发生器，以产生四种不同幅度的脉冲信号，脉冲信号与连续波源产生的太赫兹信号在脉冲形成器中进行混频，上变频为脉冲射频信号，经功率放大器放大，由太赫兹发射天线发射给接收机结构后，经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，进行下变频，最后经4-PAM解调为基带信号，完成通信传输。
在FMCW模式下，连续波源产生的太赫兹信号直接经功率放大器放大后，由太赫兹发射天线发射给接收机结构，接收机结构接收的连续波太赫兹信号经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，直接下变频为基带信号，完成通信传输。
4-PAM基带信号通过改变生成脉冲的幅度大小，实现在一个符号传输时间内传2bit的数据，从而可以将系统要求的符号传输速率降低2倍，保证了高速的信息传输。此外，4-PAM还降低了对相同速率下所要求的信道带宽，减小了符号间干扰和信号的串扰。
此通信构架基于120GHz的太赫兹载波，由脉冲发生器产生的脉冲信号和连续波源产生的太赫兹信号混频得到的脉冲射频信号的频谱图如图3所示。对于脉冲UWB信号，其时域上的脉冲宽度τ与对应的频域带宽B满足另一方面，脉冲宽度也对收发机电路中元器件的指标提出了要求。在信号的发射和接收过程中，为了使传输信息不会缺失，发射路径与接收路径中的功率放大器和低噪声放大器等信号处理模块的带宽均应大于脉冲射频信号的带宽。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种脉冲超宽带太赫兹收发构架，包括发射机结构和接收机结构，其特征在于，所述发射机结构包括依次连接的脉冲发生器、脉冲形成器、多路复用器、功率放大器和太赫兹发射天线，所述脉冲形成器和多路复用器均与连续波源相连接；所述接收机结构包括依次连接的太赫兹接收天线、低噪声放大器、混频器和多路分离器，所述多路分离器输出端连接有4-PAM解调模块，所述混频器与本振发生器相连接。
2.根据权利要求1所述的脉冲超宽带太赫兹收发构架，其特征在于，所述多路复用器用于切换UWB模式和FMCW模式，所述UWB模式产生基于太赫兹载波的超宽带信号，所述FMCW模式产生连续波太赫兹信号。
3.根据权利要求2所述的脉冲超宽带太赫兹收发构架，其特征在于，在UWB模式下，4-PAM基带信号被传入脉冲发生器，以产生四种不同幅度的脉冲信号，脉冲信号与连续波源产生的太赫兹信号在脉冲形成器中进行混频，上变频为脉冲射频信号，经功率放大器放大，由太赫兹发射天线发射给接收机结构后，经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，进行下变频，最后经4-PAM解调为基带信号，完成通信传输。
4.根据权利要求2所述的脉冲超宽带太赫兹收发构架，其特征在于，在FMCW模式下，连续波源产生的太赫兹信号直接经功率放大器放大后，由太赫兹发射天线发射给接收机结构，接收机结构接收的连续波太赫兹信号经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，下变频为基带信号，完成通信传输。
5.根据权利要求1所述的脉冲超宽带太赫兹收发构架，其特征在于，所述功率放大器和低噪声放大器的带宽均大于脉冲射频信号的带宽，所述脉冲射频信号由脉冲发生器产生的脉冲信号和连续波源产生的太赫兹信号混频后得到。
CN201710825096.9A 2017-09-14 2017-09-14 一种脉冲超宽带太赫兹收发构架 Pending CN107819490A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710825096.9A CN107819490A (zh) 2017-09-14 2017-09-14 一种脉冲超宽带太赫兹收发构架

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710825096.9A CN107819490A (zh) 2017-09-14 2017-09-14 一种脉冲超宽带太赫兹收发构架

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107819490A true CN107819490A (zh) 2018-03-20

Family

ID=61607184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710825096.9A Pending CN107819490A (zh) 2017-09-14 2017-09-14 一种脉冲超宽带太赫兹收发构架

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107819490A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109725305A (zh) * 2019-01-02 2019-05-07 公安部第一研究所 一种低功耗高性能的超宽带雷达系统
CN110336604A (zh) * 2019-04-23 2019-10-15 电子科技大学 通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测系统
CN110995290A (zh) * 2018-09-29 2020-04-10 天津大学青岛海洋技术研究院 一种支持uwb和fmcw双模的宽带射频收发机架构
CN112436858A (zh) * 2020-11-11 2021-03-02 博微太赫兹信息科技有限公司 一种可工作在连续波和脉冲模式的毫米波太赫兹收发链路
CN113411138A (zh) * 2021-06-07 2021-09-17 苏州特拉芯光电技术有限公司 一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101547177A (zh) * 2009-04-14 2009-09-30 中国科学技术大学 平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机及方法
CN101588639A (zh) * 2009-06-30 2009-11-25 东南大学 第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统
CN102916727A (zh) * 2012-09-20 2013-02-06 上海集成电路研发中心有限公司 一种超宽带短脉冲数据传输编解码方法及编解码模块
CN103901404A (zh) * 2014-03-14 2014-07-02 中国工程物理研究院电子工程研究所 适用于太赫兹雷达和通信系统的mmaop架构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101547177A (zh) * 2009-04-14 2009-09-30 中国科学技术大学 平衡结构的超宽带二相相移键控窄脉冲发射机及方法
CN101588639A (zh) * 2009-06-30 2009-11-25 东南大学 第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统
CN102916727A (zh) * 2012-09-20 2013-02-06 上海集成电路研发中心有限公司 一种超宽带短脉冲数据传输编解码方法及编解码模块
CN103901404A (zh) * 2014-03-14 2014-07-02 中国工程物理研究院电子工程研究所 适用于太赫兹雷达和通信系统的mmaop架构

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110995290A (zh) * 2018-09-29 2020-04-10 天津大学青岛海洋技术研究院 一种支持uwb和fmcw双模的宽带射频收发机架构
CN109725305A (zh) * 2019-01-02 2019-05-07 公安部第一研究所 一种低功耗高性能的超宽带雷达系统
CN110336604A (zh) * 2019-04-23 2019-10-15 电子科技大学 通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测系统
CN110336604B (zh) * 2019-04-23 2020-12-22 电子科技大学 通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测系统
CN112436858A (zh) * 2020-11-11 2021-03-02 博微太赫兹信息科技有限公司 一种可工作在连续波和脉冲模式的毫米波太赫兹收发链路
CN113411138A (zh) * 2021-06-07 2021-09-17 苏州特拉芯光电技术有限公司 一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107819490A (zh) 一种脉冲超宽带太赫兹收发构架
CN101944924B (zh) 用于下一代无线通信网络的宽带mimo射频收发系统
CN101741803B (zh) 多频段频谱聚合无线收发装置
CN107819489A (zh) 一种超宽带高带宽射频收发双向一体化集成模块
CN209218087U (zh) 一种射频拓扑系统及通信装置
CN100362752C (zh) 低复杂度超宽带射频前端的实现方法及装置
CN102104390A (zh) 用于6至9GHz的双载波正交频分复用超宽带收发机
CN102752010B (zh) 一种用于通信基站的收发模块
CN103986488A (zh) 一种高性能lte信道模拟器宽带射频接收机
CN101588639B (zh) 第四代移动通信与脉冲无线电超宽带集成的可重构系统
CN104092526A (zh) Tdd模式mimo无线通信系统的多载波通信方法及装置
CN108649967A (zh) 一种基于零中频芯片的宽带多服务收发机系统
US20200137684A1 (en) Multiplexed signal processing system for Bluetooth and WLAN transceiver
CN110380747B (zh) 单芯片实现多通道抗干扰超高速无线通信的方法及系统
CN103944631A (zh) 一种基于sip技术的微型星载x波段数传发射装置
CN102137513B (zh) Gsm/edge/td-scdma收发机和接收机
CN103428137B (zh) 一种无线高速短距离通信芯片
CN204177972U (zh) 北斗卫星导航双模手持射频组件
CN104639474A (zh) 一种用于毫米波通信系统的超宽带模拟基带处理单元
CN107017912A (zh) 一种多标准全双工二次变频式收发机
CN101001121A (zh) 一种结构简单的光纤无线通信毫米波解调方法和系统
CN107682132A (zh) 基于脉冲uwb太赫兹前端的频分复用并行化通信架构
CN108282165A (zh) 一种无线通信系统架构
CN204145474U (zh) 一种数字中频接收系统
CN103414490A (zh) 一种载波频率和信号带宽可重构的无线通信设备

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180320