通信架构调研

毫米波

自由空间光通信系统（FSO）

优点：带宽大、免授权频谱、功耗低

缺点：

  • 对于卫星-地面通信链路，云、雾、雨、霾等不可预测的环境条件严重影响 FSO 通信系统的性能
  • 对于卫星间通信链路，FSO 通信系统存在光束跟踪困难和背景噪声大的限制
  • 对于室内无线光通信,使用光波并不是一个合适的选择，因为数据速率受限于非相干接收器的灵敏度差、漫反射损耗高以及由于人眼安全限制而导致的功率预算有限

太赫兹通信

与无线光通信相比，太赫兹通信系统对室外无线通信中的大气影响不敏感。至于室内无线通信，太赫兹频段比光频段更容易跟踪光束，这将极大地影响无线通信系统的移动性;能够利用反射路径来增强室内应用中的链路增益

关键技术

硬件组件和软件方法，例如太赫兹固态超外差接收机、太赫兹调制器、太赫兹信道模型、太赫兹信道估计、太赫兹波束形成和太赫兹波束跟踪

太赫兹固态超外差接收机：

外差接收系统的核心电路通常包括频率转换、信号产生和放大等电路，但在THz频段，由于III-V族化合物半导体晶体管技术不成熟，固态放大器相对缺乏。放大器主要分为功率放大器和低噪声放大器（LNA）。功率放大器作为发射机的最后一级，直接与天线相连，功率放大器影响发射机的输出功率，直接决定系统的作用距离；而LNA一般作为接收机的第一级，影响接收机的灵敏度和噪声性能。

基于肖特基势垒二极管的混频器和倍频器的发展历程, 实质上就是一部肖特基势垒二极管的发展史

点触式二极管 -> 分离式平面二极管 ->集成平面二极管

全固态太赫兹系统

为传输2008年北京奥运会的全高清广播信号，日本电报电话公社（NTT）开发了固态THz无线通信系统。NTT开发的固态系统最大通信距离为3~4km，其电子系统最大通信距离为2km。2009年，系统中的所有光激励器件均替换为InPHEMTMMIC，该系统最大数据传输速率高达11。1Gbps，实现800m以上的10Gbps信号无差错传输。2010年，NTT实验室对THz通信系统再次改进。下图为新型双向通信系统结构图，系统实现了10Gbps的双向数据传输速率和20Gbps的单向数据传输速率。


2013年，卡尔斯鲁厄理工学院德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）利用高电子迁移率晶体管组成的集成硬件电路实现了0.24THz全固态无线通信系统。该系统体积小、数据传输速率高，最高速率可达40Gbps，传输距离可达1000m。
2016年，电子科技大学开发了0.22THz全固态无线通信系统实验系统，如图所示。该THz通信系统可在室外环境下实现200m通信距离上3.52Gbps的实时3D高清视频信号传输。经过长期持续论证，该固态无线通信系统性能稳定、可靠、流畅，在3.52Gbps的数据传输速率下，误码率（BER）为1.92×10 ^-6。