宽带太赫兹大规模MIMO系统中的混合预编码

针对宽带太赫兹大规模多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)通信系统中更大的带宽和更多的天线导致的波束分裂问题,构建了基于时延的宽带太赫兹大规模MIMO系统的混合预编码通信模型,并提出了一种高效且可实现的联合时延和相位的宽带太赫兹混合预编码算法。考虑到时延器值的硬件限制,通过最小化最优模拟预编码与等效模拟预编码之间的差来联合优化模拟预编码矩阵和数字预编码矩阵,将联合优化问题转换成目标优化问题,通过将非凸问题转换成等价的凸问题来求全局最优解。仿真结果表明,提出的算法可以获得接近最优的可实现速率性能,且可以提高能量效率。

太赫兹大规模MIMO中结合量子变分算法的预编码方案

针对太赫兹大规模MIMO系统,提出一种基于量子机器学习的预编码方案,该方案以系统可达和速率最大为目标,通过将通信系统中的优化问题建模为量子系统中的哈密顿量,将最优预编码的设计问题转化为获取量子系统哈密顿量的基态问题。进而利用变分量子本征求解器,结合经典机器学习的优化算法,通过训练获得最优的参数化量子线路,最后从量子线路中提取出基态,即对应于最优的预编码矩阵。经Google公司的tensorflow-quantum量子机器学习平台验证分析,提出的方案能获得指数级加速,性能也接近于经典的基于SVD的预编码方案。

太赫兹大规模MIMO系统DSP-OMP混合预编码设计

太赫兹具有频谱资源丰富、传输速率高等优势,但其波束分裂效应会造成可达速率及阵列增益损失严重。针对太赫兹大规模多输入多输出系统波束分裂问题,提出一种基于时延相移正交匹配追踪混合预编码方案。通过在射频链和传统移相器网络之间引入一个时延网络缓解波束分裂,结合正交匹配追踪算法降低角度估计带来的计算复杂度。仿真结果表明,所提方案能够有效补偿阵列增益损失,相比传统算法呈现较好的可达速率性能。

大规模太赫兹相控阵技术的瓶颈与进展

大规模相控阵系统是太赫兹无线传输技术走向灵活应用的核心与关键之一。本文介绍了大规模太赫兹相控阵技术的发展瓶颈与研究进展,重点介绍了采用瓦片式拼接的方案,将16个CMOS芯片通过金丝键合互联,构成了最大规模64阵元(8×8)的太赫兹相控阵发射机。通过平衡式直流供电网络和“前向辐射+背部散热”的架构实现良好的直流供给和热量处理,保证阵列的工作性能。峰值等效全向辐射功率(Effective isotropic radiation power,EIRP)可达35 dBm,本振信号泄漏抑制度和镜频信号抑制度均大于35 dB,水平和垂直方向均实现±60°的波束覆盖。本文还推出了国际上最远距离52 m的太赫兹相控阵实时无线通信链路,系统传输速率达1.6 Gbit/s。

太赫兹超大规模3D MIMO系统中的波束斜视补偿技术

太赫兹通信技术凭借超大带宽的优势成为未来6G的关键技术之一。超大规模天线技术可以提供巨大的空间分集,提升频谱效率,同样在6G无线通信系统中起到关键作用。在基于移相器的大规模MIMO(multipleinput multiple-output)混合预编码中,由于太赫兹频段的超大带宽,不同频率的子载波信道具有不同的等效空间方向,发射端波束形成时,将带来严重的波束斜视问题。与此同时,随着天线规模的不断增长,超大规模天线技术的应用更进一步扩大了波束斜视造成的影响。针对超大规模天线阵列带来的波束斜视现象放大问题,本文利用3D MIMO平面天线阵列来改善这一状况。为进一步改善太赫兹频段超大带宽引起的波束斜视,在3D大规模MIMO系统的基础上,本文提出了基于两层移相器结构的混合预编码方案,利用第二层移相器,对不同频率的子载波进行补偿。实验结果表明,本方法可以有效地弥补波束斜视带来的阵列增益损失,实现接近最优的系统性能。

太赫兹频段超大规模空间调制MIMO技术

众所周知,太赫兹频率在提供高可用带宽的同时,也带来了严重的传播损耗和功率限制问题,从而使得通信距离大大缩短。近来,研究人员提出了可以在数毫米之内容纳数百个天线单元的石墨烯等离激元纳米天线阵列。这种阵列能实现高效波束赋形,增加通信距离,但它们无法为空间多路复用提供足够的空间自由度。

基于光子辅助的太赫兹MIMO系统的研究与展望

太赫兹频段(0.1~10 THz)通信与传统无线通信相比,在高速数据传输、透射与成像方面、医疗成像和药物检测、物联网以及6G通信[1]等领域的独特优势,使其具有广阔的研究价值,有望推动通信技术的发展并在多个领域带来创新应用。但是太赫兹频段信号也具有弱穿透性、强大气层衰减、电路和天线设计复杂以及信号处理复杂的特性使其当前发展受限,针对此项,结合基于光子辅助的太赫兹技术和天线MIMO技术,通过分析基于光子辅助的太赫兹MIMO系统的研究现状、关键器件以及关键技术,展望了太赫兹通信未来可行的研究方向,以期为太赫兹频段信号的未来应用做出贡献。

太赫兹MIMO弧形阵列方位向成像算法研究

该文提出一种新的在太赫兹频段下基于MIMO弧形阵列的方位向成像算法,通过将MIMO弧形阵列等效转换为MIMO线阵,基于等效MIMO线阵引入RMA算法思路对弧形阵列方位向图像进行重建。该文详细介绍了MIMO弧形阵列与普通MIMO线阵的等效转换,建立了相应的成像信号模型,设计了MIMO弧形阵列太赫兹单频方位向成像算法,并通过计算机仿真验证了该算法的可行性与有效性。

基于全息RIS的太赫兹MIMO信道估计研究

基于全息通信研究的大背景,提出了可重构智能表面(RIS)的全息版本。推导出了全息RIS的光束模式,并通过分析表明,理想全息RIS的光束模式可以近似于具有更实用硬件架构的超密集RIS的光束模式;提出了一种闭环信道估计(CE)方案,是以有效估计表征全息RIS辅助的THz大规模MIMO系统的宽带信道;为了减少导频开销,利用THzMIMO信道在角域和延迟域中的双重稀疏性,引入了一种基于压缩感知的CE算法。仿真结果证明,全息RIS优于非全息RIS,提出的CE方案有效。

太赫兹通信发展概述

第6代移动通信(6G)预计在未来提供低延迟、低功耗、高容量和大规模的通信服务,太赫兹通信具有大带宽、高速率和低延迟的特点,被视为6G时代的关键技术路线。文章介绍了太赫兹通信系统信号产生技术路线、信号接收技术、信号传输特性和信道建模,并分析了超大规模多输入多输出技术、智能反射面和关键太赫兹器件等技术问题的进展与挑战。此外,还探讨了太赫兹通信在短距离超高速通信、空间通信、微尺度通信和高保密通信领域的潜在应用。尽管存在一些技术障碍,但随着研究的深入,太赫兹通信相关难题定会逐步解决,6G时代的到来预计将不再遥远。

大容量长距离光子太赫兹无线传输演示

太赫兹通信因其丰富的频谱资源已成为未来6G发展的重要技术。光子辅助技术可突破电子设备带宽限制,生成高载频、大带宽、灵活可调的太赫兹信号,而且能有效地促进光纤网络和无线网络的无缝融合。实验方案采用正交频分复用技术,高增益太赫兹模块包括高太赫兹透镜和太赫兹低噪声放大器,并设计了一种低复杂度的非线性均衡算法。基于MIMO复用和概率整形技术实现了传输容量达253Gbit/s、传输距离达200m的光子辅助太赫兹无线传输,空口速率·距离积达253Gbit/s×200m=50.6Gbit/s·km;基于MIMO分集和最大比合并技术实现了传输容量达137Gbit/s、传输距离达200m的光子辅助太赫兹无线传输,相比SISO链路的SNR增益高达5.1dB。

一种基于MIMO体制的大通量太赫兹成像系统

本文提出一种基于多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)体制的太赫兹安检成像系统,采用太赫兹频段主动阵列获得高分辨穿透成像能力,结合MIMO技术可以有效降低所需通道数量,可以极大的降低系统的复杂度与硬件成本。本文进行了MIMO体制收发天线设计,给出了时分信号正交解调与成像的流程,通过计算机仿真验证了太赫兹安检成像系统对点目标成像能力。

太赫兹通信关键技术及应用场景分析

6G“万物智联、数字孪生”愿景实现的基础在于打造一个全域覆盖的移动通信网络。太赫兹无线通信因其高传输速率、低延时、高吞吐量和抗干扰等特点成为6G移动通信网的首选技术。文章通过介绍太赫兹通信的电路系统、信道建模、通感一体化、超大规模多输入多输出(UM-MIMO)等关键技术和研究现状,预测了太赫兹技术在未来应用场景,并展望了太赫兹在6G时代的发展前景。

基于双策略差分进化算法的太赫兹MIMO阵列雷达优化

太赫兹波由于其高分辨率、高穿透性和高安全性等特点,太赫兹MIMO阵列雷达结合了多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)阵列技术,能够实现实时高分辨率成像,在人体安检等领域得到了广泛应用。然而,由于太赫兹波波长更短以及稀疏布阵使阵元间距远大于发射信号半波长,使阵列雷达波束方向图中出现高栅旁瓣电平问题,影响成像质量。针对该问题,文中在差分进化算法的基础上提出了一种双策略自适应差分进化算法(Dual Strategy Adaptive Differential Evolution,DSADE)用于阵列优化:首先,改进种群初始化方法,使用Kent混沌序列生成初始种群,该方法能够使初始个体基因在解空间中分布更加均匀;其次,提出了一种双变异策略,使算法能够根据迭代次数和个体适应度值选择合适的变异策略;最后,对参数进行了自适应改进,使参数能够根据个体进化情况进行自主调整。为验证DSADE算法收敛性选取了8组标准函数对算法进行了测试,DSADE算法在所有测试函数上均能取得最好的收敛效果。此外,使用DSADE算法对太赫兹MIMO雷达进行了仿真优化实验,该算法比优化效果最好的人工蜂群算法的归一化峰值旁瓣电平比值降低了1.21 dB。实验结果表明:文中提出的DSADE算法能够有效抑制太赫兹MIMO阵列雷达的峰值旁瓣电平,优化后的阵列雷达具有更低的旁瓣电平水平。

能散度与发射度模块在太赫兹FWTWT模拟中的应用

研制了三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D的能散度和发射度模块,主要用于评估电子出射速度和方向分布对太赫兹折叠波导行波管(FWTWT)性能的影响。将能散度和发射度模块应用到0.22 THz的FWTWT器件粒子模拟中,结果表明:能散度主要通过改变器件束压范围,使其偏离束波互作用共振电压范围,导致器件性能下降;发射度反映电子发射角的发散,同时影响纵向与横向电子速度,电子横向速度的增加导致其更易碰撞通道内壁,使电子总数下降,导致器件性能下降;若束压保持不变,电子横向速度的增加势必导致轴向速度的减小,破坏束波同步条件,导致器件性能进一步下降。

波束分裂模式检测下的太赫兹稀疏信道估计方案

针对现有的基于共同稀疏信道支持的理想假设的宽带信道估计方案中阵列增益严重损失的问题,提出一种波束分裂模式检测的信道估计改进方案。建立具有时延-相控模拟的混合预编码的宽带太赫兹大规模多输入多输出系统模型;通过波束分裂效应估计出信道分量的物理方向,检测出不同子载波的信道支持度,实现每个信道分量的估计。仿真结果表明,与其它信道估计方案相比,所提方案减少了导频开销,降低了计算复杂度,鲁棒性优越。

太赫兹通信芯片关键技术与系统发展浅析

【目的】现代无线通信低频频谱资源越来越紧张,但太赫兹频段具有丰富的频谱资源,太赫兹通信兼具大带宽、高保密性等优势,故成为下一代无线通信技术的重要候选技术,而其关键在于太赫兹芯片。【方法】本文主要介绍太赫兹芯片技术及基于芯片的通信技术,对其从基于肖特基二极管芯片的混频、倍频分立式器件到太赫兹芯片的现有成果和未来发展趋势到未来太赫兹通信系统的技术发展和应用场景进行浅析。【结果】基于肖特基二极管的太赫兹分立器件如倍频器、混频器在不断朝高频段、大带宽以及高集成度发展。对芯片而言,基于磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、硅基技术的芯片都在朝着大功率、高频率、高集成度的方向发展,并且未来有望形成InP工艺和GaN工艺配合发展的格局。【结论】在未来,基于芯片技术的太赫兹通信系统可以朝向大规模频分复用、大规模MIMO技术、感通一体、光电融合,以及将频分、极化等多技术融合的复杂复用系统方向发展。我们也希望通过本综述来和读者探讨、畅想太赫兹芯片的发展趋势和基于太赫兹芯片技术的通信系统发展方向。

太赫兹稀疏阵列相干因子栅旁瓣抑制方法

在太赫兹成像中,阵列的稀疏化设计会引起栅旁瓣的恶化。在传统相干因子(Coherence Factor,CF)加权的基础上设计了适用于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)稀疏成像阵列的相位相干因子(Phase Coherence Factor,PCF)和符号相干因子(Sign Coherence Factor,SCF)两种加权栅旁瓣抑制方法。对点目标仿真结果表明,CF、PCF和SCF栅旁瓣抑制后峰值旁瓣比(Peak Side Lobe Ratio,PSLR)分别降低了17.81 dB、24.56 dB和22.74 dB,在340GHz 4T16R稀疏阵列成像系统中的实测结果也表明,PCF和SCF对栅旁瓣的抑制效果分别优于CF 6dB和4dB以上。

太赫兹通信技术研究

为了满足未来高容量通信的需求,在太赫兹波段进行通信受到了学术界和工业界的关注。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术和非正交多址(Non-Orthgonal Multiple Access,NOMA)技术可以使太赫兹通信网络承载更多的用户,提高系统的能量效率。由于无线设备电池容量有限,电能的供给对通信技术的发展也至关重要。当基站成功完成数据传输后,无线信号的能量通常会被当作无用功率而浪费。通过将无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术应用于太赫兹通信网络,有助于减少能耗,提高系统的能量效率。重点分析了MIMO技术、NOMA技术以及SWIPT技术在太赫兹通信系统中的应用及其目前所面临的挑战,以供参考。

340GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统

介绍了一种基于稀疏MIMO(Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像,每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号,通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明,在4 m的探测距离(光程)上,成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm,通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.