光子辅助的宽带THz波信号产生、传输和探测技术

The speed of photonic-assisted THz wireless transmission has been demonstrated to a new level of beyond 100 Gbit/s, and such an ultrafast data rate will be the prospective for 5G mobile communication wireless access, military application, disaster emergency communication and so on. The generation, wireless transmission and detection of vector THz signal are key techniques to realize large-capacity THz-wave communication. This project will focus on the investigation of: single carrier/multi-carriers THz-wave signal generation based on optical heterodyne beat or adaptive optical frequency multiplying schemes; THz atmosphere wireless transmission model under different conditions including cloud, rain and fog; THz-band high spectrum efficiency technologies such as high-order modulation, Nyquist shaping and various multi-dimension multiplexing integration; lens layout optimization in THz line-of sight(LOS) transmission link and novel antenna array structure design; new digital heterodyne coherent algorithm with low complexity. The expected large-capacity, long-distance, and high spectrum-efficiency fiber THz wireless transmission system in this project has important scientific and practical significance for the development of the future THz-wave wireless space communication in microwave photonics.

光子THz波无线融合接入传输系统有望提供100Gbit/s的移动数据传输，可满足5G移动通信无线接入、军事应用、灾难应急通信多种不同应用场景下的高速数据传输和通信。THz波信号的产生，无线传输以及接收是实现大容量THz波通信的关键技术。本项目将重点研究：研究基于光外差或自适应光多倍频方案的多载波/单载波THz波信号的生成机理；研究THz波在大气环境以及分别在云、雨、雾条件下的THz波无线传输模型；研究THz波段的高效频谱利用率技术，包括高阶调制技术，Nyquist整形技术与多种多维复用结构的协调融合；研究视线（LOS）链路下放大透镜的优化布局以及新型天线阵列结构；探索新型算法处理的机制，优化并降低算法复杂度。本项目能够实现大容量、长距离传输、高频谱利用率的光纤THz波无线无缝融合通信系统，对于微波光子学的THz波段无线空间通信的理论和关键技术研究，具有重要的科学和实践意义。

光子THz波无线融合接入传输系统有望提供100Gbit/s的移动数据传输，可满足5G移动通信无线接入、军事应用、灾难应急通信多种不同应用场景下的高速数据传输和通信。矢量太赫兹波信号的产生和检测是实现大容量太赫兹波通信的关键技术。本项目主要成果为以下内容：1）采用多维复用和光子外差技术，阐明了基于单个激光器的多通道矢量信号产生机制，大幅降低波分复用实现成本,有效提升了频谱效率。2）基于光子倍频技术产生高阶矢量毫米波信号，揭示了少数子载波矢量OFDM毫米波信号的平衡预编码机制。3）针对外差相干探测，设计了联合神经网络以及复数深度神经网络非线性均衡算法，有效克服了光子太赫兹系统的非线性效应。4）搭建并优化了可实现宽带太赫兹高谱效率矢量信号光子生成与高灵敏度外差相干检测的实验平台，分别实现了在325GHz的频率下，采用32Gbaud 概率整形PS-4096QAM信号，在1米空心光纤上进行了太赫兹有线传输实验，成功地实现了352Gbit/s的单线传输速率和8.6 bit/s/Hz的净频谱效率；在没有太赫兹放大器的情况下，我们通过使用合适的介电透镜和DSP算法，实现了在太赫兹波段以124.8/44.8Gbit/s的净数据速率进行超过54/104 米的无线传输。5）共发表SCI期刊文章15篇，共申请2项专利，授权2项专利，共指导毕业博士研究生4名，硕士研究生3名。本项目实现的大容量、长距离传输、高频谱利用率的光纤THz波无线无缝融合通信系统对于未来6G微波光子学的THz波段传输关键技术研究，具有重要的科学和实践意义。