Page 15 - 网络电信2022年7/8月刊

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等。这对带外发射等指标提出了更高的要求。此外，我们还需 络变化的信号调制方法。低阶调制在大带宽太赫兹通信中受到
要充分考虑随距离变化的频谱窗口，以获得适用于特定传输距 更多关注。
离的太赫兹波形。
表2 太赫兹波形对比分析
由于太赫兹频段存在信道多径扩展的特点，多载波波形仍
是太赫兹波形设计的重点。太赫兹通信系统面临相位噪声高、
硬件受限严重的问题。这使得能够与现有系统更兼容的正交频
分复用（OFDM）波形具有广阔的应用前景。其中，加窗OFDM 采
用具有平滑边缘的非矩形脉冲形状来改善OFDM 波的频谱形状，
带外泄露相对较低，是太赫兹频段重要的波形之一。为了进一
步克服太赫兹多载波波形的高峰均功率比（PAPR），我们可以
采用选择性映射、部分传输序列和选择合适码本等方法。
单载波正交幅度调制（QAM）可以降低频率偏移灵敏度、
图4 帧结构设计
相位噪声和PAPR，还可以通过频率均衡器降低信号处理的复杂
度。然而，单载波QAM 仅适用于全带宽方案。对此，载波聚合
可能是一种解决方案，但会带来灵活性受限的问题。这是因为
载波聚合有着更多的信令开销和更为复杂的处理过程。
单载波离散傅里叶变换（DFT）扩展OFDM（DFT-s-OFDM）
波形可以将单载波的低PAPR 和多载波频域的资源灵活分配结合
起来，但该方法面临着由相邻符号间过渡不连续造成的大量带
外泄漏等问题。特定码字DFT-s-OFDM 采用旁瓣较低的滤波器以
太赫兹频段严重的器件损伤和相位噪声可能会给传输带来
抑制DFT-s-OFDM 符号尾部泄漏。在符号尾部生成特定码字是一
不利影响。因此，研究降低相位噪声影响的调制方案是十分必
种可行的太赫兹单载波波形设计方案。表2给出了几种太赫兹波
要的。振幅移相键控属于线性调制，它的星座点被限制在一组
形的对比分析。
同心环上，对非线性失真的敏感度较低。这有利于消除功率放
分析距离与太赫兹频谱窗口之间的关系对波形设计十分重
大器的非线性失真。
要。由于单个频谱窗口带宽约为几十吉赫兹，因此我们可以将
针对太赫兹微尺度通信，基于上百飞秒长脉冲的通断键控
每个频谱窗口划分为一组子带来进行多宽带传输。为对抗频率
（OOK）开关设计是一种可行的调制方案。该方法以静默方式来
选择性衰落并改善SINR，子带信息符号可以通过一系列极短脉
传输逻辑0信号，使用初始化前同步码和恒定长度的数据包来区
冲来表示。其中，极性随机化脉冲可提供更强的抗干扰能力，
分静默与非静默状态，对纳米器件之间的严格同步要求较低，
并有助于优化超宽带通信的频谱形状。针对多用户场景，子带
能够避免分子吸收噪声带来的干扰，有效减少高频短脉冲下的
中心频段将被分配给长距离和高要求的用户，子带边缘频段将
复杂同步过程带来的干扰。
被分配给小区中心和低要求的用户，以保证边缘用户传输性
为设计低复杂度信道编码方案，我们需要研究传输速率与
能，实现多用户传输和容量提升。
解码时间之间的权衡关系。编码方案需要充分分析太赫兹多分
在帧结构设计中，一般循环前缀（CP）持续时间是固定
子吸收和多径衰落，并根据网络条件动态设置最佳编码权重。
的，并且是根据最坏情况来设计的。这会对时延扩展小的用户
目前，IEEE 802.15.3e（电气与电子工程师协会标准）针对252
造成负面影响，这一点在时延扩展大的太赫兹通信中尤为严
～ 325 GHz的频率范围制定了前向纠错（FEC）方案，并指出在
重。为此，一种解决方案是：使用内部保护间隔来替换CP，使
极高数据速率下FEC在硬件实现中具有很大的优势。
保护间隔和数据传输的总持续时间固定，同时两者的比率可以
3.超大规模多输入多输出（UMMIMO）技术
灵活变动，如图4 所示。内部保护间隔可以动态扩展以处理时
UM-MIMO 能够解决太赫兹通信距离短的问题，进而提升太
序未对准问题，在不影响帧持续时间的情况下，为远近用户配
赫兹通信网络的可达容量。
置不同的保护间隔，从而避免符号间干扰。
表面等离极化激元（SPP）波属于受限电磁波，它常出现在
2.调制编码 金属和电介质间由电荷的整体振荡产生的界面上，其波长远小
太赫兹功率放大器在饱和区工作时会产生高水平失真。高
于自由空间波长。石墨烯SPP波通常适用于频率高于1THz的通信
PAPR 问题在太赫兹频率内表现得尤为突出。复杂基带信号包络
场景。等离子体超材料天线在100GHz～1THz频段下可能会替代
的缓变会降低对功率放大器的线性要求。低复杂度的低包络变
传统天线。SPP波在石墨烯中的传播特性取决于结构尺寸和费米
化调制是太赫兹调制的优先选择。
能量。动态调整限制因子能够使天线阵列谐振频率可调。
π/4正交相移键控（QPSK）是QPSK 和偏置正交相移键控
在UM-MIMO 波束赋形中，大量纳米天线集成为小尺度阵
（OQPSK）的折中，它允许的最大相变为135°。经过带通滤波
列，同时高增益窄波束指向最强的传播路径，以补偿极高的路
的π/4QPSK 信号的包络波动比带通QPSK 信号小。π/4QPSK 旁
径衰减。在太赫兹波段，基于码本的混合波束赋形策略是可
瓣功率衰减速率比QPSK快，并且具有更高频谱效率。此外，基
能的解决方案之一。该方案的过程大致包括：首先选择传输窗
于相同设计方法的π/4二进制相移键控（BPSK）也是一种低包
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