基于跳频和调制跳变的无线通信抗截获新技术研究与展望

基于跳频和调制跳交的无线通信技术,是一种有效的低截获概率通信新技术.针对通信对抗技术发展的现状,即对跳频信号的截获接收、识别技术研究已经比较成熟,为保证信息的安全传输,提出了跳频和调制跳变相结合的思想.基于软件无线电的平台,提出了完整的跳频与调制跳变系统实现方案,从体制上减少了被截获识别的概率.并通过对其关键技术的深入研究,提出了调制星座图集分割方法和插入前导序列的同步算法,提高了系统的抗截获性能并且易于工程实现.最后对该技术的发展前景与趋势进行了展望.     

基于散射特性的太赫兹信道建模

太赫兹(Terahertz, THz)通信是6G的关键技术之一。由于太赫兹技术具有大带宽和超高速率的特点,越来越受到关注。为支持太赫兹无线通信设备的性能评估,建立能够表征信道特性的无线信道模型至关重要。提出了一种基于散射特性的太赫兹信道模型,在室内场景中使用该信道模型生成信道系数和功率时延谱。分析结果表明,提出的信道模型能较好地表征太赫兹散射特性,能够支持太赫兹通信系统的设计与评估。     

动态可调的太赫兹超构表面

近年来,采用人工设计金属阵列的超构表面以实现对太赫兹波的调制受到越来越广泛的关注。设计了2种互补的亚波长金结构阵列超构表面,正、反结构2个超构表面对太赫兹波均有共振响应。利用光泵浦太赫兹时域透射光谱系统,通过控制泵浦光实现对太赫兹波的谱调制。仅需28 mW的外加泵浦光,反结构超构表面在0.91 THz处的振幅调制深度可达到95%。利用该反结构超构表面对太赫兹波的开关作用,进一步设计了太赫兹振幅全息图,希望利用该结构实现太赫兹波前的动态调控。初步的理论模拟验证了这一方法的可行性,可较好地实现对太赫兹波的动态调控。     

面向通信系统的太赫兹调制技术进展现状

地面移动通信、互联网与航天技术等的高速发展使得太赫兹通信系统备受关注,其中太赫兹调制器负责将基带信号调制到太赫兹频段,是太赫兹通信系统的关键组件,也是近年来太赫兹通信硬件系统的研究热点.介绍了主要面向通信系统的太赫兹调制器的电子学实现手段,并通过阐述使用混频调制和载波直接调制方案的调制器件性能,以及应用各类调制器件的典...     

基于级联马赫-曾德尔调制器的太赫兹通信系统

为了有效解决太赫兹通信系统中信号难以调制,影响通信系统性能的问题,提出了一种基于级联马赫-曾德尔调制器的太赫兹通信系统。将要传递的伪随机不归零码与频率为10GHz的射频本振信号混频后调制到级联马赫-曾德尔调制器上,通过调节两个调制器的偏置电压,使其分别偏置在最大传输点和最小传输点上,得到的光载波信号经过光放大器放大,结合高非线性光纤的四波混频效应,利用相移布喇格光栅进行模式选择,经过光电转换后的太赫兹信号通过基带数据恢复,可以得出该太赫兹通信系统传输的误比特率。结果表明,基于级联马赫-曾德尔调制器结构可以将太赫兹信号的产生与调制结合到一起。该研究对太赫兹通信系统的实用化有一定借鉴意义。     

MIMO-OTHR稀疏频分互补混沌调制波形设计

针对多输入多输出超视距雷达(Multiple Input Multiple Output Over-the-Horizon Radar, MIMO-OTHR),提出了一种稀疏频分正交相位编码(Sparse Frequency Division Orthogonal Phase Coded, SFDOPC)波形。考虑到超视距雷达工作在非连续分布频谱环境,设计了波形的稀疏频分结构。利用混沌序列天然的正交性、良好的抗干扰和低截获性能,将混沌序列映射为相位编码信号,调制在稀疏载波频率上。基于该波形结构,首先对混沌序列的相关性能进行了优化,利用自适应克隆选择算法最优化搜索得到互补混沌序列对;然后,根据实时监测得到的频谱环境,合理选择载频和带宽,在兼顾频谱环境的同时,可以进一步改善波形的正交性,最终得到一种稀疏频分互补混沌调制波形。仿真结果表明,该波形具备优良的输出特性。     

面向复杂太赫兹信道的智能调制系统设计

太赫兹通信是未来高速无线通信极具潜能的技术,受到广泛关注。在本文中,提出基于简单、稀疏空域调制的太赫兹通信系统,探索了由硬件缺陷导致的信号失真对系统性能的影响,并结合收发端失真相关性,进行了系统噪声建模,得到了发端噪声、背景噪声和收端噪声的联合模型。在此多维度噪声背景下,依据后验概率最大化准则,本文推导了太赫兹空间调制系统极大似然信号检测算法。此外,考虑到未来太赫兹通信在多域多维度通信的应用场景,传统检测算法匹配度差且复杂,本文提出了利用具有简单结构的极端学习机来实现太赫兹空间调制系统的低复杂度智能算法。仿真结果表明,本文所提出的极大似然检测算法的性能优于传统的极大似然算法,另外本文中所提出的基于极端学习机的接收机方案,其性能接近最优检测方案,并且明显优于基于深度学习网络和支持向量机的方案。      

太赫兹超材料和超表面器件的研发与应用

太赫兹光电子学的兴起推动了太赫兹波产生、传输和探测3方面理论和器件的快速发展。通过调控亚波长金属结构与太赫兹波相互作用的特异光学响应,太赫兹超材料和超表面器件已在太赫兹光束整形、导波和调制方面显示了巨大的潜力和优势,并可能推动太赫兹光源和探测器的发展。进一步发展和丰富太赫兹超材料和超表面器件,也将对太赫兹波在传感、通信和雷达等应用方面产生有益影响。本文综述了首都师范大学超材料与器件课题组近年来在太赫兹波段开展的基于超材料和超表面材料的光谱调制器件、光场调制衍射光学元件和主动光学元件的工作,介绍了超材料与器件的基本物理理论以及相应的实验研究成果,希望能够推动超材料与超表面太赫兹调制器件的发展与应用。     

基于导电聚合物的太赫兹频率选择表面

导电聚合物材料聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)：聚4-苯乙烯磺酸盐(PSS)是一种在太赫兹波段很有潜力的多功能材料。为了验证其代替金属应用于太赫兹超材料(MMs)中的可能性,设计了一个基于二甲基亚砜(DMSO)掺杂PEDOT:PSS的太赫兹频率选择表面(FSS),并通过CST Microwave Studio软件模拟了该FSS在太赫兹波段的性能。研究结果表明,该FSS在谐振频率下可实现强带阻,调制深度可达50 dB。     

石墨烯太赫兹调制器及330 GHz无线通信系统

现有太赫兹无线通信系统通常采用微波倍频或直接调源的方式。本文从太赫兹波空间调制技术出发,研究了一种基于直接调制技术的太赫兹无线通信系统。重点探索了一种基于石墨烯/半导体硅的复合结构(GOS),研究出调制速率达到1 MHz,调制深度50%以上,工作频带覆盖0.2 THz~2 THz频段的新型全光学太赫兹调制器。在此基础上,构建了330 GHz载波频率的太赫兹无线通信系统,实现了1 Mbps的通信速率。     

基于隐蔽信道的混沌直扩跳码通信

为了提高传统直扩通信系统的抗截获性能，本文提出了一种将混沌直接序列扩频和跳码通信相结合的通信体制，重点介绍系统的同步过程。具体实现时，利用一个通过二次扩频方式复接在业务信道上的低速隐蔽信道实现混沌序列的同步以及通信过程中扩频码的变换。由于采用了周期性长、伪随机性好的混沌序列作为扩频码，而且通信过程中可以对混沌系统的混沌映射关系及初始条件进行随机更新，因此与传统的直接序列扩频通信相比，混沌直扩跳码通信具有更好的抗截获性能。     

太赫兹波前调制超表面器件研究进展

超表面是一种由人工微结构组成的超薄平面器件,能够实现对电磁波振幅、相位以及偏振态的调控,具有体积小、重量轻、集成度高、可灵活操控电磁波等优势,在电磁波谱、波前调制中发挥着巨大的作用。综述了近年来基于超表面的太赫兹波前调制器件的研究进展。总结了基于Pancharatnam-Berry相位、基于局域表面等离子体共振(LSPR)、基于Mie共振的三种超表面单元结构对电磁波的振幅、相位调控机理,并讨论了实现高效率超表面的方法。之后,介绍了用于设计波前调制超表面器件的纯相位调制方法和复振幅调制方法。综述了在太赫兹波段典型的超表面波前调制器,包括单一功能、复合功能以及可调谐功能的超表面波前调制器件。在早期的研究工作中,设计的超表面可实现波束偏转、波束聚焦、全息成像、以及涡旋光束、自聚焦光束、洛伦兹光束等特殊光束产生等功能。为提高太赫兹器件的利用率,波分复用、偏振复用等功能复用的太赫兹超表面器件被提出。随着对太赫兹波前动态调控需求的增长, 一些主动的太赫兹超表面器件被提出并在实验上被验证。共有两种主动的超表面器件。其中一种主动超表面是通过将超表面结构与半导体材料或相变材料结合形成的,另一种是通过光泵浦硅片形成的全光器件。全光超表面在不用重新加工的前提下能够被重复使用。通过调整投影在硅片上的超表面图像即可动态操控太赫兹波前。全光超表面具有动态控制波束扫描和波束聚焦的能力,将来可应用于太赫兹通信、太赫兹雷达等领域。最后,对太赫兹波前调制超表面器件的发展趋势与应用前景进行了展望。     

太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜的超快太赫兹调制

研究了利用太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜(CH_3NH_3PbI_3 and CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x)的皮秒尺度的超快太赫兹调制特性.在光激发作用下出现了太赫兹透射波的瞬时下降.相比于CH_3NH_3PbI_3薄膜,在光激发作用下CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜展现了更高的调制深度(10%).通过测算材料的电导率及载流子浓度,其调制机理为瞬态光激发载流子浓度上升.实验结果表明,CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜可作为一种高效超快太赫兹调制器件.     

基于硅基石墨烯的全光控太赫兹波强度调制系统研究

在太赫兹通信等系统中需要利用太赫兹波调制器对信号进行调制.基于GaAs 等传统半导体材料设计和制作的调制器在太赫兹波段的响应过低,因而很难应用于太赫兹系统.为了弥补传统调制技术在带宽和调制深度不够的缺点,设计了一种全新的基于硅基石墨烯的全光控太赫兹强度调制系统.该调制系统利用材料中光生载流子对太赫兹波的吸收特性,通过调节照射到材料上的可见光光强来改变光生载流子浓度,从而实现对太赫兹波强度调制.从理论和实验两方面对这种新型太赫兹强度调制系统的调制深度和调制带宽进行了研究.研究结果表明,在泵浦光功率密度为18 mW/mm2时,该调制系统能在实验使用的THz-TDS 测试系统(0.1~2.5 THz)的整个频谱范围内进行有效的调制,调制深度可达到12 %.且随着泵浦光能量的增大,调制深度增大.     

太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜的超快太赫兹调制（英文）

研究了利用太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜(CH_3NH_3PbI_3 and CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x)的皮秒尺度的超快太赫兹调制特性.在光激发作用下出现了太赫兹透射波的瞬时下降.相比于CH_3NH_3PbI_3薄膜,在光激发作用下CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜展现了更高的调制深度(10%).通过测算材料的电导率及载流子浓度,其调制机理为瞬态光激发载流子浓度上升.实验结果表明,CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜可作为一种高效超快太赫兹调制器件.     

基于超表面的动态可调太赫兹空间功分器北大核心CSCD

在无线通信系统中，空间功率的灵活分配有助于实现不同辐射方向信号覆盖强弱的按需调节，提升不同方向通信质量与用户体验。本文提出了一种动态可调的太赫兹空间功分器，可以用于太赫兹波信号在不同空间信道上的强度分配与动态调控，也可应用在双空间信道上进行高效信号调制。全波仿真实验证明，所提出的超表面功分器基于极化转换与波前控制的方式，能够很好地实现设计预期的功能。该功分器既能通过对入射载波信号功率进行二次动态分配的策略，为不同空间信道上通信质量的保障提供帮助；也可单独作为信号调制器使用，通过双空间通道半周期延迟同时完成两路信号的高效率调制。所提出的超表面器件将可能在无线通信、信号控制等领域具有潜在应用价值。     

太赫兹可编程超材料的研究进展和在单像素成像中的应用

人工电磁超材料展现了强大的电磁波调控能力. 随着可编程超材料的提出,超材料向数字化、智能化的方向不断发展. 本文首先回顾了太赫兹可编程超材料的研究进展,重点讨论基于半导体、液晶等可调材料的太赫兹可编程超材料的设计方法、调控原理及应用. 然后,介绍了太赫兹可编程超材料在单像素成像中的应用,即利用电控和光控可编程超材料实现太赫兹光的空间编码调制,结合压缩感知等成像算法,实现太赫兹单像素成像. 最后,对太赫兹可编程超材料的发展趋势和应用前景进行了展望.     

双级单边带调制产生光纤载太赫兹信号的系统性能分析

提出了一种应用于光纤载太赫兹通信系统(ToF)中双级级联单边带(DSSB)调制的新方案.该方案首先抑制载波双边带调制产生太赫兹波;然后选择载波抑制双边带中的一个边带进行一级单边带数据调制,在数据调制过程中再次采用基带单边带调制技术,由此产生双级级联单边带调制.另外,为了实现系统的优化,对系统中的一些关键参数进行了调整及性能测试,例如:上下边带的衰减比、复用器的带宽、滤波器的带宽等.最后,在系统性能最佳的状态下进行分析,结果显示:对0.1 THz中频载波、数据速率为5 Gbit/s的光载太赫兹信号进行80 km光纤传输,无色散补偿的误码率(BER)仅为1×10~(-11).数量级、接收机灵敏度为-28.8 dBm.     

基于频率选择平面的太赫兹波调制模拟

太赫兹波调制器是太赫兹通信的一个重要器件。利用介质折射率影响频率选择平面的透射峰,可以实现对太赫兹波强度透过率的调制。利用有限元法对该结构的调制性能进行模拟分析,在3.12 THz附近50 V电压下,实现了50%的强度调制。并进一步分析了该调制结构的调制机理。     

太赫兹技术发展及其应用于6G的挑战分析

作为6G潜在技术之一,太赫兹技术对数据速率提升、超密集连接、低时延传输等具有积极作用。首先阐述了太赫兹技术的传播特性和信道建模方法。根据传播特性确定了大尺度、小尺度和微尺度3个维度的太赫兹应用场景。接着,针对太赫兹特殊的频谱特性,设计了物理层波形、调制编码、超大规模多输入多输出(UM-MIMO),以及媒体接入控制(MAC)层波束管理方案。最后,关注了适用于太赫兹频段的智能超表面(RIS)技术,探讨了RIS关键使能技术与方案设计。