[发明专利]一种脉冲超宽带太赫兹收发构架

说明书

技术领域

本发明涉及微波工程领域，具体涉及脉冲UWB+太赫兹高速高能效通信传输技术，尤其是涉及一种脉冲超宽带太赫兹收发构架。

背景技术

空间骨干传输网需要传输大量的数据、图像甚至是视频信息的传输。这对星载太赫兹通信的传输速率也提出了越来越高的要求。在实现高传输速率的要求时，我们必须要综合考虑系统容量、带宽、频谱利用率、实现复杂度以及功耗等问题。根据现有的通信传输系统，为实现高复杂度调制，同时达到较高的数据传输速率，需要使用高精度ADC。然而，ADC本身的采样率和精度都需要消耗较多的功耗。为降低通信传输系统的功耗，就需要避免使用高精度ADC。

脉冲超宽带信号凭借其脉冲宽度窄、带宽较宽的特性，大大减小了通信系统调制解调的复杂度，且具有抗干扰能力强等优点。2009年，Vishal V.Kulkarni等人提出了一种可产生4GHz带宽的超宽带脉冲信号发射机，其功耗为12pJ/b[1]。同年，Jikyung Jeong等人提出了一种4-PAM的脉冲收发机架构，该架构可将脉冲载波的幅度调制为4种不同的状态，其数据传输速率为3.2Gb/s[2]。2011年，Sungmin Yoo等人采用新的编码与解码方式，设计了一种10Gb/s数据传输速率的脉冲收发机[3]。传统的脉冲UWB发射机利用脉冲发生器将数字基带信号直接调制在射频。由于没有本地载波准确控制射频信号的中心频率，输出脉冲的频谱易受工艺偏差的影响。

【参考文献】

[1]Kulkarni,V.V.et al.“A 750Mb/s,12pJ/b,6-10GHz CMOS IR-UWB Transmitter with Embedded On-Chip Antenna”.IEEE Journal of Solid-State Circuits,volume 44,issue 2.Feb.2009.

[2]Jeong,J.et al.“A CMOS 3.2Gb/s 4-PAM Serial Link Transceiver”.SoC Design Conference(ISCCC),Nov.2009.

[3]Yoo,S.et al.“A 10Gb/s 4-PAM Transceiver with Adaptive Pre-Emphasis”.Integrated Circuits(ISIC),Dec.2011.

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，创新性地将脉冲UWB信号与太赫兹前端结合，提供了一种脉冲超宽带太赫兹收发构架，采用4-PAM的调制方式，是一种可支持QAM、PAM、脉冲和连续波多种波形调制的高速通信传输系统，扩展了应用场景和应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种脉冲超宽带太赫兹收发构架，包括发射机结构和接收机结构，所述发射机结构包括依次连接的脉冲发生器、脉冲形成器、多路复用器、功率放大器和太赫兹发射天线，所述脉冲形成器和多路复用器均与连续波源相连接；所述接收机结构包括依次连接的太赫兹接收天线、低噪声放大器、混频器和多路分离器，所述多路分离器输出端连接有4-PAM解调模块，所述混频器与本振发生器相连接。

所述多路复用器用于切换UWB模式和FMCW模式，所述UWB模式产生基于太赫兹载波的超宽带信号，所述FMCW模式产生连续波太赫兹信号。

在UWB模式下，4-PAM基带信号被传入脉冲发生器，以产生四种不同幅度的脉冲信号，脉冲信号与连续波源产生的太赫兹信号在脉冲形成器中进行混频，上变频为脉冲射频信号，经功率放大器放大，由太赫兹发射天线发射给接收机结构后，经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，进行下变频，最后经4-PAM解调为基带信号，完成通信传输。

在FMCW模式下，连续波源产生的太赫兹信号直接经功率放大器放大后，由太赫兹发射天线发射给接收机结构，接收机结构接收的连续波太赫兹信号经低噪声放大器放大后，与本振信号混频，下变频为基带信号，完成通信传输。

所述功率放大器和低噪声放大器的带宽均大于脉冲射频信号的带宽，所述脉冲射频信号由脉冲发生器产生的脉冲信号和连续波源产生的太赫兹信号混频后得到。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：