提出并演示了一个光子辅助的集成雷达和通信系统，该系统利用光子辅助拍频在W波段产生毫米波信号。通过将正交相移键控（QPSK）信号编码到线性调频连续波（LFMCW）雷达信号上，实现了传感和通信波形的集成。一体化波形可以通过去啁啾分离通信信号与雷达感知信号，并通过脉冲压缩实现高分辨率感知。实验结果表明，在91 GHz频段内可实现单目标和双目标检测，感知精度约为2.0 cm。此外，成功实现了W波段下2 m、10 m和50 m传输距离的20 Gbit/s高质量无线通信。该系统还适用于各种成分的一体化波形，为高速通信和高分辨率雷达感知融合提供了有效参考。
光通信 通信与雷达感知一体化系统 毫米波通信 脉冲压缩 一体化波形
毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统具有更多的射频链路, 带来更大的功耗, 接收端使用低分辨率模数转换器(ADC)可有效解决功耗高的问题。针对低分辨率ADC引起接收信号幅度失真, 进而影响信道估计准确性的问题, 文章提出了一种基于优化的两阶段毫米波信道估计算法。第1阶段, 根据量化后的接收信号确定采样后的接收信号取值范围, 并将其作为约束条件构造优化问题, 利用l1范数衡量向量稀疏度估计波达方向; 第2阶段, 根据估计的波达方向, 使用Bussgang分解模型近似非线性量化过程, 得到信道复增益的最小二乘估计。仿真结果表明, 所提算法准确性比目前最先进的算法提升了约5 dB, 且算法复杂度降为线性。由此可见, 所提算法在有效性和可靠性方面均有较大提升, 具有实用价值。
毫米波通信 大规模多输入多输出 信道估计 低分辨率模数转换器 凸优化 millimeter wave communication massive MIMO channel estimation low-resolution ADC convex optimization
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory for Information Science of Electromagnetic Waves (MoE), Fudan University, Shanghai 200433, China
We experimentally built a photonics-aided long-distance large-capacity millimeter-wave wireless transmission system and demonstrated a delivery of 40 Gbit/s W-band 16-ary quadrature amplitude modulation (QAM) signal over 4600 m wireless distance at 88.5 GHz. Advanced offline digital signal processing algorithms are proposed and employed for signal recovery, which makes the bit-error ratio under . To the best of our knowledge, this is the first field-trial demonstration of W-band 16QAM signal transmission, and the result achieves a record-breaking product of wireless transmission capacity and distance, i.e., 184 (Gbit/s)·km, for high-speed and long-distance W-band wireless communication.
millimeter-wave communication digital signal processing W-band photonics-aided technique Chinese Optics Letters
2022, 20(10): 103901
华中科技大学武汉光电国家研究中心，光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
提出一种基于自外差探测技术的相干光载射频信号传输系统，可以借助自外差探测技术实现光学上变频。在该系统中，4个低频信号被上变频为高频毫米波信号，且在远端射频单元无需进行任何数字信号处理(DSP)。分析了对称边带串扰产生的原因并提出了在发射端消除边带串扰的方法。实验验证了通过在发射端使用4路独立、载频为10 GHz、带宽为1.6 GBaud的16-QAM射频信号和一个载频为20 GHz的单音信号，可以在接收端产生4路独立、载频为30 GHz、带宽为1.6 GBaud的16-QAM毫米波信号。在接收端不使用任何数字补偿算法的情况下，这4路毫米波信号经过50 km标准单模光纤传输后的误差矢量幅度(EVM)值均低于12.5%的阈值，复合速率达到25.6 Gbit/s。此外，发射端的数模转换采样率可以降至24 GSa/s，有效降低了系统的成本和复杂度。
光通信 模拟光载射频 毫米波通信 自外差相干探测 光学上变频 对称边带串扰 中国激光
2022, 49(12): 1206005
贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
基于等效电路模型理论,在介质基板单侧放置了两个交错多开口的矩形金属环,形成了一个新的材料结构,通过理论分析和模拟仿真,提取了有效的电磁参数。结果表明,该结构在40.8~61.8 GHz频段范围内的等效介电常数和等效磁导率均为负,绝对带宽达到21 GHz,实现了宽频带特性。该研究结果为左手材料在毫米波通信中的应用提供了重要参考。
材料 左手材料 等效电路 开口矩形金属环 宽频带 毫米波通信 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 051601
1 江西师范大学物理与通信电子学院微纳材料与传感工程实验室, 江西 南昌 330022
2 三明学院物理与机电工程学院, 福建 三明 365004
毫米波通信是当前研究热点之一，并受到了广泛的关注。提出了一种可用于毫米波通信的具有双频带的左手材料，该结构单元由上下两环不对称的S型结构反向印制在介质基板的两侧组成。通过合理选择单元的结构参数并对尺寸进行优化，该结构可获得在50 GHz和60 GHz附近具有两个透射峰的S参数，经反演法电磁参数提取，验证了在48.2～52.2 GHz和58.7～60.8 GHz这两个频带范围内磁导率和介电常数同时为负，表现出典型的左手特征。本研究对多频带左手材料设计及其在毫米波通信中的应用具有一定的参考意义。
材料 左手材料 双频带 S型结构 毫米波通信
