一种面向高速率移动互联的无线系统的制作方法

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种面向高速率移动互联的无线系统。

背景技术：

网上购物、社交视频、共享经济、学习教育、远程医疗等方面正发生快速变革，它们已经并将继续造福人类。移动互联技术引领了这些变革，并正朝更高速率、更广互联、更低时延等方向发展。不断演进的手机通信、局域网、近距链接等三大领域基本遵循“传输速率5年翻10倍”这一规律。

更高速率的移动互联技术在诸多领域有着广阔的应用前景，包括卫星高速链路、短距超高速无线接口、移动用户超高密度场合、未来无线局域网、最后一公里宽带接入，芯片间通信等等。比如，现有虚拟现实vr等演示系统，大多需要一根或多根有线线缆来传递高速率数据，这极大地降低了vr的体验效果及应用场景。数十gbps的高速率移动互联技术，将为虚拟现实vr、ar、沉浸式体验、超高清远程会议、超高清电视(4k-tv甚至8k-tv)、三维全息成像及重现等应用场景奠定技术基础。

现有研究表明，毫米波太赫兹技术可实现几十甚至上百gbps的高速率无线连接，但大多限于固定的、点到点之间的无线连接，难以实现类似现有移动通信及2.4/5.8ghzwifi的多点移动互联。基于波束扫描的相控阵可望用于实现移动互联，但是在较高的毫米波及太赫兹频段，相控阵中的关键器件移相器，存在插入损耗急剧加大、相位精度急剧降低等瓶颈，这极大地阻碍了相控阵在更高频段更高速率场合的发展与应用。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种面向高速率移动互联的无线系统方案，该系统不仅能够实现几十甚至上百gbps的高速率无线连接，同时能够实现多个用户或目标在移动场景下的高速率无线互联。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种面向高速率移动互联的无线系统，包括天线阵、双工器、功率放大器、低噪声放大器、混频器、信号源、调制器、跟踪锁相环和数字基带处理器，所述天线阵由若干个天线单元组成，所述天线单元用于发射和接收电磁波信号，每个天线单元均连接着一个双工器，所述双工器分别连接着功率放大器和低噪声放大器，所述功率放大器和低噪声放大器分别连接着第一混频器和第二混频器，所述第一混频器和第二混频器均连接着跟踪锁相环，所述双工器、第二混频器和跟踪锁相环之间形成接收通道，所述跟踪锁相环、第一混频器和双工器之间形成发射通道，所述跟踪锁相环连接着数字基带处理器，所述跟踪锁相环用于提取接收通道中的信号信息送至基带处理器进行处理并且将共轭后的相位信息提供给发射通道，所述数字基带处理器连接着调制器，所述调制器分别连接着信号源以及所有的第一混频器，所述信号源分别连接着所有的第一混频器和第二混频器。

进一步地，所述天线阵呈现一维线阵或二维面阵或三维曲面分布，具备发射和接收电磁波信号的能力。

进一步地，所述双工器具有隔离发射和接收信号的能力，可采用人工表面等离激元结构增加隔离度。

进一步地，所述天线阵由至少三个天线单元组成。

进一步地，所述天线单元是线极化天线或者圆极化天线。

本发明中所述双工器用于提高接收和发射通道之间的隔离度，同时信号接收和发射可以共用一根天线，将系统中的天线数量减半；所述功率放大器和低噪声放大器分别用于对发射和接收的信号进行放大；功率放大器连接着第一混频器，用于上变频以加载调制信息；低噪声放大器连接着第二混频器，用于将载波信号调制至较低频率；跟踪锁相环具备高速率提取出入射波相位的能力，同时具备产生该相位的共轭相位的能力；数字基带处理器连接着调制器，并为调制器提供待调制的信息以用于调制发射；

本发明中每个天线单元发射和接收的信号的相位都是共轭的，因此，与传统相控阵体制相比，该无线系统不需要移相器，就可实现对接收信号进行高速率解调等信号处理，并对依据其来波方向进行自动实时跟踪，从而具备了同时实现多个用户或目标在移动场景下的高速率无线互联的能力。

本发明可应用于但不限于卫星高速链路、短距超高速无线接口、移动用户超高密度场合、未来无线局域网、最后一公里宽带接入、芯片间通信、虚拟现实vr、ar、沉浸式体验、超高清远程会议、超高清电视(4k-tv甚至8k-tv)、三维全息成像及重现、远距离无线能量传输等场景。

有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：

1)不需要高损耗、低精度的传统毫米波移相器，突破了原先使用传统毫米波移相器存在的插入损耗急剧加大、相位精度急剧降低等技术瓶颈，通过跟踪锁相环提供的共轭相位，能够自动对接收信号的来波方向进行实时跟踪，具备实现数十甚至数百gbps高速率无线连接的能力；

2)在实现数十甚至数百gbps高速率无线连接的基础上，具备同时实现多个用户或目标在移动场景下的高速率无线互联的能力，从而提升虚拟现实等场合的应用体验并拓展其应用范围。

附图说明

图1为本发明无线系统的顶层结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如图1所示，本发明提供一种面向高速率移动互联的无线系统，包括天线阵、双工器2、功率放大器3、低噪声放大器4、第一混频器5、第二混频器6、宽带可调毫米波信号源7、调制器9、全数字跟踪锁相环8和数字基带处理器10，天线阵呈现一维线阵由n(n≥3)个天线单元1组成，每个天线单元1均通过一根天线连接着一个双工器2，双工器2分别连接着功率放大器3和低噪声放大器4，功率放大器3和低噪声放大器4分别连接着第一混频器5和第二混频器6，第一混频器5和第二混频器6均连接着全数字跟踪锁相环8，双工器2、第二混频器6和全数字跟踪锁相环8之间形成接收通道，全数字跟踪锁相环8、第一混频器5和双工器2之间形成发射通道，全数字跟踪锁相环8连接着数字基带处理器10，数字基带处理器10连接着调制器9，调制器9分别连接着宽带可调毫米波信号源7以及所有的第一混频器5，宽带可调毫米波信号源7分别连接着所有的第一混频器5和第二混频器6。

参照以上结构，本发明中无线系统的具体运作流程为：

1、首先天线单元1接收电磁波信号，经过双工器2后，低噪声放大器4对接收到的电磁波信号进行放大；

2、第二混频器6根据宽带可调毫米波信号源7提供的本振信号，对经过放大处理的接收信号进行下变频处理；

3、从第二混频器6的输出信号中，全数字跟踪锁相环8提取接收信号中的高速率(rxgbps)数据信息，并发送给数字基带处理器10进行处理，同时，全数字跟踪锁相环8提取接收信号的相位信息，并进行共轭处理；

4、数字基带处理器10对接收信号中的高速率数据信息进行处理后，为调制器9提供txgbps数据，调制器9对宽带可调毫米波信号源7的毫米波本振信号进行调制；

5、经过共轭处理后的信息传送至发射通道中的第一混频器5，并与经过调制器9调制后的毫米波本振信号混频，从而将相位信息及发射通道中的数据信息一起加载至高频段，并发送至功率放大器3进行信号放大；

6、放大后的信号经过双工器2和天线单元1发送至自由空间。

上述无线系统中，每个天线单元发射和接收的信号的相位是共轭的，因此，与传统相控阵体制相比，该无线系统不需要移相器，就可实现对接收信号进行高速率解调等信号处理，并对依据其来波方向进行自动实时跟踪。