太赫兹通信方法、发送端、接收端及系统

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及到一种太赫兹通信方法、发送端、接收端及系统。


背景技术：

2.随着无线通信技术的迅速发展，用户对高速率无线通信资源的需求也是日益增加，但是频谱资源的有限导致了每个用户能够使用到的频段就更少了，因此要开发还未被开发利用的频谱资源太赫兹(thz)频段，其频谱资源丰富，电磁环境好，大带宽，高速率的特点，但是太赫兹频段也有传输距离短，衰减过大，容易受干扰，难以监测等特性。因此增大噪声容限，减小噪声对无线通信系统的影响成为了一个重要的研究内容。
3.qam调制是目前常用的一种通信信号调制方式，其能够运用多路复用技术将两路信号混合一起传输，提高传输速率和频带利用率，qam是运用相位，幅度共同调制但是在高噪声条件下传输采样判决也会出现一定的误码情况。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种太赫兹通信方法、发送端、接收端及系统，旨在解决目前太赫兹通信噪声容限小，传输效率不高的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种太赫兹通信方法，用于发送端，包括：
7.获取二进制通信数据，将所述二进制通信数据分割，获得两路并行的二进制序列；
8.将所述二进制序列转换为目标进制序列；
9.利用两个相同频率、初相位相差π/2的载波分别对目标进制序列进行调制，获得两路正交信号，并将所述两路正交信号进行混合叠加处理，以获得混合信号；
10.基于所述二进制序列，确定倍频器对预置载波的倍频值，并根据所述倍频值对预置载波进行倍频，获得倍频信号；
11.将所述倍频信号与所述混合信号进行混频处理，获得输出信号，并通过发送天线发送所述输出信号。
12.可选的，所述调制采用qam调制，所述目标进制序列为所述qam调制对应进制的序列。
13.可选的，所述基于所述二进制序列，确定倍频器对预置载波的倍频值，包括：
14.将两路并行的二进制序列进行异或处理，获得二进制处理数据；
15.根据所述二进制处理数据中数值的奇偶性，判断所述二进制处理数据所对应的高低电平；
16.基于所述高低电平，匹配所述二进制处理数据所映射的载波频率，以确定倍频器对预置载波的倍频值。
17.可选的，若所述二进制处理数据中数值1的个数为奇数，确定倍频器对预置载波的倍频值为0；若所述二进制处理数据中数值1的个数为偶数，确定倍频器对预置载波的倍频值为1。
18.此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种太赫兹通信方法，用于接收端，包括：
19.将接收的输入信号与倍频信号进行混频处理，获得基带信号；
20.对所述基带信号进行电平抽判处理，以使基带信号根据预设的采样频率将幅度离散化，并对幅值进行舍零取整的量化处理，获得两路目标进制序列；
21.将所述目标进制序列转换为二进制序列；
22.将两路二进制序列合并成基带二进制数据。
23.可选的，所述将接收的输入信号与倍频信号进行混频处理，获得基带信号之前，还包括：在接收到输入信号时，利用低噪声放大器对所述输入信号进行处理，以对输入信号进行低噪声放大。
24.可选的，所述将接收的输入信号与倍频信号进行混频处理，获得基带信号，具体包括：
25.获取输入信号的解调混频频率，并将同频预制高频载波与输入信号混频处理，获得基带混频信号；
26.利用低通滤波器对所述基带混频信号进行处理，获得基带信号。
27.此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种太赫兹通信发送端，包括：
28.串并转换模块，用于获取二进制通信数据，将所述二进制通信数据分割，获得两路并行的二进制序列；
29.电平转换模块，用于将所述二进制序列转换为目标进制序列；
30.信号叠加模块，用于利用两个相同频率、初相位相差π/2的载波分别对目标进制序列进行调制，获得两路正交信号，并将所述两路正交信号进行混合叠加处理，以获得混合信号；
31.倍频选择模块，用于基于所述二进制序列，确定倍频器对预置载波的倍频值，并根据所述倍频值对预置载波进行倍频，获得倍频信号；
32.信号发送处理模块，用于将所述倍频信号与所述混合信号进行混频处理，获得输出信号，并通过发送天线发送所述输出信号。
33.此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种太赫兹通信接收端，包括：
34.信号接收处理模块，用于将接收的输入信号与倍频信号进行混频处理，获得基带信号；
35.电平判决模块，用于对所述基带信号进行电平抽判处理，以使基带信号根据预设的采样频率将幅度离散化，并对幅值进行舍零取整的量化处理，获得两路目标进制序列；
36.电平转换模块，用于将所述目标进制序列转换为二进制序列；
37.串并转换模块，用于将两路二进制序列合并成基带二进制数据。
38.此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种太赫兹通信系统，包括：
39.如上所述的太赫兹通信发送端；以及
40.如上所述的太赫兹通信接收端。
41.本发明提出了一种太赫兹通信方法、发送端、接收端及系统，该方法包括获取二进制通信数据，将二进制通信数据分割，获得两路并行的二进制序列；将二进制序列转换为目标进制序列；利用两个相同频率、初相位相差π/2的载波分别对目标进制序列进行调制，获得两路正交信号，并将两路正交信号进行混合叠加处理，以获得混合信号；基于二进制序列，确定倍频器对预置载波的倍频值，并根据倍频值对预置载波进行倍频，获得倍频信号；将倍频信号与混合信号进行混频处理，获得输出信号，并通过发送天线发送输出信号。本发明通过向qam调制中加入频率参数共同参与调制实现信号抽样判决减小误码率，提高传输效率，在传输同等量的数据时，提高了通信系统的噪声容限，误码率减少了约50％，在太赫兹无线通信系统中，从而弥补了太赫兹高频传输过程中信噪比门限。
附图说明
42.图1为本发明实施例中太赫兹通信方法的其一流程示意图；
43.图2为本发明实施例中太赫兹通信发送端的原理示意图；
44.图3为本发明实施例中异或处理模块的结构原理示意图；
45.图4为本发明实施例中信号发送处理模块的结构原理示意图；
46.图5为本发明实施例中太赫兹通信方法的其二流程示意图；
47.图6为本发明实施例中太赫兹通信接收端的原理示意图；
48.图7为本发明实施例中信号接收处理模块的原理示意图。
49.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
50.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
51.下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
52.需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
53.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。
54.随着无线通信技术的迅速发展，用户对高速率无线通信资源的需求也是日益增加，但是频谱资源的有限导致了每个用户能够使用到的频段就更少了，因此要开发还未被开发利用的频谱资源太赫兹(thz)频段，其频谱资源丰富，电磁环境好，大带宽，高速率的特点，但是太赫兹频段也有传输距离短，衰减过大，容易受干扰，难以监测等特性。因此增大噪声容限，减小噪声对无线通信系统的影响成为了一个重要的研究内容。
55.qam调制是目前常用的一种通信信号调制方式，其能够运用多路复用技术将两路信号混合一起传输，提高传输速率和频带利用率，qam是运用相位，幅度共同调制但是在高
噪声条件下传输采样判决也会出现一定的误码情况。
56.为了解决这一问题，提出本发明的太赫兹通信方法的各个实施例。本发明提供的太赫兹通信方法通过向qam调制中加入频率参数共同参与调制实现信号抽样判决减小误码率，提高传输效率，在传输同等量的数据时，提高了通信系统的噪声容限，误码率减少了约50％，在太赫兹无线通信系统中，从而弥补了太赫兹高频传输过程中信噪比门限。
57.参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的太赫兹通信方法的其一流程示意图。
58.本实施例提供一种太赫兹通信方法，用于发送端，包括以下步骤：
59.步骤s100，获取二进制通信数据，将所述二进制通信数据分割，获得两路并行的二进制序列。
60.具体而言，在获取到二进制通信数据时，将基带二进制数据分割为两路并行的二进制序列，以实现串并转换。
61.步骤s200，将所述二进制序列转换为目标进制序列。
62.具体而言，目标进制序列为后续进行调制时所对应进制的序列。
63.步骤s300，利用两个相同频率、初相位相差π/2的载波分别对目标进制序列进行调制，获得两路正交信号，并将所述两路正交信号进行混合叠加处理，以获得混合信号。
64.具体而言，调制采用qam调制，所述目标进制序列为所述qam调制对应进制的序列。
65.步骤s400，基于所述二进制序列，确定倍频器对预置载波的倍频值，并根据所述倍频值对预置载波进行倍频，获得倍频信号。
66.具体而言，在确定倍频器对预置载波的倍频值时，将两路并行的二进制序列进行异或处理，获得二进制处理数据；根据所述二进制处理数据中数值的奇偶性，判断所述二进制处理数据所对应的高低电平；基于所述高低电平，匹配所述二进制处理数据所映射的载波频率，以确定倍频器对预置载波的倍频值。
67.需要说明的是，若所述二进制处理数据中数值1的个数为奇数，确定倍频器对预置载波的倍频值为0；若所述二进制处理数据中数值1的个数为偶数，确定倍频器对预置载波的倍频值为1。
68.步骤s500，将所述倍频信号与所述混合信号进行混频处理，获得输出信号，并通过发送天线发送所述输出信号。
69.具体而言，在混频时，将混合信号和作为载波信号的倍频信号进行混频倍频处理，最后通过水平极化喇叭天线向空间中定向发送宽频带信号。
70.在另一实施例中，提供一种太赫兹通信发送端，该通信发送端包括串并转换模块、异或处理模块、电平转换模块和信号发送处理模块。
71.其中，串并转换模块，用于将基带二进制数据进行分割成两路并行二进制序列；异或处理模块，用于判断该信号所属星座图位置且选择相应的倍频器处理；电平转换模块，用于将二进制序列转成qam阶数的进制数；信号叠加模块，用于将两个相同频率初相位相差π/2的载波分别对两路数字信号调制形成正交信号且将得到的两路信号混合叠加传输；信号发送处理模块，用于对混合信号和载波信号进行混频倍频处理，最后通过水平极化喇叭天线向空间中定向发送宽频带信号。
72.需要说明的是，异或处理模块包括：异或门单元，用于将一组两路的二进制数据进行异或处理，得到一个新的二进制数据；奇偶电平转换单元，用于将所述新二进制数据1的
个数进行奇偶性判断分别对应高低电平；倍频映射单元，用于所述高低电平映射的载波频率，其目的在于该信号是否混频上变频处理。
73.信号叠加模块包括：根据预置的高频载波将一组两路基带信号(ask调制)且向上变频进行传输。所述的高频载波直接对一路基带信号调制，高频载波移位π/2后形成正交载波对另外一路基带信号进行调制。两路信号混合处理，得到一个电磁波模拟信号。
74.信号发送处理模块包括：信号输入单元，接收所述的电磁波模拟信号和预制高频载波信号；同步时钟单元，用于记录每个信号上变频情况其目的在于解调时钟周期；上变频单元，根据所述倍频映射单元处理是否将所述模拟信号与预制高频载波混频处理。
75.另外，发送喇叭天线为水平极化喇叭天线，所述发送喇叭天线基于喇叭天线的旁瓣抑制布置。
76.为了便于理解，本实施例提出太赫兹通信发送端的具体实例，具体如下：
77.如图2所示，太赫兹通信发送端包括：串并转换模块，电平转换模块，信号叠加模块，异或处理模块，信号发送处理模块和发送喇叭天线。
78.串并转换模块：用于将一组二进制数据分割成两路并行数据。如图3所示，该异或处理模块包括了：异或门单元，奇偶电平转换单元和倍频映射单元。该两路并行二进制数据进入异或处理得到一个新的二进制数据，再判断新数据1的个数奇偶性，其目的在于将这一组二进制数据分成两类，用于倍频器的选择，奇数选择倍频器
×
1，偶数选择倍频器
×
0。
79.以16qam调制为例，一次性调制4位二进制数据，每路分别有2位二进制。数据1100所对应的星座图位置相邻的4组二进制分别为0100，1000，1110，1101，数据1100异或处理结果为10^10＝00，所相邻的二进制异或处理结果分别为00^10＝10，10^00＝10，11^10＝01，10^11＝01，其四组1的个数都为奇数与1100结果相反，这将很好的区分开数据1100与相邻的四组数据。
80.电平转换模块，将用于将两路二进制序列转成qam阶数的进制数分别为g1(t)，g2(t)。
81.信号叠加模块，将用于将两个相同频率初相位相差π/2的载波分别对两路数字信号调制形成正交信号且将得到的两路信号混合叠加传输,数字信号g1(t)与g2(t)转变成一个模拟信号m(t)＝g1(t)coswt+g2(t)sinwt。
82.信号发送处理模块，将对混合信号和预置载波信号进行相应混频倍频处理，得到最终发送模拟信号。如图4所示，信号发送处理模块，其输入端1为接收两路混合后的叠加信号，其输入端2为所述经过异或处理模块后的结果输入。将用同步时钟装置记录连续的每组基带信号的异或结果。
83.预置载波源作为混频器的本机振荡器，根据该组信号的异或结果来选择是否进行混频上变频处理发送。例如二进制数据1100异或处理结果为偶数，选择倍频器
×
0，其目的是将输入的叠加信号直接通过水平极化喇叭发送，不再进行上变频处理形成中频信号发送，与之相邻的4组二进制数据均以倍频器
×
1混频处理发送。
84.发送喇叭天线均为水平极化喇叭天线定向发送，所述发送喇叭天线基于喇叭天线的旁瓣抑制布置。
85.参照图5，图5为本发明实施例方案涉及的太赫兹通信方法的其二流程示意图。
86.本实施例提供一种太赫兹通信方法，用于接收端，包括以下步骤：
87.步骤s600，将接收的输入信号与倍频信号进行混频处理，获得基带信号。
88.具体而言，在将接收的输入信号与倍频信号进行混频处理，获得基带信号之前，还包括：在接收到输入信号时，利用低噪声放大器对所述输入信号进行处理，以对输入信号进行低噪声放大。
89.容易理解的，在获得基带信号时，获取输入信号的解调混频频率，并将同频预制高频载波与输入信号混频处理，获得基带混频信号；利用低通滤波器对所述基带混频信号进行处理，获得基带信号。
90.步骤s700，对所述基带信号进行电平抽判处理，以使基带信号根据预设的采样频率将幅度离散化，并对幅值进行舍零取整的量化处理，获得两路目标进制序列。
91.具体而言，在进行抽判处理时，可根据两路分别判定幅度，相位所属，以及传输频率大小，以获得最终两路目标进制序列。
92.步骤s800，将所述目标进制序列转换为二进制序列。
93.具体而言，目标进制序列为qam调制阶数对应的进制数，进而将qam调制阶数的进制数转换成二进制序列。
94.步骤s900，将两路二进制序列合并成基带二进制数据。
95.具体而言，将两路并行二进制序列合并成一条基带二进制数据。
96.在另一实施例中，提供一种太赫兹通信接收端，该通信接收端包括：接收喇叭天线，信号接收处理模块，电平判决模块，电平转换模块和串并转换模块。
97.其中，接收喇叭天线，用于通过频带宽，副瓣低定向的接收弱太赫兹信号；信号接收处理模块，用于将所述太赫兹信号放大，进行上变频处理且通过滤波器生成基带信号；电平判决模块，用于对所述基带信号进行电平抽判处理，根据两路分别判定幅度，相位所属，以及传输频率大小；电平转换模块，用于将qam调制阶数的进制数转换成二进制序列；串并转换模块，用于将两路并行二进制序列合并成一条基带二进制数据。
98.需要说明的是，信号接受处理模块包括：低噪声放大器，由于太赫兹信号传播衰减大，用于减小噪声放大需要接收到的弱太赫兹信号；同步时钟单元，用于判断每组信号的解调混频频率；上变频单元，用于将同频预制高频载波与接收调制信号混频处理，将高低频信号分离出来；低通滤波器，用于将所述高频信号过滤，留下所需基带信号。
99.电平判决模块包括：判决门限，计算设定一定的门限值，减少误码率；电平抽样量化，将所述基带信号根据一定的采样频率将幅度离散化，对幅值进行舍零取整量化处理。
100.为了便于理解，本实施例提出太赫兹通信接收端的具体实例，具体如下：
101.如图6所示，太赫兹通信接收端包括接收喇叭天线，信号接收处理模块，电平判决模块，电平转换模块和串并转换模块。
102.接收喇叭天线，用于通过频带宽，副瓣低定向的接收弱太赫兹信号，接收到频率为w和2w的两种模拟信号。
103.信号接收处理模块，用于对所述太赫兹信号放大，进行上变频处理且通过低通滤波器生成数字信号。如图7所示，通过喇叭天线接收到的太赫兹信号首先需要通过低噪声放大器来放大信号减少噪声提高信噪比。
104.同步时钟单元，将根据最终调制载波频率决定解调时混频本机振荡器的频率。
105.对于解调该组太赫兹信号通过异或处理模块的结果为奇数时应选择倍频器
×
2，
为偶数选择倍频器
×
1。
106.信号接收处理模块中，接收到的信号被放大后,与频率为w频载波混频相乘，得到的信号为：
107.m1(t)＝[g1(t)coswt+g2(t)sinwt]coswt＝1/2g1(t)+1/2[g1(t)cos2wt+g2(t)sin2wt]
[0108]
m2(t)＝[g1(t)coswt+g2(t)sinwt]sinwt＝1/2g2(t)+1/2[g1(t)sin2wt-g2(t)cos2wt]
[0109]
相应的与载波频率为2w混频相乘得到的信号为：
[0110]
n1＝[k1(t)cos2wt+k2(t)sin2wt]cos2wt＝1/2k1(t)+1/2[k1(t)cos4wt+k2(t)sin4wt]
[0111]
n2＝[k1(t)cos2wt+k2(t)sin2wt]sin2wt＝1/2k2(t)+1/2[k1(t)sin4wt-k2(t)cos4wt]
[0112]
混频向上变频，将高频载波与接收调制信号混频处理，目的在于将高低频信号分离出来,所述混频处理得到的信号都为一个数字信号与一个高频模拟信号的和。
[0113]
低通滤波器，用于将所述高频信号过滤，留下所需基带信号，4种分别为，m1(t)＝1/2g1(t)，m2(t)＝1/2g2(t)，n1(t)＝1/2k1(t)和n2(t)＝1/2k2(t)。
[0114]
电平判决模块，对所述基带信号进行电平抽判处理，根据各自两路分别判定幅度，相位所对应，以及传输频率大小，电平抽判的判决门限，需设定一定的门限值，减少误码率，然后电平抽样量化，对所述基带信号根据一定的采样频率将幅度离散化，对幅值进行舍零取整量化处理。
[0115]
电平转换，对qam调制阶数的进制数转换成二进制序列。
[0116]
串并转换，用于将两路并行二进制序列还原成一条二进制数据，也是太赫兹通信系统传输的原始信号。
[0117]
综上，本实施例对qam调制的改进，从由幅度，相位调制，到增加了载波频率因素到里面，从而增加了抽样判决过程中的判断条件，达到减小太赫兹通信系统传输的误码率。
[0118]
在本实施例中，还提供一种包括太赫兹通信发送端和太赫兹通信接收端的太赫兹通信系统，通过太赫兹通信系统，在传输同等量的数据时，提高了通信系统的噪声容限，误码率减少了约50％，在太赫兹无线通信系统中，从而弥补了太赫兹高频传输过程中信噪比门限。
[0119]
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。