具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

本发明实施例公开了一种短距离太赫兹通信系统及信号接收、发送方法，能够通过太赫兹混频器在太赫兹频段实现Tbps级别的数据传输速率，并且，充分利用太赫兹频段大带宽特点，实现大带宽信号传输。并且，采用单极化的喇叭天线以及基于喇叭天线的旁瓣抑制布置使相邻信道间干扰满足多条链路同时独立收发要求。

实施例一

请参阅图1，图1为本发明实施例公开的一种短距离太赫兹通信系统示意图。如图1所示，该短距离太赫兹通信系统包括：发送端1和接收端2，

发送端1包括：发送控制模块11，用于根据GPS或北斗卫星导航系统的授时获取同步时钟，基于同步时钟同时输出16路基带数据至发送基带处理模块。其中，输出16路基带信号的数据源为16台服务器。如图2所示，可以具体实现为通过网络时间服务器获取GPS或北斗卫星导航系统的授时，再通过网络时间服务器为各台服务器及控制计算机提供精准的同步时钟。即可以通过发送控制模块11在控制计算机的指令下，各台服务器在同步的时钟节拍下同时输出各路数据至发送基带处理模块12。

发送基带处理模块12，用于获取16路基带数据通过高速数据处理生成中频信号。

其中，基带处理模块12包括：

串并转换单元121，用于将16基带数据经过时间分割串并变换生成16路并行数据。

校验单元122，用于对16路并行数据进行循环冗余校验。

符合映射单元123，用于采用16路正交振幅调制对经过校验的16路并行数据进行调制生成数字调制信号。

数模转换单元124，用于对数字调制信。

示例性地，图4为该发送基带处理模块12的在具体应用场景的实施例示意图，如图4所示，在发射基带信号处理中的FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点），接收由服务器端发送的数据信息，经过时间分割串并变换，变为16路并行数据，从而提高基带平台数据处理吞吐量。

进一步地，为了提高数据的准确性，对16路并行数据加上循环冗余校验（CRC）用来校验数据是否出错，其中，信道编码使用LDPC编译码，LDPC码是一种分组码，其校验矩阵只含有很少量非零元素，从而保证了译码复杂度和最小码距都只随码长线性增。

进一步地，为了提高传输效率，使用基于概率计算的方式可以在有限的FPGA逻辑资源条件下实现低时延、高速率的编译码。

进一步地，在其他优选实施方式中，还将数据通过加扰模块，该加扰模块是为了减少序列中出现大量连续“0”“1”序列的概率，增大“0”“1”数据分布的随机性，在序列中加干扰。调制方式采用16QAM（调制方式），经过分组后，奇数位为同相路，偶数位为正交路，经过电平变换后，同相路和正交路经过相乘器，分别与两个正交载波相乘后再相加，进而得到数字调制信号。

由于在数据的传输中是以信号带宽极宽为标准，不可避免的存在射频非理想性、信道高频衰减、频谱不平整等问题，将严重影响链路误码率与信噪比参数，因此使用宽带预失真算法，由发射端进行数字宽带补偿。采用数字基带自适应预失真技术。

进一步地，在载波同步和相位噪声同时会导致数据相位的偏移，如果能够将该相位偏移进行纠正，就能同时进行相位噪声的补偿抑制，而接收端的接收信号进行相干解调后，残留有载波频偏，同时还受到了相位噪声的影响。采用内插相位估计调制方法解决相位噪声问题，传输的一个数据块中用Ga64做为保护间隔，和循环前缀，其主要重要是避免块间干扰，并将线性卷积转化为循环前缀，同时保护间隔Ga64也在载波同步、相位噪声补偿抑制上起到了很大的作用。由于加循环前缀也就是加入保护间隔，将符号尾部G长度的数据加到头部，构成循环前缀。利用循环前缀，有助于实现时间同步和频率同步。加入导频符号后，把数据成帧，通过数字信号处理的方法，经过成型滤波器后，数字上变频，然后通过数模转换器后，把中频信号发送出去。

发送太赫兹混频器13，用于根据预置的本振源和倍振器将中频信号进行二次上变频处理生成2组8路太赫兹信号。示例性地，发送太赫兹混频器13包括：

频率范围为10.8-12.5GHz的本振源131、10倍倍频器132和6倍变频器133；该太赫兹混频器用于将中频信号进行上变频处理生成8路210GHz-232GHz太赫兹信号，通过频率范围为10.8-12.5GHz的本振源变换至110GHz，然后通过该发送太赫兹分谐波混频器将高速模数转换器产生的20GHz带宽的信号上变频至210GHz-232GHz。同样的，将中频信号的本振源经过6倍频后产生70GHz的基频载波，然后通过太赫兹分谐波混频器将高速模数转换器产生的20GHz带宽的信号上变频至130GHz-152GHz进行上变频处理生成8路130GHz-152GHz太赫兹信号。

发送喇叭天线14，用于将2组太赫兹信号向空间传播。

接收端2包括：接收喇叭天线21，用于接收太赫兹信号。太赫兹喇叭天线将与发射天线对应的信号接收进来。

接收太赫兹混频器22，用于根据预置的本振源和倍振器将太赫兹信号进行上变频处理生成中频信号。

低噪声放大器23，用于将中频信号放大至接收基带处理模块24可采样的频率并传输至接收基带处理模块23。接收链路增加低噪声放大器（LNA）将小信号放大至高速模数转换器（ADC）可采样的电平范围内以提高信噪比。

接收基带处理模块24，用于将放大后的中频信号进行解调生成基带数据。16路接收信号经FPGA做基带解调后通过QSFP28光/电接口传输至接收控制模块。

接收控制模块25，用于将基带数据进行数据误码率和传输速率的统计生成数据统计结果输出显示。该接收控制模块实现为服务器，通过该服务器做进一步的数据处理恢复出发送端的原始数据并进行数据误码率、传输速率的相关统计分析，数据统计结果在接收端控制计算机或服务器上显示。

示例性地，图5为该接收基带处理模块24的在具体应用场景的实施例示意图，如图5所示，接收信号经过模数转换器变为数字信号后，经过FIFO存储器，FIFO是先入先出的双口缓冲器，对连续的数据流进行缓存，从而有利于防止丢失数据。然后经过数字下变频，时间同步，去掉循环前缀。频偏是由于本振源的实际输出频率与理想频率之间有差距，从而本振信号的频率不可能和输入信号的载波频率完全一致，由此产生频偏。目前对于频偏估计有多种算法，例如相位处理载波恢复法等，需根据射频链路具体实现与基带逻辑资源剩余情况选择合适的频偏估计算法。

信道均衡是为了消除或者是减弱宽带通信时的带来的码间串扰（ISI）问题，相噪抑制模块通过相位序列估计，解决相位噪声问题。16QAM解调可以采用正交的相干解调方法，接收信号经过有正交载波的相干解调器后，进入判决器判决，输出信号。最后通过解扰，LDPC信道译码，得到数据信息。

其中，如图6所示，接收喇叭天线21和发送喇叭天线14均为单极化喇叭天线，接收喇叭天线和所述发送喇叭天线基于喇叭天线的旁瓣抑制布置。使信道间干扰达到<-30dB的要求。相邻信道间干扰<-30dB情况下满足各同频信道独立收发的功能，可见，所采用单极化的喇叭天线以及基于喇叭天线的旁瓣抑制布置使相邻信道间干扰满足16条链路同时独立收发，已达到增加信道容量，提高通信速率的目的。

需要说明的是，本短距离太赫兹系统可以达到1Tbps的通信速率，收发链路各16路，且每路速率为64Gbps，共计16×64Gbps=1.024 Tbps，通信距离约0.5m。每一条链路采用16QAM的调制方式，符号速率符号率Rs =16 GSPS，使用α=0.35的成型滤波器，每路基带信号带宽：B=(1+α) *Rs/2=1.35×8=10.8 GHz，射频信号带宽：BW=2*B=21.6 GHz。由此，要求每路ADC/DAC的采样率大于44GSPS。由此，可以对16路的大带宽信号独立的接收或发送，在太赫兹频段实现大带宽信号传输，进而实Tbps级别的数据传输速率，而且本短距离太赫兹通信系统能实现1Tbps以上空口传输速率。

根据本实施例提供的系统，能够通过太赫兹混频器在太赫兹频段实现Tbps级别的数据传输速率，并且，充分利用太赫兹频段大带宽特点，实现大带宽信号传输。并且，采用单极化的喇叭天线以及基于喇叭天线的旁瓣抑制布置使相邻信道间干扰满足多条链路同时独立收发要求。

实施例二

请参阅图7，图7为本发明实施例公开的一种短距离太赫兹通信信号发送方法流程示意图。如图7所示，该短距离太赫兹通信发送信号方法包括：

101、根据GPS或北斗卫星导航系统的授时获取同步时钟，基于同步时钟同时输出16路基带数据。

其中，输出16路基带信号的数据源为16台服务器。如图2所示，可以具体实现为通过网络时间服务器获取GPS或北斗卫星导航系统的授时，再通过网络时间服务器为各台服务器及控制计算机提供精准的同步时钟。

102、获取16路基带数据通过高速数据处理生成中频信号。

具体实现为：将17路基带数据经过时间分割串并变换生成16路并行数据；对16路并行数据进行循环冗余校验。采用16路正交振幅调制对经过校验的所述16路并行数据进行调制生成数字调制信号。对数字调制信号进行数模转换生成中频信号。

作为一种具体实施方式，发射基带信号处理中的FPGA（Field Programmable GateArray）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点），接收由服务器端发送的数据信息，经过时间分割串并变换，变为16路并行数据，从而提高基带平台数据处理吞吐量。

进一步地，为了提高数据的准确性，对16路并行数据加上循环冗余校验（CRC）用来校验数据是否出错，其中，信道编码使用LDPC编译码，LDPC码是一种分组码，其校验矩阵只含有很少量非零元素，从而保证了译码复杂度和最小码距都只随码长线性增。

进一步地，为了提高传输效率，使用基于概率计算的方式可以在有限的FPGA逻辑资源条件下实现低时延、高速率的编译码。

进一步地，在其他优选实施方式中，还将数据通过加扰模块，该加扰模块是为了减少序列中出现大量连续“0”“1”序列的概率，增大“0”“1”数据分布的随机性，在序列中加干扰。调制方式采用16QAM（调制方式），经过分组后，奇数位为同相路，偶数位为正交路，经过电平变换后，同相路和正交路经过相乘器，分别与两个正交载波相乘后再相加，进而得到数字调制信号。

由于在数据的传输中是以信号带宽极宽为标准，不可避免的存在射频非理想性、信道高频衰减、频谱不平整等问题，将严重影响链路误码率与信噪比参数，因此使用宽带预失真算法，由发射端进行数字宽带补偿。采用数字基带自适应预失真技术。

进一步地，在载波同步和相位噪声同时会导致数据相位的偏移，如果能够将该相位偏移进行纠正，就能同时进行相位噪声的补偿抑制，而接收端的接收信号进行相干解调后，残留有载波频偏，同时还受到了相位噪声的影响。采用内插相位估计调制方法解决相位噪声问题，传输的一个数据块中用Ga64做为保护间隔，和循环前缀，其主要重要是避免块间干扰，并将线性卷积转化为循环前缀，同时保护间隔Ga64也在载波同步、相位噪声补偿抑制上起到了很大的作用。由于加循环前缀也就是加入保护间隔，将符号尾部G长度的数据加到头部，构成循环前缀。利用循环前缀，有助于实现时间同步和频率同步。加入导频符号后，把数据成帧，通过数字信号处理的方法，经过成型滤波器后，数字上变频，然后通过数模转换器后，把中频信号发送出去。

103、根据预置的本振源和倍振器将中频信号通过发送太赫兹混频器进行二次上变频处理生成2组8路太赫兹信号。

示例性地，发送太赫兹混频器13包括：

频率范围为10.8-12.5GHz的本振源131、10倍倍频器132和6倍变频器133；该太赫兹混频器用于将中频信号进行上变频处理生成8路210GHz-232GHz太赫兹信号，通过频率范围为10.8-12.5GHz的本振源变换至110GHz，然后通过该发送太赫兹分谐波混频器将高速模数转换器产生的20GHz带宽的信号上变频至210GHz-232GHz。同样的，将中频信号的本振源经过6倍频后产生70GHz的基频载波，然后通过太赫兹分谐波混频器将高速模数转换器产生的20GHz带宽的信号上变频至130GHz-152GHz进行上变频处理生成8路130GHz-152GHz太赫兹信号。

104、将2组太赫兹信号通过发送喇叭天线向空间传播。

发送喇叭天线为单极化喇叭天线，所述发送喇叭天线基于喇叭天线的旁瓣抑制布置。使信道间干扰达到<-30dB 的要求。相邻信道间干扰<-30dB情况下满足各同频信道独立收发的功能，已达到增加信道容量，提高通信速率的目的。

根据本实施例提供的方法，能够通过太赫兹混频器在太赫兹频段实现Tbps级别的数据传输速率，并且，充分利用太赫兹频段大带宽特点，实现大带宽信号传输。并且，采用单极化的喇叭天线以及基于喇叭天线的旁瓣抑制布置使相邻信道间干扰满足多条链路同时独立收发要求。

实施例三

请参阅图8，图8为本发明实施例公开的一种短距离太赫兹通信信号接收方法流程示意图。如图8所示，该短距离太赫兹通信信号接收方法包括：

201、通过接收喇叭天线接收太赫兹信号。

太赫兹喇叭天线将与发射天线对应的信号接收进来。

202、根据预置的本振源和倍振器将太赫兹信号进行上变频处理生成中频信号；

203、将中频信号放大至接受基带处理模块可采样的频率并传输至接收基带处理模块。

204、在接收基带处理模块中将放大后的中频信号进行解调生成基带数据。

具体地，接收信号经过模数转换器变为数字信号后，经过FIFO存储器，FIFO是先入先出的双口缓冲器，对连续的数据流进行缓存，从而有利于防止丢失数据。然后经过数字下变频，时间同步，去掉循环前缀。频偏是由于本振源的实际输出频率与理想频率之间有差距，从而本振信号的频率不可能和输入信号的载波频率完全一致，由此产生频偏。目前对于频偏估计有多种算法，例如相位处理载波恢复法等，需根据射频链路具体实现与基带逻辑资源剩余情况选择合适的频偏估计算法。

信道均衡是为了消除或者是减弱宽带通信时的带来的码间串扰（ISI）问题，相噪抑制模块通过相位序列估计，解决相位噪声问题。16QAM解调可以采用正交的相干解调方法，接收信号经过有正交载波的相干解调器后，进入判决器判决，输出信号。最后通过解扰，LDPC信道译码，得到数据信息。并且，可以使得每条射频链路能实现对21.6GHz带宽信号的变频及信号采样。

205、将基带数据进行数据误码率和传输速率的统计生成数据统计结果输出显示。

接收喇叭天线为单极化喇叭天线，所述接收喇叭天线基于喇叭天线的旁瓣抑制布置。使信道间干扰达到<-30dB 的要求。相邻信道间干扰<-30dB情况下满足各同频信道独立收发的功能，已达到增加信道容量，提高通信速率的目的。

根据本实施例提供的方法，能够通过太赫兹混频器在太赫兹频段实现Tbps级别的数据传输速率，并且，充分利用太赫兹频段大带宽特点，实现大带宽信号传输。并且，采用单极化的喇叭天线以及基于喇叭天线的旁瓣抑制布置使相邻信道间干扰满足多条链路同时独立收发要求。

实施例四

请参阅图9，图9是本发明实施例公开的一种短距离太赫兹通信装置的结构示意图。如图9所示，该装置可以包括：

存储有可执行程序代码的存储器301；

与存储器301耦合的处理器302；

处理器302调用存储器301中存储的可执行程序代码，用于执行实施例二或实施例三中所描述的短距离太赫兹通信方法。

实施例五

本发明实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行实施例二或实施例三中所描述的短距离太赫兹通信方法。

实施例六

本发明实施例公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，且该计算机程序可操作来使计算机执行实施例二或实施例三中所描述的短距离太赫兹通信方法。

以上所描述的的实施例仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种短距离太赫兹通信系统及其信号发送、接收方法所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。