太赫茲無線通信

第 1章 研究動機及應用001
1.1 無線通信的發(fā)展歷程 005
1.1.1 1G 006
1.1.2 2G 006
1.1.3 3G 007
1.1.4 4G 007
1.1.5 5G 008
1.1.6 6G 009
1.2 下一代無線通信系統(tǒng)愿景與需求 009
1.2.1 6G愿景與發(fā)展規(guī)劃 009
1.2.2 面向6G的太赫茲通信應用場景 014
1.3 太赫茲無線通信的優(yōu)勢 019
1.3.1 毫米波與太赫茲 019
1.3.2 紅外線與太赫茲 020
1.3.3 可見光與太赫茲 021
1.4 本章小結(jié) 022
參考文獻 023
第 2章 全球合作及標準化 027
2.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 028
2.1.1 美國 028
2.1.2 歐洲 030
2.1.3 日韓 032
2.1.4 中國 033
2.2 太赫茲通信標準化進程 035
2.3 本章小結(jié) 038
參考文獻 038
第3章 太赫茲無線通信信號產(chǎn)生 041
3.1 真空電子學太赫茲輻射源 042
3.1.1 新型慢波結(jié)構(gòu)切倫科夫太赫茲輻射源 042
3.1.2 電子回旋諧振脈塞太赫茲輻射源 048
3.1.3 史密斯 珀塞爾效應太赫茲輻射源 049
3.2 光子學太赫茲輻射源 052
3.3 固態(tài)半導體電子學太赫茲輻射源 059
3.4 太赫茲量子級聯(lián)激光器 062
3.5 本章小結(jié) 064
參考文獻 064
第4章 太赫茲固態(tài)通信系統(tǒng)射頻收發(fā)前端 071
4.1 太赫茲肖特基勢壘二極管 072
4.1.1 太赫茲肖特基勢壘二極管基本原理 073
4.1.2 太赫茲二極管基本特性 075
4.1.3 太赫茲平面肖特基二極管 080
4.1.4 太赫茲平面肖特基二極管建模 082
4.1.5 太赫茲平面肖特基二極管的改進 085
4.2 太赫茲混頻器 088
4.2.1 太赫茲混合集成混頻技術 088
4.2.2 太赫茲GaAs單片集成混頻技術 105
4.2.3 太赫茲異質(zhì)集成混頻技術 112
4.2.4 太赫茲高次諧波混頻技術 120
4.3 太赫茲倍頻器 134
4.3.1 太赫茲頻段二倍頻技術 135
4.3.2 太赫茲頻段三倍頻技術 160
4.4 太赫茲分支波導定向耦合器 172
4.4.1 分支波導定向耦合器基本理論 172
4.4.2 基于模式匹配法（MMM）的新型耦合器精確建模方法 178
4.4.3 改進型小型化耦合器電路研究 185
4.5 太赫茲腔體濾波器 191
4.6 本章小結(jié) 194
參考文獻 195
第5章 太赫茲天線 199
5.1 太赫茲天線的基本類型 202
5.1.1 金屬天線 202
5.1.2 介質(zhì)天線 203
5.1.3 新材料天線 204
5.2 典型的太赫茲天線 208
5.2.1 太赫茲光導天線 208
5.2.2 太赫茲喇叭天線 213
5.2.3 太赫茲透鏡天線 218
5.2.4 太赫茲微帶天線 220
5.2.5 太赫茲片上天線 223
5.3 太赫茲天線的加工技術 228
5.3.1 太赫茲微機械加工技術 228
5.3.2 新型太赫茲工藝技術 229
5.4 本章小結(jié) 230
參考文獻 230
第6章 納米微細結(jié)構(gòu)超材料 237
6.1 納米微細結(jié)構(gòu)超材料概述 239
6.2 被動型超材料結(jié)構(gòu) 241
6.2.1 具有單一功能的太赫茲波前調(diào)制超材料 241
6.2.2 具有復用功能的太赫茲波前調(diào)制超材料 263
6.3 主動型超材料結(jié)構(gòu) 268
6.3.1 溫控超材料器件 269
6.3.2 電控超材料器件 273
6.3.3 光控超材料器件 278
6.4 本章小結(jié) 282
參考文獻 282
第7章 太赫茲實驗測試臺 289
7.1 太赫茲分諧波混頻器測試 291
7.1.1 太赫茲分諧波混頻器變頻損耗測試 291
7.1.2 太赫茲分諧波混頻器等效噪聲溫度測試 293
7.2 太赫茲倍頻器測試 296
7.3 太赫茲無源電路測試 298
7.4 太赫茲固態(tài)高速通信實驗 301
7.4.1 220 GHz高速通信實驗驗證系統(tǒng) 301
7.4.2 220 GHz雙通道高速通信實驗驗證系統(tǒng) 320
7.5 本章小結(jié) 331
參考文獻 332
第8章 基本傳播特性 335
8.1 自由空間傳播 336
8.2 太赫茲反射、散射等傳播機制 337
8.2.1 反射、散射、繞射以及透射效應 337
8.2.2 太赫茲頻段內(nèi)的反射射線傳播 337
8.2.3 太赫茲頻段內(nèi)的散射射線傳播 339
8.2.4 太赫茲頻段內(nèi)的繞射射線傳播 340
8.3 大氣分子吸收及雨霧衰減 342
8.3.1 大氣分子吸收效應 342
8.3.2 天氣因素的影響 346
8.4 本章小結(jié) 348
參考文獻 348
第9章 信道建模 351
9.1 太赫茲信道建模概述 352
9.2 確定性信道建模 353
9.2.1 單輸入單輸出系統(tǒng)的射線追蹤法 354
9.2.2 單輸入單輸出系統(tǒng)的時域有限差分法 355
9.2.3 超密集多輸入多輸出系統(tǒng)的射線追蹤法 356
9.3 統(tǒng)計性信道建模 358
9.3.1 單輸入單輸出系統(tǒng)的統(tǒng)計性信道模型 358
9.3.2 超密集多輸入多輸出系統(tǒng)的統(tǒng)計性信道模型 360
9.4 常用的太赫茲信道模型 364
9.4.1 多徑傳播模型 364
9.4.2 無線片上信道模型 366
9.4.3 車載信道模型 373
9.5 本章小結(jié) 378
9.5.1 單輸入單輸出信道建模 378
9.5.2 超密集多輸入多輸出信道建模 380
參考文獻 381
第 10章 信道測量 387
10.1 太赫茲信道測量概述 388
10.2 室內(nèi)信道測量 389
10.2.1 基于矢量網(wǎng)絡分析儀的信道測量與信道測量系統(tǒng) 389
10.2.2 基于太赫茲時域光譜儀的信道測量與信道測量系統(tǒng) 398
10.3 室外信道測量 400
10.3.1 基于滑動相關法的信道測量 400
10.3.2 基于滑動相關法的太赫茲信道測量系統(tǒng) 401
10.4 本章小結(jié) 403
參考文獻 404
第 11章 信道編碼、調(diào)制與波形設計 407
11.1 信道編碼 409
11.1.1 信道誤差模型 411
11.1.2 低權重信道編碼 414
11.2 飛秒脈沖調(diào)制 415
11.2.1 基于飛秒脈沖的TS-OOK調(diào)制 416
11.2.2 單用戶場景性能分析 418
11.2.3 多用戶場景性能分析 421
11.3 分層調(diào)制 422
11.3.1 調(diào)制器、解調(diào)器結(jié)構(gòu) 423
11.3.2 分層帶寬調(diào)制星座圖 425
11.3.3 性能分析 426
11.4 寬帶波形設計 427
11.4.1 太赫茲頻段中的多寬帶通信 427
11.4.2 寬帶波束設計 430
11.5 本章小結(jié) 433
參考文獻 433
第 12章 超大規(guī)模MIMO傳輸 435
12.1 超大規(guī)模天線陣列 436
12.1.1 等離子體納米天線陣列 437
12.1.2 超大規(guī)模MIMO通信 441
12.1.3 UM-MIMO通信系統(tǒng) 445
12.2 信道狀態(tài)信息獲取 447
12.2.1 傳統(tǒng)信道估計方法 448
12.2.2 信道反饋方法分析 452
12.3 波束成形技術 453
12.3.1 基于UM-MIMO的聯(lián)合兩級波束成形 454
12.3.2 波束控制碼本的寬帶波束成形 460
12.4 本章小結(jié) 464
參考文獻 464
第 13章 波束對準和追蹤 467
13.1 稀疏編碼 468
13.1.1 稀疏編碼算法 469
13.1.2 稀疏信號處理問題 470
13.1.3 基于稀疏性的波束空間MIMO 470
13.2 波束快速對準 472
13.2.1 基于DoA的波束對準 472
13.2.2 基于PBS的BDMA波束對準 478
13.3 寬帶波束追蹤 489
13.3.1 基于AoSA-MUSIC-T的DoA追蹤 489
13.3.2 先驗輔助信道追蹤 493
13.4 本章小結(jié) 497
參考文獻 498
第 14章 無源智能超表面反射 501
14.1 IRS應用場景 503
14.1.1 IRS覆蓋增強場景 503
14.1.2 IRS安全通信場景 505
14.1.3 IRS無人機通信場景 507
14.1.4 IRS邊緣計算場景 508
14.1.5 IRS感知與定位場景 510
14.1.6 IRS非正交多址接入場景 511
14.2 IRS關鍵技術 512
14.2.1 IRS硬件設計 512
14.2.2 IRS信道估計 514
14.3 IRS容量優(yōu)化 516
14.3.1 IRS波束成形 518
14.3.2 IRS資源分配 519
14.3.3 IRS穩(wěn)健設計 521
14.4 IRS面臨的挑戰(zhàn)與機遇 522
14.4.1 IRS信道測量與建模 522
14.4.2 IRS測試平臺搭建 523
14.4.3 IRS部署與組網(wǎng) 525
14.5 本章小結(jié) 527
參考文獻 527
第 15章 無線網(wǎng)絡干擾和覆蓋 529
15.1 隨機幾何理論和無線網(wǎng)絡 531
15.1.1 一般點過程和泊松點過程 532
15.1.2 泊松點過程的性質(zhì) 534
15.2 二維空間場景干擾及覆蓋 536
15.2.1 一般網(wǎng)絡下干擾和覆蓋的建模 536
15.2.2 太赫茲網(wǎng)絡干擾和覆蓋模型 539
15.3 三維空間場景干擾及覆蓋 542
15.4 太赫茲網(wǎng)絡性能參數(shù) 544
15.5 本章小結(jié) 545
參考文獻 545
第 16章 媒體接入控制與多址接入 547
16.1 太赫茲MAC協(xié)議特性 548
16.1.1 物理層相關設計要點 549
16.1.2 MAC層相關設計要點 553
16.1.3 MAC協(xié)議決策和設計挑戰(zhàn) 557
16.2 太赫茲MAC協(xié)議性能參數(shù) 560
16.3 多址接入技術 564
16.3.1 調(diào)度訪問多址接入技術 565
16.3.2 隨機訪問多址接入技術 571
16.4 本章小結(jié) 577
參考文獻 578
第 17章 定向組網(wǎng)技術 579
17.1 鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)技術 580
17.1.1 定向天線使用模式 581
17.1.2 經(jīng)典的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)技術 583
17.1.3 利用旁瓣信息的鄰居節(jié)點發(fā)現(xiàn)算法 584
17.1.4 性能評估 588
17.2 多連接技術 590
17.2.1 多連接技術概念 591
17.2.2 技術要點及分析 597
17.2.3 多頻段共存的太赫茲MAC協(xié)議 603
17.3 高低頻協(xié)作技術 608
17.3.1 高低頻協(xié)作的重要性 608
17.3.2 低頻輔助的MAC協(xié)議 609
17.3.3 性能分析 614
17.4 本章小結(jié) 617
參考文獻 618
第 18章 物理層安全傳輸 619
18.1 定向波束安全傳輸 622
18.1.1 太赫茲傳輸模型 622
18.1.2 問題描述 624
18.1.3 大規(guī)模陣列天線增強指向性 624
18.1.4 定向波束的安全性分析 625
18.2 基于距離自適應的跳頻技術 626
18.2.1 系統(tǒng)模型 627
18.2.2 優(yōu)化問題表述 628
18.2.3 優(yōu)化問題的次最優(yōu)解 629
18.2.4 距離自適應跳頻的安全性分析 632
18.3 IRS輔助的物理層安全傳輸 633
18.3.1 系統(tǒng)模型和問題描述 634
18.3.2 預編碼設計以及針對IRS相位的連續(xù)設計方法 636
18.3.3 基于交替優(yōu)化思想的聯(lián)合設計方法 638
18.3.4 仿真結(jié)果 639
18.4 本章小結(jié) 643
參考文獻 643
名詞索引 645