太赫茲無線通信

《太赫茲無線通信》是2022年人民郵電出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：太赫茲無線通信
• 出版時間：2022年12月1日
• 出版社：人民郵電出版社
• ISBN：9787115580085

內容簡介

本書系統介紹了太赫茲器件技術、太赫茲傳播和信道建模方法、太赫茲通信物理層信號處理的關鍵技術，以及上層潛在無線電資源分配和最佳化方法。鑒於研究領域的廣泛性，本書列舉了待解決的問題、面臨的主要挑戰以及未來的研究方向。本書還介紹了太赫茲通信在3GPP、 IEEE 和 ITU 標準的套用，及其在物理實驗測試台中的現場實驗性能。本書通過介紹太赫茲通信的原理、關鍵技術及其在 6G 系統中的套用，反映了太赫茲無線通信技術的前沿進展，使讀者對太赫茲無線通信的發展有整體認識。

本書聚焦前沿技術，注重理論聯繫實際，內容豐富，既可供從事太赫茲通信技術領域研究與套用的科技人員學習參考，也可作為高等院校信息與通信工程、電子科學與技術等學科師生的參考用書。

圖書目錄

第 1章 研究動機及套用001

1．1 無線通信的發展歷程 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願景與需求 009

1．2．1 6G願景與發展規劃 009

1．2．2 面向6G的太赫茲通信套用場景 014

1．3 太赫茲無線通信的優勢 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 022

參考文獻 023

第 2章 全球合作及標準化 027

2．1 國內外發展現狀 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 038

參考文獻 038

第3章 太赫茲無線通信信號產生 041

3．1 真空電子學太赫茲輻射源 042

3．1．1 新型慢波結構切倫科夫太赫茲輻射源 042

3．1．2 電子迴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 固態半導體電子學太赫茲輻射源 059

3．4 太赫茲量子級聯雷射器 062

3．5 本章小結 064

參考文獻 064

第4章 太赫茲固態通信系統射頻收發前端 071

4．1 太赫茲肖特基勢壘二極體 072

4．1．1 太赫茲肖特基勢壘二極體基本原理 073

4．1．2 太赫茲二極體基本特性 075

4．1．3 太赫茲平面肖特基二極體 080

4．1．4 太赫茲平面肖特基二極體建模 082

4．1．5 太赫茲平面肖特基二極體的改進 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 基於模式匹配法（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 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 230

參考文獻 230

第6章 納米微細結構超材料 237

6．1 納米微細結構超材料概述 239

6．2 被動型超材料結構 241

6．2．1 具有單一功能的太赫茲波前調製超材料 241

6．2．2 具有復用功能的太赫茲波前調製超材料 263

6．3 主動型超材料結構 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 282

參考文獻 282

第7章 太赫茲實驗測試台 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 太赫茲固態高速通信實驗 301

7．4．1 220 GHz高速通信實驗驗證系統 301

7．4．2 220 GHz雙通道高速通信實驗驗證系統 320

7．5 本章小結 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 太赫茲頻段內的反射射線傳播 337

8．2．3 太赫茲頻段內的散射射線傳播 339

8．2．4 太赫茲頻段內的繞射射線傳播 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 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 單輸入單輸出系統的射線追蹤法 354

9．2．2 單輸入單輸出系統的時域有限差分法 355

9．2．3 超密集多輸入多輸出系統的射線追蹤法 356

9．3 統計性信道建模 358

9．3．1 單輸入單輸出系統的統計性信道模型 358

9．3．2 超密集多輸入多輸出系統的統計性信道模型 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 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 室內信道測量 389

10．2．1 基於矢量網路分析儀的信道測量與信道測量系統 389

10．2．2 基於太赫茲時域光譜儀的信道測量與信道測量系統 398

10．3 室外信道測量 400

10．3．1 基於滑動相關法的信道測量 400

10．3．2 基於滑動相關法的太赫茲信道測量系統 401

10．4 本章小結 403

參考文獻 404

第 11章 信道編碼、調製與波形設計 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 飛秒脈衝調製 415

11．2．1 基於飛秒脈衝的TS-OOK調製 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 分層調製 422

11．3．1 調製器、解調器結構 423

11．3．2 分層頻寬調製星座圖 425

11．3．3 性能分析 426

11．4 寬頻波形設計 427

11．4．1 太赫茲頻段中的多寬頻通信 427

11．4．2 寬頻波束設計 430

11．5 本章小結 433

參考文獻 433

第 12章 超大規模MIMO傳輸 435

12．1 超大規模天線陣列 436

12．1．1 電漿納米天線陣列 437

12．1．2 超大規模MIMO通信 441

12．1．3 UM-MIMO通信系統 445

12．2 信道狀態信息獲取 447

12．2．1 傳統信道估計方法 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 基於UM-MIMO的聯合兩級波束成形 454

12．3．2 波束控制碼本的寬頻波束成形 460

12．4 本章小結 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 基於稀疏性的波束空間MIMO 470

13．2 波束快速對準 472

13．2．1 基於DoA的波束對準 472

13．2．2 基於PBS的BDMA波束對準 478

13．3 寬頻波束追蹤 489

13．3．1 基於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 497

參考文獻 498

第 14章 無源智慧型超表面反射 501

14．1 IRS套用場景 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硬體設計 512

14．2．2 IRS信道估計 514

14．3 IRS容量最佳化 516

14．3．1 IRS波束成形 518

14．3．2 IRS資源分配 519

14．3．3 IRS穩健設計 521

14．4 IRS面臨的挑戰與機遇 522

14．4．1 IRS信道測量與建模 522

14．4．2 IRS測試平台搭建 523

14．4．3 IRS部署與組網 525

14．5 本章小結 527

參考文獻 527

第 15章 無線網路干擾和覆蓋 529

15．1 隨機幾何理論和無線網路 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 534

15．2 二維空間場景干擾及覆蓋 536

15．2．1 一般網路下干擾和覆蓋的建模 536

15．2．2 太赫茲網路干擾和覆蓋模型 539

15．3 三維空間場景干擾及覆蓋 542

15．4 太赫茲網路性能參數 544

15．5 本章小結 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協定特性 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協定決策和設計挑戰 557

16．2 太赫茲MAC協定性能參數 560

16．3 多址接入技術 564

16．3．1 調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 577

參考文獻 578

第 17章 定向組網技術 579

17．1 鄰居節點發現技術 580

17．1．1 定向天線使用模式 581

17．1．2 經典的鄰居節點發現技術 583

17．1．3 利用旁瓣信息的鄰居節點發現算法 584

17．1．4 性能評估 588

17．2 多連線技術 590

17．2．1 多連線技術概念 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協定 603

17．3 高低頻協作技術 608

17．3．1 高低頻協作的重要性 608

17．3．2 低頻輔助的MAC協定 609

17．3．3 性能分析 614

17．4 本章小結 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 基於距離自適應的跳頻技術 626

18．2．1 系統模型 627

18．2．2 最佳化問題表述 628

18．2．3 最佳化問題的次最優解 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相位的連續設計方法 636

18．3．3 基於交替最佳化思想的聯合設計方法 638

18．3．4 仿真結果 639

18．4 本章小結 643

參考文獻 643

名詞索引 645