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太赫兹通信关键技术

4.1调制解调技术

鉴于太赫兹的信道特性，传统调制方式不能完全实现太赫兹频段的期望性

能。分子吸收导致的路径衰减分隔了许多传输窗，并且其位置和宽度都与传输距

离紧密相关。在太赫兹频段，传输距离的微小变化会极大地影响其信道的大尺度

传输特性，即传输窗带宽会急剧下降。因此，对于短距离场景，太赫兹通信调制

方式的设计思路与超宽带通信类似，即低功耗、小尺寸、低复杂度。对于中长距

离场景，分子吸收的存在使得太赫兹频带的频谱窗口与传输距离具有密切关系，

促使距离自适应通信调制方式的提出。此外，由于非视距路径的损耗较为严重，

太赫兹信道的时延扩展会减小。同时，太赫兹频段的多普勒效应更为严重，在高

速移动场景下需要考虑调制方案对多普勒效应的鲁棒性。除了提高单用户的数

据速率，还可以使用距离自适应调制技术对多个用户的可用带宽进行有效分配。

距离自适应多用户调制技术将太赫兹频谱窗口中的中心子窗口分配给距离更远

的用户，将边界子窗口分配给更近的用户，同时对不同用户进行功率自适应分

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配。这种用于太赫兹频段的距离自适应调制技术优于现有的毫米波调制技

术以及非自适应调制技术。由于不同距离的用户具有不同的可用带宽以及解调

能力，上述距离自适应调制技术可以与传统的调制方式相结合，实现分层带宽调

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制技术。该技术在发射端采用多种调制阶数以及符号时间，在不同距离的用户

接收端根据自身的可用带宽确定解调阶数以及符号时间，能够有效提高整个系

统的数据速率。

沿用5G空口的技术方案，需评估比较不同的波形设计方案，包括单载波

基于傅立叶变换扩展的正交频分复用DFT-s-OFDM及其变体、多载波正交频

分复用OFDM、以及正交时频空间调制OTFS在太赫兹信道和器件影响下的

性能，如频谱效率、多普勒偏移的鲁棒性、峰值平均功率比、相位噪声、带外

能量泄露、接收机复杂度等。OTFS是近年来出现的一种新型多载波调制技术，

将信息符号调制到时延多普勒域，使得时变信道转化为近似平稳的时延多普

勒域信道，有利于处理多普勒效应，但是OTFS的峰均功率比性能对于太赫兹

功率放大器来说仍然不尽人意。上海交通大学韩充教授与诺基亚贝尔团队提

出新型的基于傅立叶变换扩展的正交时频空调制DFT-s-OTFS的设计方案，

结合单载波与正交时频空调制的优势，有效抵御太赫兹波段对多普勒偏移的

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敏感性，同时降低峰值平均功率比，比较结果如图4-1。引入DFT预编码会

影响到导频保护区域，因此，OTFS的嵌入式导频方案不再适用。上海交通大

学韩充教授团队提出采用叠加式导频的方案，并设计了一种联合信道估计与

信号检测的迭代方法，其中设计了一种基于快速傅里叶变换的信道均衡算法，

有效降低了接收机复杂度。

图4-1OFDM,DFT-s-OFDM,OTFS,DFT-s-OTFS太赫兹传输的峰值平均功率比

在DFT-s-OFDM基础上，中兴团队提出eDFT-s-OFDM。图4-2是在DFT-

s-OFDM波形基础上增强和优化的新型候选波形eDFT-s-OFDM时域数据的基

本符号结构。数据符号内的时域数据主要数由数据Data和首尾插入序列两部

分组成。相邻数据符号的首部和尾部插入序相同用于抵抗无线信道的多径时

延干扰，可用做相位噪声估计、频偏纠正、辅助信道估计和辅助同步等。符

号长度灵活自适应，提升频谱效率。

图4-2太赫兹场景候选波形时域数据的基本符号结构

图4-3太赫兹场景候选波形的发送端、接收端结构的增强设计

H

Y

P

E

R

（3）通过首尾插入的序列相位噪声估计及补偿，并在之后去除。性能仿真结果

如图4-4所示。在互补累计分布函数等于1e-4时，eDFT-s-OFDM比DFT-s-

OFDM的PAPR要低大约3dB。当接收端利用首尾插入序列或者PTRS来估计相

位噪声并补偿时，高频场景候选波形的BLER性能明显好于DFT-s-OFDM，并

且接近理想CPE补偿时的性能，因此，所提波形更适合于大相位噪声的太赫

兹通信场景。此外，高频场景候选波形的带外泄漏明显小于DFT-s-