一种无线通信系统及方法

1.一种无线通信系统，其特征在于，包括：相干光发射机、光-太赫兹转换模块和相干太赫兹接收机；其中，所述相干光发射机通过光纤链路与所述光-太赫兹转换模块连接，所述光-太赫兹转换模块通过无线链路与所述相干太赫兹接收机连接；其中，所述相干光发射机用于从光频梳中选择第一频率间隔的两个梳齿，并对其中一个梳齿进行信号调制，得到对应的光信号，并通过所述光纤链路将所述光信号传输至所述光-太赫兹转换模块；其中，所述相干光发射机用于对所述第一频率间隔的两个梳齿中功率较大的梳齿进行信号调制；所述光-太赫兹转换模块用于对所述光信号进行光电探测，转换得到对应的太赫兹信号，并通过所述无线链路将所述太赫兹信号传输至所述相干太赫兹接收机；所述相干太赫兹接收机用于基于光频梳产生太赫兹本振信号，并基于所述太赫兹本振信号采用太赫兹基波混频方式对所述太赫兹信号进行相干接收；其中，所述相干太赫兹接收机包括：接收天线、太赫兹基波混频器、太赫兹本振产生器、太赫兹放大器、电放大器、模数转换器和相干DSP模块；其中，所述太赫兹本振产生器与所述太赫兹放大器的输入端连接，所述太赫兹放大器的输出端以及所述接收天线与所述太赫兹基波混频器的输入端连接，所述太赫兹基波混频器的输出端与所述电放大器连接，所述电放大器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述相干DSP模块连接；其中，所述接收天线用于接收所述无线链路传输的太赫兹信号；所述太赫兹本振产生器用于产生太赫兹本振信号；所述太赫兹放大器用于对所述太赫兹本振信号进行功率放大；所述太赫兹基波混频器用于对所述太赫兹信号和功率放大的太赫兹本振信号进行下变频，输出对应的中频信号；所述电放大器用于对所述中频信号进行功率放大；所述模数转换器用于将功率放大的中频信号转换为对应的数字信号；所述相干DSP模块用于对所述数字信号进行信号解调；其中，所述相干DSP模块由如下六个模块：下变频、重采样、帧同步和时钟恢复、匹配滤波、信道均衡和误码率计算构成；其中，所述相干光发射机包括：第一光频梳、第一光放大器、第一光滤波器、电光调制器、偏振控制器和光耦合器；其中，所述第一光频梳与所述第一光放大器的输入端连接，以及所述第一光放大器的输出端与所述第一光滤波器的输入端连接，所述第一光滤波器的输出端分别与所述电光调制器的输入端和所述偏振控制器的输入端连接，所述电光调制器的输出端和所述偏振控制器的输出端均与所述光耦合器连接；所述第一光频梳用于产生第一重复频率且包含至少两个相干梳齿的光波，并将所述光波输入至所述第一光放大器；所述第一光放大器用于对所述光波的光功率进行放大，并将放大后的光波输入至所述第一光滤波器；所述第一光滤波器用于根据太赫兹通信频率从所述至少两个相干梳齿中滤出第一频率间隔的第一梳齿和第二梳齿；所述电光调制器用于对所述第一梳齿进行待传输数据的加载；所述偏振控制器用于调整所述第二梳齿的偏振态直至所述第二梳齿与加载后的第一梳齿偏振对齐；所述光耦合器用于将所述第一梳齿和所述第二梳齿对应的光波信号进行合束，得到对应的光信号。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太赫兹本振产生器包括：第二光频梳、第二光滤波器、第二光放大器和第一光电探测器；其中，所述第二光频梳与所述第二光滤波器的输入端连接，所述第二光滤波器的输出端与所述第二光放大器的输入端连接，所述第二光放大器的输出端与所述第一光电探测器连接；其中，所述第二光频梳用于产生第二重复频率且包含至少两个相干梳齿的光波，并将所述光波输入至所述第二光滤波器；所述第二光滤波器用于根据太赫兹通信频率从所述至少两个相干梳齿中滤出第二频率间隔的第三梳齿和第四梳齿，并将所述第三梳齿和所述第四梳齿输入至所述第二光放大器；所述第二光放大器用于对所述第三梳齿和所述第四梳齿进行功率放大，并将放大后的第三梳齿和第四梳齿输入至所述第一光电探测器；所述第一光电探测器用于对所述放大后的第三梳齿和第四梳齿进行拍频产生对应的太赫兹本振信号。 3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光-太赫兹转换模块包括：第三光放大器、第二光电探测器和发射天线；其中，所述第三光放大器的输出端与所述第二光电探测器的输入端连接所述第二光电探测器的输出端与所述发射天线连接；其中，所述第三光放大器用于对所述光信号进行功率放大，并将放大后的光信号输入至所述第二光电探测器；所述第二光电探测器用于将所述放大后的光信号转换为太赫兹信号；所述发射天线用于将所述太赫兹信号发射至自由空间进行无线通信。 4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相干光发射机和所述相干太赫兹接收机采用集成化的克尔孤子光频梳模块；其中，所述克尔孤子光频梳模块包括：分布式反馈激光器和光纤微腔；其中，所述分布式反馈激光器和所述光纤微腔通过空间光连接建立通信；在有限泵浦功率下，所述分布式反馈激光器用于直接二极管泵浦；采用传输两个恒模的少模光纤微腔制作少模光纤法布里珀罗谐振腔，作为对应的光纤微腔。 5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光纤微腔产生的微腔光梳的噪声极限与所述光纤微腔的品质因子值的平方成反比。 6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述噪声极限与所述光纤微腔的品质因子 Q 值的关系式包括： ；其中， π 为圆周率，h为普朗克常数， c 为真空中光速， λ 为微腔光梳中泵浦光的波长， D 为无量纲色散系数， f 为偏移频率， κ 为泵浦光功率与微腔参数阈值功率 P th 的比值， Q 为所述光纤微腔的品质因子。 7.根据权利要求1-2任一项所述的系统，其特征在于，所述中频信号的信号频率为第一重复频率和第二重复频率之间差值的绝对值；其中，所述第一重复频率和所述第二重复频率不相等。 8.一种无线通信方法，其特征在于，应用于上述如权利要求1-7任一项所述的无线通信系统；其中，所述无线通信系统包括：相干光发射机、光-太赫兹转换模块和相干太赫兹接收机；所述无线通信方法包括：通过所述相干光发射机从光频梳中选择第一频率间隔的两个梳齿，并对其中一个梳齿进行信号调制，得到对应的光信号，并通过光纤链路将所述光信号传输至所述光-太赫兹转换模块；其中，所述相干光发射机用于对所述第一频率间隔的两个梳齿中功率较大的梳齿进行信号调制；通过光-太赫兹转换模块对所述光信号进行光电探测，转换得到对应的太赫兹信号，并通过无线链路将所述太赫兹信号传输至所述相干太赫兹接收机；通过所述相干太赫兹接收机基于光频梳产生太赫兹本振信号，并基于所述太赫兹本振信号采用太赫兹基波混频方式对所述太赫兹信号进行相干接收；其中，所述相干太赫兹接收机包括：接收天线、太赫兹基波混频器、太赫兹本振产生器、太赫兹放大器、电放大器、模数转换器和相干DSP模块；其中，所述太赫兹本振产生器与所述太赫兹放大器的输入端连接，所述太赫兹放大器的输出端以及所述接收天线与所述太赫兹基波混频器的输入端连接，所述太赫兹基波混频器的输出端与所述电放大器连接，所述电放大器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述相干DSP模块连接；其中，所述接收天线用于接收所述无线链路传输的太赫兹信号；所述太赫兹本振产生器用于产生太赫兹本振信号；所述太赫兹放大器用于对所述太赫兹本振信号进行功率放大；所述太赫兹基波混频器用于对所述太赫兹信号和功率放大的太赫兹本振信号进行下变频，输出对应的中频信号；所述电放大器用于对所述中频信号进行功率放大；所述模数转换器用于将功率放大的中频信号转换为对应的数字信号；所述相干DSP模块用于对所述数字信号进行信号解调；其中，所述相干DSP模块由如下六个模块：下变频、重采样、帧同步和时钟恢复、匹配滤波、信道均衡和误码率计算构成；其中，所述相干光发射机包括：第一光频梳、第一光放大器、第一光滤波器、电光调制器、偏振控制器和光耦合器；其中，所述第一光频梳与所述第一光放大器的输入端连接，以及所述第一光放大器的输出端与所述第一光滤波器的输入端连接，所述第一光滤波器的输出端分别与所述电光调制器的输入端和所述偏振控制器的输入端连接，所述电光调制器的输出端和所述偏振控制器的输出端均与所述光耦合器连接；所述第一光频梳用于产生第一重复频率且包含至少两个相干梳齿的光波，并将所述光波输入至所述第一光放大器；所述第一光放大器用于对所述光波的光功率进行放大，并将放大后的光波输入至所述第一光滤波器；所述第一光滤波器用于根据太赫兹通信频率从所述至少两个相干梳齿中滤出第一频率间隔的第一梳齿和第二梳齿；所述电光调制器用于对所述第一梳齿进行待传输数据的加载；所述偏振控制器用于调整所述第二梳齿的偏振态直至所述第二梳齿与加载后的第一梳齿偏振对齐；所述光耦合器用于将所述第一梳齿和所述第二梳齿对应的光波信号进行合束，得到对应的光信号。