THz通信系统的比较研究：光子学与电子学方法

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：A Comparative study on THz Communication Systems: Photonics versus Electronics Approaches

　　

摘要：

太赫兹（THz）通信已成为第六代（6G）网络的关键技术，它提供了超宽的带宽，以支持数据密集型应用，如全息远程呈现和沉浸式扩展现实。最近的进展使得基于电子和光子的THz前端技术成为可能，每种技术都有其独特的优势和硬件限制。基于电子的解决方案利用了成熟的半导体平台，但存在振荡器相位噪声、频率偏移以及乘法和放大器链路引入的非线性问题。而基于光子的系统则能够实现高度可调且频谱纯净的载波传输，但会受到激光强度噪声、放大自发辐射、光电混频器中的散粒噪声以及射频混频器中的热噪声的影响。本文全面回顾了基于电子、光子和混合技术的THz通信系统的实验成果，重点介绍了它们的硬件架构、性能指标和实现过程中的权衡。接着，我们探讨了理论建模工作，强调了硬件缺陷对系统可靠性的影响，并指出了现有研究中的局限性。在此基础上，我们为这两种技术建立了全面的信号模型，推导出了信噪比（SNR）的解析表达式，并在现实系统参数下评估了误比特率（BER）性能。对比实验结果展示了不同缺陷机制如何影响基于电子和基于光子的THz系统的整体性能。本文提供的见解旨在指导稳健的收发器架构设计，并加速THz技术在未来的6G网络中的应用。