一、选题背景和意义
太赫兹频段作为至今尚未被完全开发的超高通信频段，具有超大带宽等优点，将其应用于第五代（the5thgeneration，5G）、后五代（Beyond5G，B5G）移动通信系统
太赫兹波是指频率在 0. 1 ～ 10 THz( 波长 为 0. 03 ～ 3 mm) 范围内的电磁波，介于微波和红外频 段之间，处于电子学向光子学的过渡领域，太赫兹波具有传输速率高、容量大、方向性好、抗干扰能力强等特点，易于实现 Gbps 量级的信道容量，太赫兹通信系统对大气条件有强烈依赖性，再加上链路的视距性质，一般利用低频段太赫兹波作为无线通信载波。相较于目前研究热门的 5G( 第五代移动通信技术)通信所选取 的60 GHz载波频段，300 GHz通信具有更大的带宽和信道容量，可以提供更高的通信速率; 对比于更高载频的太赫兹通信，300 GHz 又能保证较低的损耗和较高输出功率， 对于太赫兹集成器件的要求相对较低，便于开展后期的实验工作。
但是这一段电磁频谱处于传统电子学和光子学研究频段之间的特殊位置，过去对其研究以及开发利用都相对较少。随着无线通信的高速发展，现有的频谱资源已变得日益匮乏，开发无线通信的新频段已逐渐成为解决此矛盾的一种共识，而在太赫兹频段存在大量未被开发的频谱资源，使得太赫兹频率适于作为未来无线通信的新频段。在众多技术途径中，采用固态电子学的技术途径实现无线通信系统，未来存在将系统进行片上集成的可能，这对太赫兹无线通信系统走向实用化具有重要意义。 目前基于半导体技术的固态太赫兹通信系统均采用单向通信的方案，即发射前端连接单独的天线，接收前端连接另一个单独的天线，无法使用同一个天线进行双向通信的功能。为了较高的增益和良好的性能，天线的尺寸往往较大，如果使用传统的方案实现全双工功能，通信系统前端的体积过于庞大，不利于系统的集成。
事实上，太赫兹波以地面两点之间的空气为传输介质，利用太赫兹信号通过大气空间，而不是通过光纤传送信号，其物理组成比光纤通信简单，起始投资低、运营费用低，能快速装设，且可提供与光纤系统相似的传送带宽。 由于太赫兹通信具有传输速率快、结构简单和组网灵活等特点，因此在跨江跨河等不具备有线接入和快速组建通信网络的场合具有很高的使用价值。 太赫兹通信系统与微波通信、光纤通信、光无线 通信相比，具有独特优势。与微波通信相比，其最大优势就是通信的传输速率高、频带宽。当载频为太赫兹波时，其数据速率显著提高。与光纤通信相比，太赫兹通信是一种以大气为媒质的传输技术。其优点是传输距离远、信道容量大、发射天线小、保密性好及抗电磁干扰等。所以太赫兹波在无线通信、安全检查、空间科学探索、环境监测、气象预报以及生物医学成像等多个领域具有巨大的技术创新突破空间和广阔的应用前景。
目前基于半导体技术的固态太赫兹通信系统均采用收发端分离的方案，即发射前端连接发射天线，接收前端连接接收天线，收发前端必须连接不同的天线。传统的太赫兹通信系统均基于超外差结构，数模转换器 (DAC) 产生的已调制信号输入到中频电路，经过滤波器对无用信号进行滤除，输入到太赫兹射频前端部分。中频宽带信号经过太赫兹分谐波混频器将信号搬移至太赫兹波段，经由太赫兹天线发射至太赫兹信道内。其中 50 MHz 晶振信号经过锁相介质振荡器与太赫兹倍频链路，产生太赫兹信号为太赫兹分谐波混频器提供本振驱动。太赫兹天线将信号接收至混频器中，混频后的中频进入接收机中频电路，经过中频低噪放将信号进行放大，再通过滤波器滤掉无用信号进入ADC进行解调和信号处理。
本课题的意义在于仿真设计太赫兹通信系统，利用Matlab软件平台,设计信号产生模块、倍频模块和次谐波混频模块, 仿真得到信号在各个阶段的频谱图,并计算了发射和接收系统在不同距离下接收的中频输出功率。
- 国内外研究选择及发展趋势
太赫兹无线通信技术作为未来超高速通信的主要解决方案，近些年来一直受到发达国家的高度重视，尤其对于外层空间卫星间高速无线通信、地面室内短距离无线通信及局域网的宽带移动通讯等领域给予了很大的关注。针对太赫兹无线通信的巨大应用优势与前景，美国 NASA 很早就已着手太赫兹通信计划，美国空军也推出了安全短距离大气通信计划
欧盟将太赫兹星际通信列为太空计划最主要研究内容，英国Rutherford-Appleton 国家实验室是主要研究单位，研究主要集中在 0.1-1.5THz 频率范围。欧盟第五研究开发框架计划也资助了WANTED（Wireless Area Networking of THz Emitters and Detectors）工程，旨在研讨Tbps级WAN的可能性。
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