太赫茲（THz）頻段(duàn)（0.1-10 THz）憑借(jiè)其超大(dà)带(dài)宽(kuān)（可(kě)达(dá)毫(háo)米(mǐ)波(bō)的(de)百(bǎi)倍）、微秒級时(shí)延和(hé)Tbps級傳輸速率的(de)独特(tè)優勢，成(chéng)为(wèi)突破6G通(tòng)信瓶(píng)頸的(de)核心技術(shù)。

在(zài)工業領域，太赫茲無損檢測可(kě)精準識别材料內(nèi)部(bù)缺陷；醫療场(chǎng)景中，其非(fēi)電(diàn)离特(tè)性(xìng)支持(chí)高(gāo)分(fēn)辨率腫瘤成(chéng)像；安(ān)防方(fāng)面(miàn)，穿透性(xìng)成(chéng)像技術(shù)能(néng)實(shí)現(xiàn)無接觸式危險品筛查。更(gèng)值得關(guān)注的(de)是，太赫茲通(tòng)信将重(zhòng)構未来(lái)网(wǎng)絡架構：通(tòng)过(guò)無線(xiàn)前(qián)傳/回傳替代光(guāng)纖，顯著降低(dī)5G基站部(bù)署(shǔ)成(chéng)本(běn)；在(zài)车聯网(wǎng)中實(shí)現(xiàn)亞毫(háo)秒級车-车通(tòng)信，提(tí)升(shēng)自(zì)動(dòng)駕駛安(ān)全性(xìng)；太空(kōng)通(tòng)信領域则有(yǒu)望構建地(dì)月高(gāo)速數據(jù)傳輸鍊(liàn)路(lù)。作(zuò)为(wèi)被(bèi)多(duō)國(guó)列为(wèi)战略級的(de)前(qián)沿技術(shù)，太赫茲正(zhèng)从實(shí)验(yàn)室(shì)走(zǒu)向(xiàng)産業化(huà)，預計(jì)2030年(nián)前(qián)将在(zài)6G通(tòng)信、智慧醫療、工業互聯网(wǎng)等領域形成(chéng)規模化(huà)應(yìng)用(yòng)，開(kāi)啟万(wàn)物(wù)智聯的(de)新紀元(yuán)。

基于(yú)全宽(kuān)带(dài)USRP設備和(hé)太赫茲擴頻設備構成(chéng)的(de)单基通(tòng)信原型系(xì)統，支持(chí)自(zì)定(dìng)義波(bō)形加载與(yǔ)算法(fǎ)嵌入(rù)，为(wèi)教學(xué)科研領域提(tí)供亞太赫茲（90GHz～300GHz）頻段(duàn)內(nèi)的(de)原型验(yàn)證解(jiě)決方(fāng)案(àn)。

太赫茲单基通(tòng)信原型系(xì)統，是以(yǐ)電(diàn)子學(xué)太赫茲雷(léi)达(dá)为(wèi)實(shí)例進(jìn)行搭建的(de)，系(xì)統由(yóu)彬鴻科技标(biāo)準超带(dài)宽(kuān)USRP設備、前(qián)傳卡(kǎ)，再搭配高(gāo)性(xìng)能(néng)服(fú)務(wù)器及(jí)商用(yòng)擴頻模块(kuài)、信号(hào)源、波(bō)導天(tiān)線(xiàn)組成(chéng)，系(xì)統原理(lǐ)框图(tú)如(rú)下(xià)：

USRP 設備

用(yòng)于(yú)發(fà)射和(hé)接收(shōu)变頻器轉(zhuǎn)換的(de)IF中頻信号(hào)，並(bìng)提(tí)供2GHz瞬时(shí)带(dài)宽(kuān)。

前(qián)傳卡(kǎ)

支持(chí)200Gbps速率，用(yòng)于(yú)大(dà)带(dài)宽(kuān)高(gāo)速數據(jù)傳輸。

服(fú)務(wù)器

用(yòng)于(yú)放(fàng)置前(qián)傳卡(kǎ)，集成(chéng)CPU、內(nèi)存、硬(yìng)盤及(jí)各類(lèi)接口(kǒu)，提(tí)供高(gāo)性(xìng)能(néng)計(jì)算和(hé)數字(zì)信号(hào)處(chù)理(lǐ)能(néng)力。

擴頻模块(kuài)

擴頻模块(kuài)分(fēn)为(wèi)上(shàng)、下(xià)变頻器，用(yòng)于(yú)将USRP産生的(de)中頻信号(hào)轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)110 ～170 GHz射頻信号(hào)，以(yǐ)及(jí)将接收(shōu)到(dào)的(de)射頻信号(hào)轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)中頻信号(hào)輸入(rù)到(dào)USRP進(jìn)行采集。

信号(hào)源

産生擴頻模块(kuài)所(suǒ)需的(de)本(běn)振信号(hào)源。

USRP設備采用(yòng)彬鴻科技自(zì)主(zhǔ)研發(fà)的(de)USRP7440。

設備采用(yòng)第(dì)三(sān)代RFSOC芯片(piàn)XCZU48DR-FFVG1517（兼容XCZU47DR），其ADC最(zuì)大(dà)支持(chí) 5.0GSPS，DAC最(zuì)大(dà)支持(chí)9.85GSPS，支持(chí)8路(lù) 14bit ADC，8路(lù)14bit DAC，儀表(biǎo)級的(de)高(gāo)速ADC與(yǔ)DAC，可(kě)實(shí)現(xiàn)2.0G的(de)實(shí)时(shí)带(dài)宽(kuān)，它(tā)不(bù)但可(kě)以(yǐ)滿足現(xiàn)有(yǒu)各類(lèi)商用(yòng)協議的(de)最(zuì)高(gāo)带(dài)宽(kuān)要(yào)求，也(yě)可(kě)以(yǐ)支持(chí)包(bāo)括6G、衛星(xīng) 通(tòng)信、太赫茲等超高(gāo)带(dài)宽(kuān)的(de)场(chǎng)景。

Zynq UltraScale+ RFSoC産品系(xì)列可(kě)为(wèi)部(bù)署(shǔ)5G無線(xiàn)通(tòng)信系(xì)統、有(yǒu)線(xiàn)電(diàn)視接入(rù)、高(gāo)級相控阵(zhèn)雷(léi)达(dá)解(jiě)決方(fāng)案(àn)，以(yǐ)及(jí)包(bāo)括測量(liàng)測試和(hé)衛星(xīng)通(tòng)信在(zài)內(nèi)的(de)其它(tā)應(yìng)用(yòng)，提(tí)供所(suǒ)需的(de)广泛頻段(duàn)覆蓋範圍。通(tòng)过(guò)取(qǔ)代分(fēn)立式組件(jiàn)，这(zhè)些(xiē)器件(jiàn)可(kě)将功耗及(jí)封(fēng)裝(zhuāng)尺(chǐ)寸(cùn)銳降50%，是電(diàn)信運營商部(bù)署(shǔ)5G系(xì)統實(shí)現(xiàn)大(dà)規模多(duō)輸入(rù)多(duō)輸出基站的(de)理(lǐ)想(xiǎng)選擇。 

bhSDR系(xì)列産品不(bù)僅提(tí)供通(tòng)用(yòng)化(huà)的(de)硬(yìng)件(jiàn)平台與(yǔ)丰富的(de)外(wài)圍配件(jiàn)選擇，支持(chí)類(lèi)似Matlab&SIMULINK、Labview、GNURadio、PYNQ等第(dì)三(sān)方(fāng)開(kāi)發(fà)环(huán)境，還(huán)提(tí)供自(zì)研的(de)系(xì)列软(ruǎn)件(jiàn)産品：

      ● bhSDR Studio：射頻數據(jù)采存放(fàng)及(jí)分(fēn)析软(ruǎn)件(jiàn)

      ● bhSDR VSG：任意(yì)波(bō)形發(fà)生软(ruǎn)件(jiàn)

      ● bhSDR OSP：波(bō)形組件(jiàn)開(kāi)發(fà)與(yǔ)部(bù)署(shǔ)软(ruǎn)件(jiàn)

      ● bhSDR Ai：智能(néng)信号(hào)訓練與(yǔ)開(kāi)發(fà)软(ruǎn)件(jiàn)

同(tóng)时(shí)，面(miàn)向(xiàng)5G、6G、雷(léi)达(dá)、衛星(xīng)通(tòng)道(dào)、毫(háo)米(mǐ)波(bō)通(tòng)信、高(gāo)清(qīng)图(tú)傳等領域，bhSDR也(yě)提(tí)供完整的(de)软(ruǎn)件(jiàn)解(jiě)決方(fāng)案(àn)，以(yǐ)加速用(yòng)戶産品的(de)快(kuài)速成(chéng)型。 

前(qián)傳卡(kǎ)選用(yòng)的(de)是彬鴻科技自(zì)主(zhǔ)研發(fà)的(de)BAC500。

基于(yú)PCIe總(zǒng)線(xiàn)架構的(de)高(gāo)性(xìng)能(néng)BAC系(xì)列光(guāng)纖數據(jù)前(qián)傳卡(kǎ)，以(yǐ)Xilinx的(de)Kintex-7、Kintex UltraScale、Virtex UltraScale+系(xì)列FPGA作(zuò)为(wèi)實(shí)时(shí)處(chù)理(lǐ)器系(xì)列FPGA作(zuò)为(wèi)實(shí)时(shí)處(chù)理(lǐ)器。支持(chí)1路(lù)PCIe高(gāo)速接口(kǒu)、2～4路(lù)光(guāng)纖接口(kǒu)，完成(chéng)基于(yú)光(guāng)纖的(de)數據(jù)實(shí)时(shí)采集、傳輸。闆载多(duō)組独立的(de)DDR大(dà)容量(liàng)緩存，闆卡(kǎ)同(tóng)时(shí)具有(yǒu)若干(gàn)IO信号(hào)。部(bù)分(fēn)型号(hào)支持(chí)外(wài)參考时(shí)鐘(zhōng)輸入(rù)，1PPS輸入(rù)，參考时(shí)鐘(zhōng)輸出，可(kě)广泛應(yìng)用(yòng)于(yú)基于(yú)服(fú)務(wù)器的(de)數據(jù)采集以(yǐ)及(jí)傳輸，雷(léi)达(dá)與(yǔ)中頻信号(hào)采集、視頻图(tú)像采集等场(chǎng)景。

擴頻模块(kuài)封(fēng)裝(zhuāng)了(le)放(fàng)大(dà)、倍頻、混頻等組件(jiàn)，不(bù)僅促進(jìn)太赫茲通(tòng)信開(kāi)發(fà)與(yǔ)測試系(xì)統的(de)部(bù)署(shǔ)，在(zài)縮短(duǎn)系(xì)統集成(chéng)商的(de)上(shàng)市(shì)时(shí)間(jiān)和(hé)成(chéng)本(běn)方(fāng)面(miàn)也(yě)發(fà)揮着至(zhì)關(guān)重(zhòng)要(yào)的(de)作(zuò)用(yòng)。

擴頻模块(kuài)選用(yòng)泰莱微波(bō)支持(chí)D-band的(de)TLUCM-110170-12-06和(hé)TLDCM-110170-12-06。

太赫茲天(tiān)線(xiàn)具有(yǒu)圆(yuán)錐、角錐、卡(kǎ)塞格倫等多(duō)種(zhǒng)類(lèi)型，系(xì)統搭配支持(chí)110～170GHz的(de)角錐喇叭天(tiān)線(xiàn)，該天(tiān)線(xiàn)具有(yǒu)23dBi的(de)标(biāo)稱增益和(hé)10°半功率波(bō)束(shù)宽(kuān)度(dù)。

部(bù)署(shǔ)亞太赫茲頻段(duàn)的(de)太赫茲雷(léi)达(dá)通(tòng)信系(xì)統，硬(yìng)件(jiàn)配置成(chéng)本(běn)低(dī)，对(duì)波(bō)形要(yào)求簡单，可(kě)以(yǐ)快(kuài)捷验(yàn)證太赫茲单基通(tòng)信原型系(xì)統的(de)有(yǒu)效性(xìng)，也(yě)可(kě)以(yǐ)为(wèi)複雜的(de)系(xì)統應(yìng)用(yòng)（如(rú)6G通(tòng)感(gǎn)一(yī)體(tǐ)）提(tí)供基礎原理(lǐ)验(yàn)證。

中頻信号(hào)（瞬时(shí)带(dài)宽(kuān)2GHz）由(yóu)USRP7440進(jìn)行收(shōu)發(fà)，USRP7440支持(chí)8个(gè)接收(shōu)通(tòng)道(dào)和(hé)8个(gè)發(fà)射通(tòng)道(dào)，當前(qián)案(àn)例系(xì)統中只(zhī)運用(yòng)1路(lù)發(fà)射通(tòng)道(dào)(TX0)和(hé)1路(lù)接收(shōu)通(tòng)道(dào)(RX7)，中頻信号(hào)通(tòng)过(guò)射頻線(xiàn)缆(lǎn)分(fēn)别連(lián)接到(dào)擴頻模块(kuài)的(de)IF接口(kǒu)。

信号(hào)源産生一(yī)路(lù)本(běn)振信号(hào)，由(yóu)功分(fēn)器分(fēn)为(wèi)两(liǎng)路(lù)，分(fēn)别連(lián)接至(zhì)擴頻模块(kuài)的(de)LO接口(kǒu)。信号(hào)源的(de)USB接口(kǒu)連(lián)接至(zhì)服(fú)務(wù)器，通(tòng)过(guò)GUI可(kě)進(jìn)行本(běn)振頻率配置。

上(shàng)变頻鍊(liàn)路(lù)中由(yóu)擴頻模块(kuài)直(zhí)接連(lián)接波(bō)導角錐天(tiān)線(xiàn)，辐射太赫茲射頻信号(hào)。下(xià)变頻鍊(liàn)路(lù)中波(bō)導角錐天(tiān)線(xiàn)接收(shōu)到(dào)太赫茲射頻信号(hào)后，首先(xiān)經(jīng)过(guò)低(dī)噪放(fàng)模块(kuài)進(jìn)行信号(hào)放(fàng)大(dà)，再送往擴頻模块(kuài)，收(shōu)發(fà)天(tiān)線(xiàn)間(jiān)距約5cm。

前(qián)傳卡(kǎ)通(tòng)过(guò)PCIe接口(kǒu)與(yǔ)服(fú)務(wù)器互聯，USRP7440则通(tòng)过(guò)MPO光(guāng)纖跳線(xiàn)與(yǔ)前(qián)傳卡(kǎ)QSFP28光(guāng)口(kǒu)進(jìn)行互聯，構建“USRP7440 <-> 前(qián)傳卡(kǎ) <-> 服(fú)務(wù)器”的(de)超带(dài)宽(kuān)數據(jù)傳輸通(tòng)道(dào)，互聯示意(yì)图(tú)如(rú)下(xià)：

USRP7440通(tòng)过(guò)前(qián)傳卡(kǎ)與(yǔ)服(fú)務(wù)器互聯后，配合彬鴻科技提(tí)供的(de)bhSDR庫，可(kě)以(yǐ)在(zài)matlab软(ruǎn)件(jiàn)上(shàng)完成(chéng)雷(léi)达(dá)信号(hào)模拟仿真(zhēn)。

Matlab提(tí)供的(de)主(zhǔ)要(yào)功能(néng)有(yǒu)：

支持(chí)射頻參數的(de)配置，如(rú)本(běn)振、采樣(yàng)率、增益等；

支持(chí)matlab發(fà)送IQ數據(jù)；

支持(chí)matlab獲取(qǔ)射頻采樣(yàng)的(de)IQ數據(jù)；

PC系(xì)統：Windows10 x64及(jí)以(yǐ)上(shàng)

Matlab软(ruǎn)件(jiàn)：R2021b

bhsdr version V1.1.0

hw version V2.0.0

fpga version V1.1.0

sw version V1.2.1

bhsdram version V1.1.0

根(gēn)據(jù)配套(tào)bhSDR Matlab案(àn)例，对(duì)系(xì)統信号(hào)類(lèi)型、頻率、带(dài)宽(kuān)、采樣(yàng)率、數據(jù)點(diǎn)數等參數進(jìn)行配置，參數如(rú)下(xià)：

案(àn)例波(bō)形：線(xiàn)性(xìng)調頻（LFM），脈宽(kuān)10us，周期(qī)20us；

中心頻點(diǎn)：1.25GHz；

信号(hào)带(dài)宽(kuān)：2GHz；

采樣(yàng)率：5GHz；

數據(jù)點(diǎn)數：50000。

1.服(fú)務(wù)器中Matlab按照软(ruǎn)件(jiàn)配置産生特(tè)定(dìng)的(de)LFM信号(hào)，下(xià)發(fà)至(zhì)USRP7440輸出1.25GHz的(de)中頻信号(hào)，中頻信号(hào)經(jīng)由(yóu)太赫茲擴頻模块(kuài)進(jìn)行上(shàng)变頻，産生亞太赫茲頻段(duàn)144GHz的(de)射頻信号(hào)，通(tòng)过(guò)波(bō)導角錐天(tiān)線(xiàn)進(jìn)行辐射；

2.波(bō)導角錐天(tiān)線(xiàn)接收(shōu)到(dào)亞太赫茲辐射信号(hào)后，首先(xiān)經(jīng)过(guò)擴頻模块(kuài)進(jìn)行下(xià)变頻，輸出1.25GHz的(de)中頻信号(hào)，再上(shàng)傳至(zhì)服(fú)務(wù)器，由(yóu)matlab将發(fà)射信号(hào)和(hé)回波(bō)信号(hào)做匹(pǐ)配濾波(bō)，从匹(pǐ)配濾波(bō)結果(guǒ)得出太赫茲通(tòng)信的(de)有(yǒu)效性(xìng)和(hé)正(zhèng)确性(xìng)。

太赫茲（THz）作(zuò)为(wèi)6G通(tòng)信的(de)核心技術(shù)方(fāng)向(xiàng)，其通(tòng)信與(yǔ)感(gǎn)知一(yī)體(tǐ)化(huà)研究正(zhèng)成(chéng)为(wèi)全球科研機(jī)構的(de)前(qián)沿热(rè)點(diǎn)。基于(yú)USRP7440平台（支持(chí)2GHz瞬时(shí)带(dài)宽(kuān)），配合商用(yòng)擴頻器與(yǔ)本(běn)振信号(hào)源，可(kě)快(kuài)速構建低(dī)成(chéng)本(běn)太赫茲单基通(tòng)信原型系(xì)統。該方(fāng)案(àn)通(tòng)过(guò)太赫茲雷(léi)达(dá)原理(lǐ)验(yàn)證，其模块(kuài)化(huà)設計(jì)及(jí)實(shí)測數據(jù)，能(néng)为(wèi)科研機(jī)構、高(gāo)等院(yuàn)校(xiào)提(tí)供从基礎研究到(dào)工程验(yàn)證的(de)全鍊(liàn)条(tiáo)技術(shù)支撐，顯著降低(dī)太赫茲技術(shù)研發(fà)門(mén)檻。