Terahertz (THz) communication is considered a viable approach to augmenting the communication capacity of prospective Internet-of-Things (IoT) resulting in enhanced spectral efficiency. This study first provides an outline of the design challenges encountered in developing THz transceivers. This paper introduces advanced approaches and a unique methodology known as Modified Pulse-width Modulation (MPWM) to address the issues in the THz domain. In this situation involving a transceiver that handles complex modulation schemes, the presence of a mixed signal through a high-resolution digital-to-analog converter (DAC) in the transmitter greatly contributes to the limitation in maintaining linearity at high frequencies. The utilization of Pulse-width Modulation-based Digital-to-Analog Converters (PWM-DACs) has garnered significant attention among scholars due to its efficiency and affordability. However, the converters' performance is restricted by insufficient conversion speed and precision, especially in the context of high-resolution, high-order modulation schemes for THz wireless communications. The MPWM framework offers a multitude of adjustable options, rendering the final MPWM-DAC highly adaptable for a diverse array of application scenarios. Comparative performance assessments indicate that MPWM-DACs have enhanced conversion speed compared to standard PWM-DACs, and they also provide greater accuracy in comparison to Pulse-count Modulation DACs (PCM-DACs). The study presents a comprehensive examination of the core principles, spectrum characteristics, and evaluation metrics, as well as the development and experimental validation of the MPWM method. Furthermore, we present a RISC-V System-on-Chip (SoC) that incorporates an MPWM-DAC, offering a highly favorable resolution for THz IoT communications.


翻译:太赫兹(THz)通信被视为提升未来物联网(IoT)通信容量的一种可行途径,能够实现更高的频谱效率。本研究首先概述了开发太赫兹收发器所面临的设计挑战。本文介绍了先进方法及一种名为改进型脉宽调制(MPWM)的独特技术,以解决太赫兹领域的问题。在处理复杂调制方案的收发器场景中,发射器内通过高分辨率数模转换器(DAC)的混合信号存在,极大地限制了高频段线性度的保持。基于脉宽调制的数模转换器(PWM-DAC)因其高效性和低成本而受到学者广泛关注。然而,转换器的性能受到转换速度不足和精度有限的制约,特别是在太赫兹无线通信所需的高分辨率、高阶调制方案中。MPWM框架提供了多种可调选项,使得最终的MPWM-DAC能够高度适应多样化的应用场景。性能对比评估表明,与传统PWM-DAC相比,MPWM-DAC具有更高的转换速度,同时相较于脉冲计数调制DAC(PCM-DAC)提供了更高的精度。本研究对MPWM方法的核心原理、频谱特性、评估指标以及开发与实验验证进行了全面探讨。此外,本文提出了一款集成MPWM-DAC的RISC-V片上系统(SoC),为太赫兹物联网通信提供了极具前景的解决方案。

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