微波光子多天线系统中信号传输与处理研究

摘要

多天线系统在军事以及民用领域都具有广泛的应用，但受限于“电子瓶颈”问题，多功能、高精度、宽带多天线系统的实现面临诸多挑战。微波光子技术具有带宽大、体积小、传输损耗低以及抗电磁干扰等优点，已经成为多天线系统中重要的使能技术。本文以多天线系统作为研究背景，基于微波光子技术，研究了微波光子辅助多天线系统中宽带信号的稳相传输、信道化接收及基于相控阵天线的波束成形等关键技术。 对于分布式天线系统中传输的宽带时频信号以及本振信号的不同稳相传输精度要求，讨论了多频段宽带信号的微波光子混合稳相传输方案。同时，针对宽带信号接收中模数转换器（ADC,Analog to Digital Converter）性能的限制，采用微波光子辅助的宽带信号信道化，提出了一种宽带信号瞬时频谱分析的双倍效率微波光子信道化方案，该方案可以有效降低微波光子信道化中成本与复杂度。另一方面，对于民用领域中多天线系统的典型应用--基于相控阵天线（PAA,Phased-Array Antenna）的波束赋形系统，设计了一种可集中控制的解耦波束赋形方案，通过部署所提出的光真时延池（OTTD-P,Optical True Time Delay Pool），实现了基于光真时延PAA的集中控制波束赋形系统。本文主要创新性工作如下： 1.针对无线通信中采用相控阵天线的多基站波束赋形系统，通过引入所设计的OTTD-P单元，提出了一种基于光真时延相控阵的波束赋形系统，控制单元解耦后集中部署的方案。 2.针对微波光子辅助的宽带信号信道化接收，通过优化设计信道化系统中关键器件的频谱关联，实现了一种双倍效率的微波光子信道化方案，该方案中还可以实现各子信道中光载波干扰的抑制。 3.对于微波光子链路中信号的稳相传输，利用波分复用（WDM,Wavelength Division Multiplexing）技术，设计了一种针对时频信号不同稳相精度要求的同时稳相复用传输方案。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1. 研究工作的背景及意义

1.1.1. 军事雷达探测系统

1.1.2. 基于阵列天线的MIMO系统

1.2. 国内外研究现状

1.2.1. 天线组阵中时频信号稳相传输

1.2.2. 宽带信号的微波光子信道化接收

1.2.3. 基于相控阵天线的波束成形

1.3. 本文主要工作及内容安排

第二章 微波光子多天线系统关键技术概述

2.1. 基于光真时延的相控阵波束成形

2.2. 基于反馈的信号稳相传输

2.2.1. 基于OEO的相位共轭信号稳相传输

2.2.2. 基于光纤色散延时的宽带信号稳相补偿传输

2.3. 基于梳状滤波器的信道化接收

2.4. 本章小结

第三章 基于光真时延池协同集中控制波束成形

3.1. 基于光真时延池相控阵天线波束成形

3.1.1. 基于光真时延池集中控制波束成形

3.1.2. 光真时延池的算法设计

3.2. 基于OTTD的集中控制波束成形性能分析

3.3. 基于OTTD-P的多基站协同波束成形

3.4. 本章小结

第四章 微波光子辅助信号稳相复用传输

4.1. 基于相位共轭及色散延时稳相传输

4.1.1. 基于微波光子的相位共轭稳相传输

4.1.2. 基于色散延时的宽带信号稳相方案

4.2. 微波信号的稳相复用传输

4.2.1. 基于色散补偿及相位共轭的信号稳相复用传输

4.2.2. 微波信号稳相复用传输系统的概念验证

4.3. 光电结合的全链路稳相补偿传输

4.4. 本章小结

第五章 宽带信号瞬时频谱分析中高效信道化接收

5.1. 基于微波光子的高效信道化接收

5.2. 双倍效率微波光子信道化的性能分析

5.2.1. 微波光子信道化中色散的影响

5.2.2. 双倍效率微波光子信道化中非线性的影响

5.3. 双倍效率微波光子信道化结果与讨论

5.4. 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果