应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统

摘要

本发明提供了一种应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统，包括：直调制激光器、可调光延时线、可调光衰减器、平衡接收机；直调制激光器的上支路连接至平衡接收机的第一输入端，直调制激光器的下支路依次通过可调光衰减器、可调光延时线连接至平衡接收机的第二输入端；可调光延时线用于匹配自干扰信号通过不同路径所产生的时延；可调光衰减器用于匹配自干扰信号的幅度大小；平衡接收机用于接收直调制激光器上支路、下支路两路光信号，并进行减法运算，获得有用的光信号后转换成相应的电信号输出。本发明利用低成本的直接调制激光器调制射频信号，并通过平衡接收机消减自干扰信号，在较广的频段范围内得到良好的干扰消除性能和抑制性能。

说明书

技术领域

本发明涉及通信及无线通信技术领域，具体地，涉及一种应用于同时同频全双 工系统的射频自干扰消除系统。

背景技术

随着新颖的物联网业务和大数据业务在移动通信系统中的不断应用，用户对无线 通信系统传输容量的需求急剧增加，为了适应移动互联网业务的快速增长需求，满足 用户对未来新业务的要求，未来无线通信系统需要具备超高速率的传输能力，大密度 网络接入规模，实时化的本地操作以及泛在的宽带接入能力等。在无线传输技术方面， 为了满足未来成指数增长的移动通信业务与用户带宽需求，进一步挖掘频谱资源、提高 频谱效率成为突出问题。提升频谱效率，即开发更高阶调制格式，这往往需要很高的 成本。频谱资源的紧张意味着增大可用带宽的成本也很高。为更高效地利用日益紧 张的无线频谱资源，下一代移动通信系统对无线全双工技术提出了新的需求。与现 有的频分双工(Frequency-DivisionDuplex，FDD)或者时分双工(Time-Division Duplex，TDD)系统相比，同时同频全双工系统在同一个频率信道上实现用户之间 的实时双向通信，理论上频谱效率可以倍增，从而实现大密度、高效率的网络接入。 另一方面，现有的无线通信应用主要在低频段工作，开发更高频的无线频段是一种 有效的扩容手段。在目前可利用频谱资源短缺的情况下，使用同时同频全双工技术， 并且在更高频率的微波频段实现全双工通信将成为未来无线通信系统的重要选择。

同时同频全双工无线通信系统将不需要FDD或TDD模式在频域或时域上单独 分离上、下行信道，可以满足在同一时刻收发天线以相同的频率工作，实现实时双 向无线通信。由于同时同频全双工系统的发射天线与接收天线在物理位置上的接 近，大功率的发射信号会被接收天线接收，对微弱功率的同频段接收信号产生自干 扰，即共址干扰。自干扰效应会严重影响接收信号的质量，有用信号将会湮没在自 干扰信号中无法被检测到，从而制约着同时同频全双工技术的实现，是全双工通信 系统发展的一大瓶颈技术。因此，实现同时同频全双工通信系统的首要问题就是对 同频自干扰进行消除。基于电子学方案的自干扰消除系统工作带宽、工作频段以及 消除性能受电子元件性能的限制。基于光学的自干扰消除技术将光学技术的优势应用 到自干扰消除系统中，可以支持更高频段的电信号在光域进行处理，从而实现自干扰消 除系统对高频段的扩展、在高传输带宽下进行自干扰消除。现有基于光学方案的自干 扰消除技术中，通常使用马赫曾德尔调制器、电吸收调制器等宽带调制器对电信号 进行调制。利用光器件的特性从接收到的信号中减去干扰信号部分，得到微弱的有 用接收信号。这一过程需要复制自身系统的发射信号，并对其进行反相、延时和 衰减以尽量消除接收信号中的自干扰信号。

经过文献检索发现，JohnSuarez等人在《IEEEJOURNALOFQUANTUM ELECTRONICS(电气和电子工程师协会量子电子杂志)》(April,2009)上发表 了题为“IncoherentMethodofOpticalInterferenceCancellationforRadio-Frequency Communications”的文章，首次提出了光学自干扰消除方案。该方案利用双平行马赫 曾德尔调制器的正斜率调制曲线和负斜率调制曲线，用两个马赫曾德尔调制器分别 调制接收到的信号和复制的发射信号，其中负斜率调制曲线支路的光信号进行必要 的衰减和延时，两路信号经耦合后进入光电探测器检测。这一方案获得了相对电学 方案较高频段的自干扰信号消除，文献中报告在3GHz频段的单频点处获得了73dB 的抑制比。由于两路调制器相干性不佳，且调制曲线的飘移对性能有影响，使自干 扰消除带宽并不是很大，文献中报告了3GHz频段96MHz带宽内可获得33dB的抑 制比。

又经检索发现，M.P.Chang,M.Fok等人于2013年在《IEEEMicrowaveand WirelessComponentsLetters(电气和电子工程师协会微波与无线元件快报)》 (Vol.23,No.2，2013)上发表了题为“Opticalanalogself-interferencecancellationusing electro-absorptionmodulators”的文章。该方案使用了两个电吸收调制器(EAM)以将 电信号调制到光载波上，其中EAM1调制接收到的有用信号和干扰信号，EAM2调制 复制的发射信号。调制好的信号分别经上下两分支光路传输并在平衡接收机中耦合，对 两路信号进行减法运算并且将光信号转换为电信号。其中下分支光路对信号进行衰减和 延时，以匹配并消除上分支光路中的干扰信号。衰减和延迟都需要精确调整以获得最大 化的干扰抑制比。实验获得了400MHz带宽内的25dB抑制比以及40MHz窄带宽内超过 30dB的抑制比。该方案受限于电吸收调制器的调制带宽，对于更高频段的频谱资源仍 有开发利用的空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于同时同频全双工系统的 射频自干扰消除系统。

根据本发明提供的应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统，包括：直 接调制激光器、可调光延时线、可调光衰减器、平衡接收机；所述直调制激光器的上支 路连接至平衡接收机的第一输入端，所述直调制激光器的下支路依次通过可调光衰减 器、可调光延时线连接至平衡接收机的第二输入端；其中，

-所述直调制激光器包括第一射频信号输入端口、第二射频信号输入端口，所述第 一射频信号输入端口用于接收由同时同频全双工系统的接收天线接收到的有用信号和 自干扰信号；所述第二射频信号输入端口接收复制得到的同时同频全双工系统发射天线 的发射信号；

-所述可调光延时线用于匹配自干扰信号通过不同路径所产生的时延；

-所述可调光衰减器用于匹配自干扰信号的幅度大小；

-所述平衡接收机用于接收直调制激光器上支路、下支路两路光信号，并进行减法 运算，获得有用的光信号后转换成相应的电信号输出。

优选地，还包括单模光纤，所述直调制激光器的上支路通过单模光纤连接至平衡接 收机的第一输入端。

优选地，射频自干扰消除系统配置在同时同频全双工系统的接收天线、发射天线的 后级。

优选地，复制得到的同时同频全双工系统发射天线的发射信号是指：从同时同频全 双工系统的发射天线前端复制得到的发射信号。

优选地，还包括光接收设备，所述光接收设备接收平衡接收机输出的电信号，解调 出消除自干扰后的有用射频信号。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统，通过低成本 的直调激光器能够在无线通信常用的频段内获得相当的干扰抑制比，在超大带宽范围获 得较好的干扰抑制效果。

2、本发明提供的应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统中的可调光延 时线和衰减器，发挥了光学器件高精度的优势，更精确地调节下分支路光信号的幅度和 时延以匹配干扰信号的幅度和相位。

3、本发明提供的应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统的宽带抑制效 果良好，相比文献中的性能，本发明可获得6GHz带宽内大于27dB的抑制比，在400MHz 带宽内分别在900MHz和2.4GHz频段处可获得大于40dB和33dB的抑制比。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明应用的同时同频全双工系统的结构示意图；图1中，Tx表示发射天 线，Rx表示接收天线；

图2为本发明提供的应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统结构示意 图；

图3为在900MHz频段400MHz带宽内时，本发明的自干扰消除系统抑制比与频 率的关系曲线示意图；

图4为在2.4GHz频段400MHz带宽内时，本发明的自干扰消除系统抑制比与频率 的关系曲线示意图；

图5为在0-6GHz带宽内时，本发明的自干扰消除系统抑制比与频率的关系曲线示 意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

本发明提供的应用于同时同频全双工系统的射频自干扰消除系统，使干扰信号在 400MHz带宽范围内分别在900MHz和2.4GHz频段处获得大于40dB和33dB的抑 制比。使自干扰信号可在0-6GHz带宽内获得大于27dB抑制比，以实现对宽带信号 以及高频段自干扰信号良好的消除，从强干扰信号中恢复出微弱的有用信号。

根据本发明一个方面，提供的应用于同时同频全双工无线通信系统中的射频自 干扰消除系统，包括直调激光器、可调光延时线、可调光衰减器、单模光纤以及平 衡接收机等。其中，所述直调激光器的射频端口1输入接收到的有用信号和干扰信号， 直调激光器射频端口2输入复制的发射信号。

所述可调光衰减器用于匹配干扰信号的幅度大小；所述可调光延时线用于匹配干 扰信号通过不同路径产生的时延；二者共同的目的是使复制的发射信号和接收到的自干 扰信号幅度相等、相位对准，以便进行达到最好的消除效果。所述平衡接收机用于接收 两路光信号并且对其进行减法运算，再将得到的光信号转换成电信号，获得最终的有用 信号。

具体地，如图1所示，在本实施例中，根据本发明提供的应用于同时同频全双工 无线通信系统，在全双工无线通信系统接收天线后级安放本发明射频自干扰消除系 统。系统的输入信号由复制的发射信号与接收天线收到的有用接收信号和来自发射天线 的自干扰信号之和等两部分组成。

如图2所示，在本实施例中，所述上分支直调激光器射频端口1输入信号x₁(t)的计 算公式如下：

x₁(t)＝s(t)+n₁(t)；

式中：s(t)表示接收到的有用信号，n₁(t)表示接收到的自干扰信号；

所述下分支直调激光器射频端口2输入信号x₂(t)的计算公式如下：

x₂(t)＝n₂(t)；

式中：n₂(t)表示复制的发射信号。

所述可调光延时线和衰减器用于调节下分支信号的幅度和相位以匹配上分支干扰 信号的幅度和相位，经过下分支的信号经过可调光延时线和衰减器转化的信号记为 αx₂(t-τ)；

两路信号经过所述平衡接受机后输出信号记为：y(t)；且

y(t)＝x₁(t)-αx₂(t-τ)＝s(t)+n₁(t)-αn₂(t-τ)；

式中：α表示衰减系数，τ表示时延量，n₂(t-τ)表示n₂(t)经过时延后的信号；

通过精确调节可调光延时线和衰减器，调制到最佳匹配位置可以消除掉干扰信号 n₁(t)，得到微弱的有用信号s(t)。

如图3所示，在本实施例中，用网络分析仪测试光电探测器输出信号和输入的自干 扰信号比值，得到抑制比与频率曲线；可获得400MHz带宽内在900MHz中心频率处大 于40dB的抑制比。

如图4所示，在本实施例中，用网络分析仪测试光电探测器输出信号和输入的自干 扰信号比值，得到抑制比与频率曲线；可获得400MHz带宽内在2.4GHz中心频率处大 于33dB的抑制比。

如图5所示，在本实施例中，用网络分析仪测试光电探测器输出信号和输入的自干 扰信号比值，得到抑制比与频率曲线；可获得6GHz带宽内大于27dB的抑制比。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。