CN108183751A - 基于光子预失真的射频自干扰对消方法 - Google Patents

基于光子预失真的射频自干扰对消方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光子预失真的射频自干扰对消方法，该发明涉及微波技术领域以及光通信技术领域，主要应用于微波光子信号处理中。所述方法如附图所示，包括激光源、电光强度调制器、可调光延时线、和光电探测器。该方案利用级联的电光强度调制器，结合可调光延时线，构建了强度调制直接检测系统，实现了射频自干扰信号在光域的对消。该方法结构简单易于实现，且只构建一条光路，与光载射频系统兼容，不受电子瓶颈影响，具有工作频带宽、时间延时控制精度高、抗电磁干扰等优点。

Description

基于光子预失真的射频自干扰对消方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，主要涉及光通信技术中基于微波光子预失真技术的射频自干扰对消的方法。
背景技术
射频自干扰对消技术是有望应用在5G移动通信和未来无线系统的关键技术之一。利用射频干扰对消有可能实现真正的带内全双工通信，从而将频谱资源利用率提高一倍，提高系统的灵活性。然而，带内全双工系统由于自身固有的收发隔离度不足的问题，将有部分信号功率从发射天线直接泄漏到本地接收天线上，造成系统自干扰，引发一系列的严重后果。为了解决全双工通信系统的自干扰问题，目前已经有多种解决方法被提出并得到了应用，包括基于模拟电子学、数字信号处理和光子学的技术等。模拟射频对消技术受限于电子系统的工作带宽、工作频率，且射频对消系统中的可调延迟线、衰减器等核心电子器件的调谐范围和调谐精度受制于原理和工艺的限制，难以满足高带宽高精度的应用要求。基于光子学原理的射频对消技术提供的大带宽和高精度时间延迟控制，顺应了未来无线通信的发展需求，极具发展潜力和广阔的应用前景。
目前基于微波光子学的射频自干扰对消技术的基本原理是将待处理的信号和发射信号调制到光载波上，然后在光域对射频信号进行处理。根据实现方式的不同，主要可以分为三种：(1)采用两个马赫-增德尔调制器(MZM)将待处理信号和发射信号调制到光载波上，并通过调整可调光延时线和可调光衰减器调整两路信号的相位差和幅度差，最后在光域中发生非相干的信号相消，实现射频干扰信号对消；(2)采用两个电吸收调制器(EAM)，利用射频巴伦转换器或差分检测来实现射频自干扰信号的消除；(3)基于双驱动马赫-增德尔调制器或双并行马赫-增德尔调制器(DP-MZM)的预失真技术，通过调节两个信号抽头之间的相移来实现射频信号对消。
为了避免相干互拍噪声，采用两个马赫-增德尔调制器的干扰对消技术需要两个工作在不同波长的光源；相比于铌酸锂调制器，基于电吸收调制器的对消系统的工作频段受限；而基于双驱动马赫-增德尔调制器或双并行马赫-增德尔调制器(DP-MZM)的信号预失真是在电域实现的，受限于微波器件的带宽和延迟精度。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种基于光子预失真的射频干扰对消的方法。
本发明所采用的技术方案是：所述装置包括激光源、电光强度调制器、功分器、可调光延迟线、光电探测器；激光源的输出端口与一级电光强度调制器的输入端口相连，该调制器的输出端口与可调光延时线的输入端口相连；可调光延时线的输出端口与二级电光强度调制器的输入端口相连，该电光强度调制器的输出端口与光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端口连接电信号分析仪进行观察测试。
本发明在工作时包括以下步骤：
(1)从窄线宽激光器发出的光波经过保偏光纤注入到一级电光强度调制器中；
(2)发射信号经过功分器一路用作参考信号输入到一级电光强度调制器的射频输入端口，一路输入到本地发射天线。一级电光强度调制器输出光信号经过可调光延迟线注入到二级电光强度调制器。通过调整一级电光强度调制器的直流电压实现参考信号和干扰信号的幅度匹配，通过调整可调光延迟线实现参考信号和干扰信号的延迟匹配；
(3)本地接收天线接收到的干扰信号和有用信号输入到二级电光调制器的射频输入端口。二级电光调制器偏置在正交工作点；
(4)二级电光调制器输出的光信号输入到光电探测器进行光电转换，输出纯净的有用信号；
本发明提出了一种基于光子预失真的射频自干扰对消的方法，该方案利用两个电光强度调制器，结合可调光延迟线，实现了射频自干扰对消。通过调整一级电光调制器的直流偏置电压与光延迟线，实现射频参考信号和干扰信号幅度和延迟的匹配，从而消除射频自干扰信号。
本方案构建的强度调制直接检测系统，凭借对自干扰信号的先验信息，使用电光强度调制器对光载波进行预失真处理。在经过幅度匹配和延时匹配之后，干扰信号在第二个电光强度调制器中直接消除，实现射频自干扰信号在光域的对消。
本发明由于采用两个级联的电光强度调制器，仅需要单个激光源，使用单一光路传输信号，使得本方案提出的射频自干扰消除系统能很好的与光载射频系统兼容。
本发明基于光子预失真的射频对消方法是在光域直接进行的，通过对光信号的处理达到射频自干扰消除的目的，克服了传统的电域处理的带宽限制以及电磁干扰，因此系统的性能得到了很大的提高。
附图说明
图1为本发明基于光子预失真的射频自干扰对消方法的原理图，图2、图3、图4为实验测试结果图。图2为干扰信号和有用信号位于不同频段的测试结果，图2(a)为干扰消除前的电谱，图2(b)为干扰消除后的电谱；图3为干扰信号和有用信号位于同一频段的测试结果，图3(a)为干扰消除前的电谱，图3(b)为干扰消除后的电谱；图4为本发明在2.4GHz频带自干扰消除的测量结果，图4(a)为100MHz的宽带自干扰消除，图4(b)为10KHz的窄带自干扰消除。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施实例作详细说明：本实施实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例：
图1为本发明基于光子预失真的射频自干扰对消方法的原理图。其中激光源的输出端口与一级电光强度调制器的输入端口相连，一级电光强度调制器对参考信号进行直接强度调制，实现参考信号的预失真，该调制器的输出端口与可调光延时线的输入端口相连；可调光延时线的输出端口与二级电光强度调制器的输入端口相连，二级电光强度调制器对干扰信号和有用信号进行调制。通过调整一级电光强度调制器的直流偏置电压和光延时线，实现参考信号和干扰信号的幅度和延时匹配，在二级电光强度调制器中直接实现干扰信号的消除。二级电光强度调制器的输出端口与光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端口连接电信号分析仪进行观察测试。
本实例中，方法的具体实施步骤是：
步骤一：激光器(Emcore，1782B)产生1552nm的连续光波，连续光波经过保偏光纤输入到一级电光强度调制器中。该电光强度调制器由参考信号和直流电源(Agilent，E3631A)驱动，直流电源输出电压幅度调节分辨率为1mV。参考信号和有用信号分别由矢量信号生成器(Rohde&Schwarz，SMW200A)以及模拟信号生成器(Agilent，83630B)生成。参考信号通过3-dB电功分器分为两路，一路输入到一级电光强度调制器射频端口，一路经过电延迟后用作干扰信号和有用信号一起通过电耦合器输入到二级电光强度调制器的射频输入端口。
步骤二：一级电光强度调制器输出光波经过可调光延迟线(General Photonics，MDL002)，生成预失真信号注入到二级电光强度调制器。该调制器偏置在正交工作点，由干扰信号和有用信号驱动。通过调节一级电光强度调制器的直流偏置电压和光延时线，保持参考信号和干扰信号幅度和延迟匹配。经过两级调制的光信号注入到宽带光电探测器(U2T，DPRV2022A)中，从光电探测器输出的电信号输入到电谱分析仪(Rohde & Schwarz，FSV30)观察实验结果。
步骤三：将中心频率为2.36GHz，瞬时带宽20MHz的加性高斯白噪声用作干扰信号，将2.4GHz的单音信号用作有用信号。为了说明本发明消除射频自干扰的能力，通过断开一级电光强度调制器的参考信号来临时禁用消除操作。图2(a)与图2(b)分别描述了消除之前和消除之后观察到的射频频谱。对比图2(a)和图2(b)，干扰信号被抑制了大于40dB，且有用信号未受影响，证明了本发明消除系统自干扰的能力。
步骤四：为了演示本发明对同频干扰消除的能力，将中心频率为2.4GHz，瞬时带宽20MHz的加性高斯白噪声用作干扰信号，将2.4GHz的单音信号用作有用信号。图3(a)与图3(b)分别描述了消除之前和消除之后观察到的射频频谱，图3(a)中，有用信号被干扰信号淹没。对比图3(a)和图3(b)，干扰信号被抑制了大于40dB，有用信号被恢复，证明了本发明消除系统同频干扰的能力。
步骤五：为了更好的研究本发明消除自干扰的能力，利用线性扫频信号模拟干扰信号。干扰信号的频率扫描范围设置为2.35GHz至2.45GHz，有用信号频率为2.4GHz。图4(a)展示了实验结果。在没有消除操作的条件下，有用信号被强扫描干扰信号淹没。恢复消除操作，在同一图中显示了测量结果。结果表明，在100MHz带宽内，消除至少达到了32.6dB，同时有用信号被恢复。为了展示本发明的窄带消除能力，采用带宽为10KHz的窄带线性扫频干扰信号，测量结果如图4(b)所示，实现了57dB的干扰消除。
综上，本发明利用级联电光强度调制器、可调光延迟线等实现基于光子预失真技术的射频自干扰对消，结构简单易于实现，与光载射频系统(RoF)兼容，价格低廉，不受电子瓶颈影响。
总之，以上所述实施方案仅为本发明的实例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，射频自干扰信号不限于2.4GHz频段，如果把干扰信号设置为更高频，本系统同样可以实现射频自干扰信号对消。这些等同变形和替换以及频率范围的调整也应视为本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种基于光子预失真的射频自干扰对消方法，包括激光源、电光强度调制器、功分器、可调光延迟线和光电探测器，其特征在于：发射信号经过射频功分器，其中一路作为参考信号输入到一级电光强度调制器的射频输入端口，一路输入到发射天线；接收天线获取到的信号输入到二级电光调制器的射频输入端口；通过调节一级电光强度调制器的直流偏置电压和可调光延迟线，实现参考信号和干扰信号幅度和延时匹配，二级电光调制器偏置在正交工作点，纯净的有用信号经光电探测器后恢复。
2.根据权利要求1所述的基于光子预失真的射频自干扰对消方法，其特征在于：通过在二级电光调制器与光电探测器之间增加光纤，可以实现射频信号的远距离传输。
3.根据权利要求1所述的基于光子预失真的射频自干扰对消方法，其特征在于：可调光延迟可以采用电动光延时线、半导体光放大器等多种方式实现。
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