CN108494497B - 自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统，自适应时域均衡模块对参考信号进行自适应训练调整；光学自干扰消除模块混合信号以及参考信号，实现自干扰信号的消除，输出光信号；控制模块在自适应时域均衡模块对参考信号进行自适应训练调整过程中，控制对光信号的接收以及对光信号进行自适应训练的状态切换。同时提供了一种带内全双工无线通信系统。本发明通过自适应时域均衡系统解决多径自干扰信道导致的抑制带宽严重降低的问题，可以实现通频带带宽的扩展，以及在选中的通频带内获得更好的自干扰抑制比。

Description

自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统
技术领域
本发明涉及微波光子学及无线通信技术领域，具体地，涉及光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5G)的发展，无线通信系统需要更高的传输速率和更宽的传输带宽，然而有限的频谱资源制约着这些需求。常用的提升无线传输速率的方法是提升频谱效率、增大可用带宽和开发更高频率的新频段，但是这些方法都会在一定程度上增加系统成本，并不能很好的解决频谱资源紧张的问题。带内全双工技术由于可以充分利用有限的无线频谱资源，因而成为下一代移动通信系统的备选方案。
带内全双工技术(In-Band Full-Duplex，IBFD)与现有的频分双工 (Frequency-Division Duplex，FDD)或者时分双工(Time-Division Duplex，TDD) 系统相比，可以在同一个频段同时进行两个通信单元之间的双向通信，将频谱利用率增加了一倍。
带内全双工无线通信系统不需要像频分双工系统或时分双工系统一样，在频域或时域上分离出上、下行信道，分频或分时进行通信，其可以在同一信道，同一时刻以同一频率实现两个通信单元的双向无线通信。但是由于带内全双工系统的发射天线与接收天线在物理位置上的接近，以及同时进行收发信号，因此，与接收信号相比较大的相邻发射天线的发射信号会被同系统的相邻接收天线接收，严重干扰同频段的接收信号，即同频自干扰效应。自干扰效应会严重影响接收信号的质量，是制约带内全双工技术发展的瓶颈技术。因此，带内全双工通信系统需要解决的关键问题就是进行同频自干扰消除。现有的基于电学方案的自干扰消除系统的工作带宽、工作频段以及消除性能会受电子元件性能限制。基于微波光子学的自干扰消除系统可以充分发挥光学器件大带宽的优势，可以将更高频段的电信号调制成光信号进行处理，而不会受到传统电学方案的限制和影响，因此受到了广泛的研究和关注。
发射天线发送的信号在传输过程中，因为受到建筑物的反射和折射等，会形成多个传输路径、产生多径自干扰信号，由同系统的接收天线接收。现有的针对多径自干扰信道的光学消除技术，一般有两路发送信号进行传输，第一路是发送的自干扰信号，第二路是复制的发送信号，称为参考信号。第二路信号通过精确调节衰减和延时，输出一个可以抵消多径自干扰信道效应的参考信号，该参考信号可以精确匹配多径自干扰信号，最后在光域上两路信号相减，留下有用信号，实现光学消除。
经过现有文献检索发现，P.Chang等人在《IEEE MICROWAVE AND WIRELESSCOMPONENTS LETTER(电气和电子工程师协会微波和无线器件快报)》(Vol. 23，No.7，2013)上发表了题为“A Novel Analog Photonic Method for Broadband MultipathInterference Cancellation”的文章，提出了一种基于模拟光子的宽带多径自干扰消除方案。该方案在接收端和发送端分别使用线性部分相反的电光调制器 (EOM)，将两路信号分别调制到光载波上。发送端信号从电光调制器输出后进入光耦合器，然后输出一组相同的并行参考光信号到每一条具有可调光延时线和光衰减器的支路上。每条支路上经过延迟和衰减后的参考信号以及接收端的自干扰信号一起进入一个SM-MM Combiner单模-多模耦合器后相消，留下有用信号(SOI)。文献中报告了，在两路干扰信道和两路光补偿路径下，900MHz频段获得50MHz带宽约30dB抑制比和10MHz带宽约40dB抑制比，2.4GHz频段获得200MHz带宽约 40dB抑制比和10MHz带宽约50dB抑制比。该方案受限于补偿路径数量，不能处理任意数量的多径自干扰信道，同时该方案实现自干扰消除的频带带宽太窄。对于下一代无线通信系统而言，希望获得更高频段的频谱资源用于带内全双工通信。值得一提的是，该方案进行两路信号时延对准时所采取的的方法是通过多个调谐范围为83ps的可调谐延时线来进行的。
经过现有文献检索发现，Wangwei Zhou等人于2016年在《IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS(电气和电子工程师协会光电技术快报)》(Vol.28，No.8， 2016)上发表了题为“Wideband Optical Multipath Interference Cancellation Based on aDispersive Element”的文章。该文章提出了一个基于两个极化调制器和色散部件的模拟多径自干扰消除系统。含有多条路径的消除分支是由一组可调谐的激光器组成的，通过调节每一条参考链路上激光器的波长和光功率，可以精确调节参考信号的延时和衰减，从而精确匹配经过多径链路后的自干扰信号，在接收端进行消除。文献中报告了，对于两路干扰信道，可以在3GHZ频段获得50MHz带宽约77dB的抑制比。该方案解决多径自干扰信道的频段仅能适应现有的商用无线系统，没有更好体现基于微波光子学的自干扰消除系统高频段、宽带宽的优势。该方案受限于可调谐激光器阵列，同样不能处理任意数量多径自干扰信道，同时该方案只考虑了静态的多径干扰情况，而在实际情况下，多径链路干扰会动态变化。
又经检索发现，Jingyi J.Sun等人于2017年在《IEEE PHOTONICS TECHNOLOGYLETTERS(电气和电子工程师协会光电技术快报)》(VOL.29，NO. 4，FEBRUARY 15，2017)上发表了题为“Demonstration of Over-the-Air RF Self-Interference CancellationUsing an Optical System”的文章。该文章提出了一个针对RF多径链路的模拟光学自干扰消除系统。整个自干扰消除基于两个电吸收调制激光器，自干扰信号经过电吸收调制激光器1后调制到光域上，发送信号分为两部分，一部分用于发送，另一部分经过Balun平衡不平衡转换器后进入耦合器，输出多路相位和自干扰信号相反的信号，这些信号分别经过光衰减器和可调光延时线，进行多径链路的匹配。通过使用SM-MM Combiner单模-多模耦合器在接收端耦合处理，可以进行最多6条多径链路的消除。该系统达到了在20MHZ处的35dB的消除窄带宽和30dB的消除深度，在有用信号的频率处相比于只考虑视线传播的自干扰消除多出了10dB的消除深度。该方案受限于多径链路的数量和由于使用单模-多模耦合器所带来的自干扰消除规模的可扩展性较差的问题。
当前光学自干扰消除系统针对多径自干扰信道的消除技术，存在消除的多径自干扰信道的频段太窄的问题，导致光学自干扰消除系统的带宽优势无法发挥。同时，现有的消除技术受限于复制多径信道的器件数量，不能处理任意多个多径信道干扰。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统。该系统是一种针对动态变化多径自干扰信道的光学自干扰消除系统消除技术。本发明用自适应时域均衡解决多径自干扰信道问题，以拓宽光学自干扰技术消除的带宽，消除任意多径信道干扰，同时也针对动态变化的多径链路的自适应消除问题提出解决方案。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的一个方面，提供了一种自适应时域均衡系统，应用于光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道，包括：光学自干扰消除模块、自适应时域均衡模块和控制模块；其中：
所述自适应时域均衡模块，对参考信号进行自适应训练调整，所述参考信号是指复制的一路本地基带发送信号；
所述光学自干扰消除模块，接收基带发射信号中的另一路本地基带发送信号经过多径信道后产生的多径自干扰信号与对方通信单元发射天线发出的有用信号所形成的混合信号以及参考信号，通过参考信号的精确匹配来实现自干扰信号的消除，输出有用的接收光信号；
所述控制模块，在自适应时域均衡模块对参考信号进行自适应训练调整过程中，控制对光信号的接收以及对光信号进行自适应训练的状态切换。
优选地，所述光学自干扰消除模块包括：第一电吸收调制激光器、第二电吸收调制激光器、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器、可调光延时线以及平衡接收机；具体地，以第一电吸收调制激光器和第二电吸收调制激光器为基础构建两条光支路，分别记为第一路径和第二路径，其中：
所述第一路径中依次设置有第一电吸收调制激光器和第一可调光衰减器；混合信号依次经过第一电吸收调制激光器EML1和第一可调光衰减器后进入平衡接收机；
所述第二路径中依次设置有第二电吸收调制激光器EML2、第二可调光衰减器以及可调光延时线；参考信号依次经过第二电吸收调制激光器EML2、可调光延时线以及第二可调光衰减器后进入平衡接收机；
由第一路径和第二路径输出的两路信号在平衡接收机中进行光电信号的减法操作，生成光信号。
优选地，所述自适应时域均衡模块包括：时域均衡单元、光信号接收单元、光信号状态判断切换单元以及误码率估计单元；所述光信号在控制模块的控制下动态的在两路状态之间切换，实现对光信号的自适应训练调整。
优选地，所述光信号的自适应训练调整，包括如下过程：
光信号通过光信号接收单元进入误码率估计单元，反馈结果给控制模块，若此时光信号的误码率小于设定阈值符合要求，则无需切换至第二路进行时域均衡单元的参数训练，继续接收光信号；若此时光信号的误码率不符合设定阈值要求，则控制模块控制光信号状态判断切换单元切换至第二路进行时域均衡单元的参数训练调整，重新训练时域均衡单元的参数，调整输出参考信号，直到最终耦合输出的光信号经过误码率估计单元计算满足设定阈值条件之后，结束训练过程。
优选地，通过递归最小二乘RLS算法动态训练时域均衡单元的参数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种带内全双工无线通信系统，包括数字信号处理基带单元、射频单元、控制单元以及上述光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统；其中：
所述自适应时域均衡模块设置于数字信号处理基带单元中；
所述光学自干扰消除模块设置于射频单元中；
所述控制模块设置于控制单元中。
优选地，所述射频单元还包括多个混频器和电功率放大器，所述基带发射信号依次经过混频器和电功率放大器后经过多径信道产生多径自干扰信号，并与有用信号输入至光学自干扰消除模块；所述参考信号依次经过混频器和功率放大器后输入至光学自干扰消除模块。
优选地，所述带内全双工无线通信系统还包括低通滤波器，所述光信号依次经过混频器和低通滤波器输入至自适应时域均衡模块。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统，能够处理任意多径自干扰信道，得到较好的抑制带宽和抑制比。
2、本发明提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统，设计的自适应时域均衡方案能够实时，自适应处理多径信道问题。
3、本发明提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统，调制格式具有透明性：当进行频域均衡等方案时，需要有时域和频域的变换过程，适用于OFDM、DMT等多子载波调制格式。而一般的信号，若进行频域均衡则需先变换到频域再变换回时域，增加了系统复杂性。时域均衡则不存在这个问题，并且时域均衡不需要利用导频进行信道估计。
4、本发明提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统，设计的时域均衡器是在发射端对信号进行处理，该设计系统集成化高，器件成本较低。
5、本发明提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统，使用递归最小二乘RLS算法来训练调整自适应滤波器的参数，精确匹配多径自干扰信号，该算法收敛速度快、匹配多径链路难度低。
6、本发明提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及带内全双工无线通信系统，使用光信号状态判断切换模块和控制单元来实时监测输出信号的质量，能够动态、实时、自适应的调整滤波器参数、输出的参考信号和光时延和衰减参数，及时的改进输出信号的质量，提升自干扰消除系统的性能。
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为本发明提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统及以其为核心的带内全双工通信系统示意图；
图2为单路、双路和三路以上自干扰多径信道示意图，其中：(a)为单一直射路径(单路)，(b)为两条路径(双路)，(c)为超过三条路径(三路以上)；
图3为加入了自适应均衡滤波器后的自干扰模型框图；
图4为本发明所针对的多径自干扰信道的自适应时域均衡的工作流程图。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统，包括：光学自干扰消除模块、自适应时域均衡模块和控制模块；其中：
所述自适应时域均衡模块，对参考信号进行自适应训练调整，所述参考信号是指复制的一路本地基带发送信号；
所述光学自干扰消除模块，接收基带发射信号中的另一路本地基带发送信号经过多径信道后产生的多径自干扰信号与对方通信单元发射天线发出的有用信号所形成的混合信号以及参考信号，通过参考信号的精确匹配来实现自干扰信号的消除，输出有用的接收光信号；
所述控制模块，在自适应时域均衡模块对参考信号进行自适应训练调整过程中，控制对光信号的接收以及对光信号进行自适应训练的状态切换。
进一步地，所述光学自干扰消除模块包括：第一电吸收调制激光器、第二电吸收调制激光器、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器、可调光延时线以及平衡接收机；具体地，以第一电吸收调制激光器和第二电吸收调制激光器为基础构建两条光支路，分别记为第一路径和第二路径，其中：
所述第一路径中依次设置有第一电吸收调制激光器和第一可调光衰减器；混合信号依次经过第一电吸收调制激光器EML1和第一可调光衰减器后进入平衡接收机；
所述第二路径中依次设置有第二电吸收调制激光器EML2、第二可调光衰减器以及可调光延时线；参考信号依次经过第二电吸收调制激光器EML2、第二可调光衰减器以及可调光延时线后进入平衡接收机；
由第一路径和第二路径输出的两路信号在平衡接收机中进行光电信号的减法操作，生成光信号。
进一步地，所述自适应时域均衡模块包括：时域均衡单元、光信号接收单元、光信号状态判断切换单元以及误码率估计单元；所述光信号在控制模块的控制下动态的在两路状态之间切换，实现对光信号的自适应训练调整。
进一步地，所述光信号的自适应训练调整，包括如下过程：
光信号通过光信号接收单元进入误码率估计单元，反馈结果给控制模块，若此时光信号的误码率小于设定阈值符合要求，则无需切换至第二路进行时域均衡单元的参数训练，继续接收光信号；若此时光信号的误码率不符合设定阈值要求，则控制模块控制光信号状态判断切换单元切换至第二路进行时域均衡单元的参数训练调整，重新训练时域均衡单元的参数，调整输出参考信号，直到最终耦合输出的光信号经过误码率估计单元计算满足设定阈值条件之后，结束训练过程。
进一步地，通过递归最小二乘RLS算法动态训练时域均衡单元的参数。
实施例2
本实施例提供了一种带内全双工无线通信系统，包括数字信号处理基带单元、射频单元、控制单元以及实施例1提供的光学自干扰消除系统中针对多径自干扰信道的自适应时域均衡系统；其中：
所述自适应时域均衡模块设置于数字信号处理基带单元中；
所述光学自干扰消除模块设置于射频单元中；
所述控制模块设置于控制单元中。
优选地，所述射频单元还包括多个混频器和电功率放大器，所述基带发射信号依次经过混频器和电功率放大器后经过多径信道产生多径自干扰信号，并与有用信号输入至光学自干扰消除模块；所述参考信号依次经过混频器和功率放大器后输入至光学自干扰消除模块。
优选地，所述带内全双工无线通信系统还包括低通滤波器，所述光信号依次经过混频器和低通滤波器输入至自适应时域均衡模块。
本实施例提供的带内全双工无线通信系统，包括：数字信号处理基带单元、射频单元以及控制单元。在射频单元设置有光学自干扰消除模块，用于消除产生的自干扰信号。在数字信号处理基带单元设置自适应时域均衡模块。控制单元设置控制模块，用来控制接收端进行接收和训练状态的切换，以及通过自干扰消除方案实现的动态调整参考链路的延时和衰减参数，该方案的控制主要根据接收端的误码率信息，配合训练模块的调整，通过对从自适应滤波器输出后的信号再进行一次精确地时延和衰减对准，来一起使参考信号达到最优匹配。
所述射频单元包括混频器、电功率放大器和光学自干扰消除模块。基带发射信号分为两路，其中一路信号通过数模转换器，经过混频器、电功率放大器的放大后由发射天线输出，和多径信道产生的干扰信号以及对方通信单元发射天线发出的有用信号一同进入光学自干扰消除模块；另一路信号先进行时域均衡，再通过数模转换器，经过混频器、电功率放大器的放大后进入光学自干扰消除模块进行减法处理。相减耦合输出的信号，再经过混频器和低通滤波器，得到接收信号(即光信号)。
所述数字信号处理基带单元包括自适应时域均衡模块(包括时域均衡单元、光信号接收单元、光信号状态判断切换单元、误码率估计单元)。光信号先进行误码率估计，反馈结果给控制模块。当误码率超过阈值时，控制模块控制光信号状态判断切换单元，将电路切换到自适应滤波器训练状态，通过递归最小二乘RLS算法来训练滤波器参数，产生新的参考信号进入到光学自干扰消除模块，重复训练过程状态，直到输出光信号的误码率小于阈值时，再切换回接收状态，继续接收光信号。
所述光学自干扰消除模块包括：第一、第二电吸收调制激光器、第一、第二可调光衰减器、可调光延时线以及平衡接收机；具体地，以两个电吸收调制激光器为基础构建两条光支路，分别记为第一路径和第二路径，其中：
所述第一路径中依次设置有：第一电吸收调制激光器EML1和第一可调光衰减器；接收天线接收到的射频信号依次经过第一电吸收调制激光器EML1、第一可调光衰减器后进入平衡接收机；
所述第二路径中依次设置有：第二电吸收调制激光器EML2、第二可调光衰减器以及可调光延时线；射频信号中的另一路信号依次经过第二电吸收调制激光器EML2、可调光延时线以及第二可调光衰减器后进入平衡接收机；
由第一路径和第二路径的输出的两路信号在光平衡接收机中进行光电信号的减法操作，实现自干扰信号的消除
接收天线接收到的射频信号包括：数字信号处理基带单元中发射天线发送的经过多径信道后的多径自干扰信号和对方通信单元发射天线发出的有用信号。
在本实施例中：
在带内全双工无线通信系统中增加自适应时域均衡模块。带内全双工无线通信系统包括数字信号处理基带单元、射频单元、控制单元。在射频单元设置有光学自干扰消除模块，用于消除产生的自干扰信号。在数字信号处理基带单元设置自适应时域均衡模块，用于对参考信号进行时域均衡，以便更好的消除自干扰信号。
所述射频单元包括混频器、电功率放大器、光学自干扰消除模块。基带发送信号分为两路，其中一路信号通过数模转换器，经过混频器，电功率放大器的放大后由发射天线输出，和多径信道产生的干扰信号以及有用信号一同进入光学自干扰消除模块；另一路信号先进行时域均衡，再通过数模转换器，经过混频器和电功率放大器的放大后进入光学自干扰消除模块进行减法处理。相减耦合输出的信号，再经过混频器和低通滤波器，得到接收信号。
所述数字信号处理基带单元包括自适应时域均衡模块(包括时域均衡单元、光信号接收单元、光信号状态判断切换单元、误码率估计单元)。接收信号在控制模块的控制下动态的在两路之间切换。其中一路中，接收信号先进入误码率估计单元，反馈结果给控制中心，若此时接收信号的误码率小于某一阈值符合要求，则无需切换至另一路进行时域均衡单元参数的训练，可以继续接收信号；若此时接收信号的误码率不符合阈值要求，则切换至另一路进行时域均衡单元的参数训练调整，重新训练均衡器参数，调整输出的参考信号，直到最终耦合输出的接收信号经过误码率估计单元计算满足阈值条件之后，结束训练过程。
所述宽带光学自干扰消除系统包括：电吸收调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线以及平衡接收机；具体地，以两个电吸收调制激光器为基础构建两条光支路，分别记为第一路径和第二路径，其中：
所述第一路径中依次设置有第一电吸收调制激光器EML1和可调光衰减器；接收天线将接收到的射频信号依次经过第一电吸收调制激光器EML1，可调光衰减器后进入平衡接收机；
所述第二路径中依次设置有：第二电吸收调制激光器EML2、可调光衰减器以及可调光延时线；射频信号中的另一路信号依次经过第二电吸收调制激光器EML2、可调光衰减器以及可调光延时线后进入平衡接收机；
由第一路径和第二路径输出的两路信号在光平衡接收机中进行光电信号的减法操作，实现自干扰信号的消除。
使用了时域均衡自适应滤波器。该自适应滤波器设置在第二路径中，用于对基带发送信号进行自适应处理。两路基带发送信号，一路先经过自适应滤波器，精确匹配经过多径信道后到达接收端的自干扰信号，之后再通过电功率放大器；另一路基带发送信号直接经过混频器和电功率放大器后到达相邻接收端。通过使用电功率放大器，使得在接收端的自干扰信号的功率远大于有用信号，这样的情况下，使得进行精确匹配时有用信号的存在可以忽略不计，便于通过递归最小二乘RLS算法动态训练改变均衡器参数，经过几次迭代后训练完成均衡器参数，得到最佳的接收信号。
下面结合附图，对上述两个实施例进一步详细描述。
实施例2提供的带内全双工无线通信系统，包括混频器、电功率放大器、光学自干扰消除模块、自适应时域均衡模块(包括时域均衡单元、光信号接收单元、光信号状态判断切换单元、误码率估计单元)。以OFDM信号为例，本地发射的OFDM 信号分为两路，其中一路信号通过DA数模转换器，经过混频器、电功率放大器的放大后由发射天线输出，和多径信道产生的干扰信号一同进入光学自干扰消除模块；另一路信号先进行时域均衡，再通过数模转换器，经过混频器和电功率放大器的放大后进入光学自干扰消除模块进行减法处理。相减耦合输出的信号，再经过混频器和低通滤波器，得到接收信号。
接收信号经过AD模数转换成数字信号。接收信号先进行误码率估计，反馈结果给控制模块。当误码率超过阈值时，控制模块控制光信号状态判断切换模块，将电路切换到自适应滤波器训练状态，通过递归最小二乘RLS算法来训练滤波器参数，产生新的参考信号进入到自干扰消除系统，重复训练过程状态，直到输出信号的误码率小于阈值时，再切换回接收状态，继续接收信号。值得注意的是，由于一个通信单元的收发天线在工作时相对位置往往固定，而且影响自干扰信道的主要是直射链路，所以自干扰信道理论上是一个慢变化信道，因此实施例2的系统在运行时，不需要频繁在训练状态和工作状态之间来回切换。
具体原理如下所述：
实施例2的应用场景是带内全双工无线通信系统，图1是数字信号处理基带单元，射频单元和控制单元构建成的带内全双工系统简要模型。射频单元拥有一个发射天线(TX)和一个接收天线(RX)用于实时通信。收发无线信号均位于同一频带。通过将本地发送的信号分为两路，其中一路信号经过自适应均衡滤波器后，再调制成为参考信号；另一路信号调制成为发射信号。发射信号经过多径信道后被接收天线接收，而复制的参考信号则是经过有线链路进入到自干扰消除系统，因而二者难以在宽带上匹配从而获得良好的消除效果。通过将接收信号的误码率作为目标函数，利用递归最小二乘RLS算法动态调整自适应滤波器的参数，使两路信号尽可能的精确匹配，实现宽带自干扰消除。
所研究的针对多径自干扰信道的自干扰消除系统中，图2的 (a)、(b)、(c)分别是单路，双路和三路自干扰信道。图1中，发射信号为S(n)，经过多径链路到达接收端的信号为S1(n)，经过自适应滤波器后的信号为s2(n)，进入耦合器的参考信号为S′2(n)，接收端收到来自远端通信单元的有用信号为S3(n)，耦合器输出的信号为Sr(n)，滤波器的抽头系数用W(n)表示，目标函数用d(n)表示，误差函数用e(n)表示，则这些参数的具体表达式如下式所示：
S2(n)＝WH(n)S(n) (1)
S′2(n)＝αS2(n-i) (2)
Sr(n)＝S3(n)+S1(n)-S′2(n) (3)
d(n)＝Sr(n) (4)
e(n)＝S1(n)-S′2(n) (5)
d(n)＝S3(n)-e(n) (6)
依据公式(3)(4)(5)(6)可知，要获得目标函数d(n)的最优值，即有用信号的最优，误差函数e(n)必须取得最小值为0，即此时
d(n)＝S3(n) (7)
S1(n)＝S′2(n) (8)
根据公式(5)，因为在发送端，电功率放大器对发射信号和参考信号都进行了放大，因此在利用自适应滤波器匹配使得误差函数e(n)最小的过程中，有用信号相比于自干扰信号和参考信号来说功率很小，可以忽略不计，此时就可以看作仅是在匹配参考信号和自干扰信号。
实施例1和实施例2采用递归最小二乘RLS算法递推训练一个M抽头的自适应横向滤波器权值系数W(n)来获得最优解。W(n)的表达式如公式(9)，其更新过程如公式 (10)，其中K(n)为RLS算法计算过程中的一个参数：
W(n)＝[W0(n)，W1(n)，…，WM-1(n)]T (9)
W(n)＝W(n-1)+K(n)[d(n)-ST(n)W(n-1)] (10)
将接收信号的误码率作为目标函数，给定一组滤波器的初始权值系数(一般为全0抽头值)，通过多次训练自适应滤波器的抽头系数W(n)，并配合调节参考链路即第二路径的时延和衰减。当抽头权值系数W(n)收敛于最优权值Wopt(n)时，输出的参考信号满足公式(8)，精确匹配经过多径链路后的自干扰信号，两者近似具有最小均方误差，将其消除，从而获得误差函数(5)的最小值为0和目标函数(6)的最大值等于有用信号 S3(n)，恢复有用信号。
值得一提的是，参考信号的匹配过程，不是仅靠自适应滤波器一部分完成的，它是综合利用自适应滤波器的权值参数调整和第二路径的可调光衰减和延时线来进行衰减和时延调整，以匹配第一路径的自干扰信道。另外，通过在自干扰信道中设置光延时线，来匹配因为设置自适应滤波器所带来的滤波群时延，从而使上下两路的信号达到更精确的匹配。
图3为加入了自适应均衡滤波器后的自干扰消除框图。通过对接收信号的判断，来动态地调整训练滤波器的权重系数。
图4为自适应时域均衡模块的工作流程图。接收信号先进行误码率估计，反馈结果给控制中心。当误码率超过阈值时，控制中心控制光信号状态判断切换模块，将电路切换到自适应滤波器训练状态，通过最小二乘算法来训练滤波器参数，产生新的参考信号进入到自干扰消除系统，重复训练过程状态，直到输出信号的误码率小于阈值时，再切换回接收状态，继续接收信号。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种自适应时域均衡系统，其特征在于，包括：光学自干扰消除模块、自适应时域均衡模块和控制模块；其中：
所述自适应时域均衡模块，对参考信号进行自适应训练调整，所述参考信号是指复制的一路本地基带发送信号；
所述光学自干扰消除模块，接收基带发射信号中的另一路本地基带发送信号经过多径信道后产生的多径自干扰信号与对方通信单元发射天线发出的有用信号所形成的混合信号以及参考信号，通过参考信号的精确匹配来实现自干扰信号的消除，输出有用的接收光信号；
所述控制模块，在自适应时域均衡模块对参考信号进行自适应训练调整过程中，控制对光信号的接收以及对光信号进行自适应训练的状态切换；
所述自适应时域均衡模块包括：时域均衡单元、光信号接收单元、光信号状态判断切换单元以及误码率估计单元；所述光信号在控制模块的控制下动态的在两路状态之间切换，实现对光信号的自适应训练调整；
所述光信号的自适应训练调整，包括如下过程：
光信号通过光信号接收单元进入误码率估计单元，反馈结果给控制模块，若此时光信号的误码率小于设定阈值符合要求，则无需切换至第二路进行时域均衡单元的参数训练，继续接收光信号；若此时光信号的误码率不符合设定阈值要求，则控制模块控制光信号状态判断切换单元切换至第二路进行时域均衡单元的参数训练调整，重新训练时域均衡单元的参数，调整输出参考信号，直到最终耦合输出的光信号经过误码率估计单元计算满足设定阈值条件之后，结束训练过程。
2.根据权利要求1所述的自适应时域均衡系统，其特征在于，所述光学自干扰消除模块包括：第一电吸收调制激光器、第二电吸收调制激光器、第一可调光衰减器、第二可调光衰减器、可调光延时线以及平衡接收机；具体地，以第一电吸收调制激光器和第二电吸收调制激光器为基础构建两条光支路，分别记为第一路径和第二路径，其中：
所述第一路径中依次设置有第一电吸收调制激光器和第一可调光衰减器；混合信号依次经过第一电吸收调制激光器EML1和第一可调光衰减器后进入平衡接收机；
所述第二路径中依次设置有第二电吸收调制激光器EML2、第二可调光衰减器以及可调光延时线；参考信号依次经过第二电吸收调制激光器EML2、可调光延时线和第二可调光衰减器后进入平衡接收机；
由第一路径和第二路径输出的两路信号在平衡接收机中进行光电信号的减法操作，生成光信号。
3.根据权利要求1所述的自适应时域均衡系统，其特征在于，通过递归最小二乘RLS算法动态训练时域均衡单元的参数。
4.一种带内全双工无线通信系统，其特征在于，包括数字信号处理基带单元、射频单元、控制单元以及权利要求1至2中任一项所述的自适应时域均衡系统；其中：
所述自适应时域均衡模块设置于数字信号处理基带单元中；
所述光学自干扰消除模块设置于射频单元中；
所述控制模块设置于控制单元中。
5.根据权利要求4所述的带内全双工无线通信系统，其特征在于，所述射频单元还包括多个混频器和电功率放大器，所述另一路本地基带发送信号依次经过混频器和电功率放大器后经过多径信道产生多径自干扰信号，并与有用信号输入至光学自干扰消除模块；所述参考信号依次经过混频器和功率放大器后输入至光学自干扰消除模块。
6.根据权利要求4或5所述的带内全双工无线通信系统，其特征在于，所述带内全双工无线通信系统还包括低通滤波器，所述光信号依次经过混频器和低通滤波器输入至自适应时域均衡模块。
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