CN113595584B - 一种自干扰信号消除装置及其消除方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种自干扰信号消除装置及其消除方法用于消除接收天线从发射天线收到的接收信号中的自干扰信号，以得到期望接收到的目标信号，包括：S1，将接收信号和参考信号分别调制到光信号中，所述接收信号和参考信号具有延时引入的相位差；S2，对所述光信号进行偏振处理，以使所述接收信号与参考信号在水平方向的投影方向相反；S3，对所述接收信号与参考信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与参考信号，以使所述参考信号与自干扰信号在水平方向上抵消。本发明中所公开的一种自干扰信号消除装置及其消除方法，可利用光学方法实现单频信号及宽带信号的干扰对消，同时可实现频率下转换，避免光纤色散带来的功率衰落。

Description

一种自干扰信号消除装置及其消除方法
技术领域
本公开涉及微波光子学技术领域，具体涉及一种自干扰信号消除装置及其消除方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，对无线通信传输速率的需求也越来越高，提高频谱利用效率，最大化的利用有限的频谱资源，是目前5G及6G通信所面临的最大挑战之一，也是当前的研究热点。
带内全双工技术由于其可在同一频带上同时进行信号的发送和接收，使频谱利用效率倍增。通常来说，在带内全双工通信时，由于发射天线和接收天线的排列较近，发射天线所发出的高功率微波信号会经过反射或泄露到接收天线，从而对接收信号产生干扰。但由于发射信号和接受信号位于同一频段，其干扰信号很难通过电滤波器进行滤除，因此，亟需研究宽带大动态范围的射频干扰消除技术。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种自干扰信号消除装置及其消除方法，其利用光学方法实现单频信号及宽带信号的干扰对消，同时可实现频率下转换，避免由于光纤色散带来的功率衰落。
一种自干扰信号消除方法，用于消除接收天线从发射天线收到的接收信号中的自干扰信号，以得到期望接收到的目标信号，包括：
S1，将接收信号和参考信号分别调制到光信号中，所述接收信号和参考信号之间具有延时引入的相位差，其中，所述参考信号与所述自干扰信号同源；
S2，对所述光信号进行偏振处理，以使所述接收信号与参考信号在水平方向的投影方向相反；
S3，对所述接收信号与参考信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与参考信号，以使所述参考信号与自干扰信号在水平方向上抵消。
可选地，还包括：
在步骤S1中，将用于对所述目标信号下变频的本振信号调制到光信号中，所述接收信号和本振信号之间的相位呈另一夹角；
在步骤S2中，所述光信号进行偏振处理后，接收信号与本振信号在水平方向的投影方向相反；
在步骤S3中，对所述本振信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与本振信号，以使所述本振信号在水平方向上抵消部分目标信号，输出的目标信号为中频信号。
可选地，所述自干扰信号、目标信号和参考信号的角频率相同。
所述参考信号与自干扰信号反相；
所述步骤S1中的所述一夹角与所述另一夹角均为90°；
所述步骤S2中的偏振角度为45°或135°；
所述目标信号的调制效率β SOI、干扰信号的调制效率β I、本振信号的调制效率β LO和 参考信号的调制效率β R满足：
Figure 789861DEST_PATH_IMAGE001
。
一种自干扰信号消除装置，用于消除接收天线接收到的，从发射天线泄露到接收天线的自干扰信号，以得到期望接收到未收干扰的目标信号，包括：
双偏振马赫增德尔调制器，用于将接收信号和参考信号分别调制到光信号中，并使得接收信号和参考信号之间的相位呈一夹角；
偏振控制器，用于对所述光信号进行偏振处理，以使所述接收信号与参考信号在水平方向的投影方向相反；
起偏器，用于对所述接收信号与参考信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与参考信号，以使所述参考信号与自干扰信号在水平方向上抵消。
可选地，还包括延时线和衰减器，分别用于调整参考信号的延时和幅度，使其可以与自干扰信号抵消。
可选地，所述双偏振马赫增德尔调制器还将用于对所述目标信号下变频的本振信号调制到光信号中，所述接收信号和本振信号之间的相位呈另一夹角；
偏振控制器还将本振信号进行偏振处理，偏振处理后接收信号与本振信号在水平方向的投影方向相反；
起偏器还将本振信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与本振信号，以使所述本振信号在水平方向上抵消部分目标信号，输出的目标信号为中频信号。
可选地，所述双偏振马赫增德尔调制器工作于最小偏置点；
所述接收信号和参考信号的角频率相同；
所述延时线调整传入装置的参考信号的延时，使得参考信号与自干扰信号的相位差为0；
所述衰减器调整传入装置的参考信号的幅度，使得目标信号的调制效率β SOI、干扰 信号的调制效率β I、本振信号的调制效率β LO和参考信号的调制效率β R满足等式
Figure 247387DEST_PATH_IMAGE002
；
所述本振信号与参考信号的矢量方向始终一致；
所述双偏振马赫增德尔调制器中输出的本振信号和参考信号调制的光与接收信号调制的光所呈夹角为90°；
所述起偏器与双偏振马赫增德尔调制器的主轴呈135°的夹角。
可选地，还包括功率合束器，用于合束传入装置的本振信号与经延时线和衰减器调整后的参考信号，形成合束信号；
所述双偏振马赫增德尔调制器包括第一马赫增德尔调制器、第二马赫增德尔调制器、偏振旋转器和偏振合束器；所述合束信号和接收信号中的一个信号经第一马赫增德尔调制器调制为第一光信号，另一个经第二马赫增德尔调制器调制为第二光信号；所述第二光信号经偏振旋转器旋转后，与第一光信号经偏振合束器合束后相位呈接收信号和本振信号之间的相位夹角输出。
可选地，所述接收信号包括单频微波信号和/或宽带信号；
所述衰减器、延时线、功率合束器和双偏振马赫增德尔调制器通过电缆依次连接；
所述激光器、双偏振马赫增德尔调制器、偏振控制器、起偏器和光电探测器通过光纤依次连接。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例的自干扰信号消除装置的结构示意图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的双偏振马赫增德尔调制器的结构示意图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的自干扰信号消除方法的流程图；
图4A示意性示出了根据本公开实施例的经双偏振马赫增德尔调制器调制后的接收信号与合束信号结构示意图；
图4B示意性示出了根据本公开实施例的经偏振控制器旋转后的接收信号与合束信号在起偏器中矢量消除和叠加的原理示意图；
图4C示意性示出了根据本公开实施例的经起偏器作用后输出的目标信号的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
本公开的实施例提供一种光子射频干扰对消及下变频传输装置。
图1示意性示出了根据本公开实施例的光子射频干扰对消装置的结构示意图；
接收信号包括期望接收到的目标信号和自干扰信号。
假设接收天线期望接收到的目标信号的角频率为ω 1，由于发射天线与接收天线位于同一频段，发射天线泄露到接收天线的自干扰信号的角频率也为ω 1。
如图1所示，一种自干扰信号消除装置，包括：
激光器，用于产生光信号，其输出的光场可表示为
Figure 937126DEST_PATH_IMAGE004
；其中，ω 0为激光器输出 光的角频率，t表示时间。
延时线，用于调整参考信号的延时。参考信号由发射天线的一路引出，故与自干扰信号同源，即参考信号的角频率与自干扰信号角频率相同，为ω 1。参考信号经过电延时线进行延时，延时量为τ。
衰减器，用于调整参考信号的幅度。假定参考信号的调制效率为β R，参考信号可表 示为
Figure 759588DEST_PATH_IMAGE006
。
功率合束器，用于合束传入装置的本振信号与经延时线和衰减器调整后的参考信号，形成合束信号；本振信号角频率为ω LO，调制系数为β LO。
双偏振马赫增德尔调制器，用于将合束信号与装置外部的接收信号转换到光域，形成调制光信号；所述合束信号调制的光与接收信号调制的光位于垂直偏振态；
图2示意性示出了根据本公开实施例的双偏振马赫增德尔调制器的结构示意图；
如图2所示，所述双偏振马赫增德尔调制器包括第一马赫增德尔调制器、第二马赫增德尔调制器、90度偏振旋转器和偏振合束器；所述第一马赫增德尔调制器与第二马赫增德尔调制器均工作于最小偏置点。
激光器产生的光信号传入双偏振马赫增德尔调制器，所述接收信号经第一马赫增德尔调制器调制到激光器产生的光信号上，形成第一光信号，合束信号经第二马赫增德尔调制器调制到激光器产生的光信号上，形成第二光信号；所述第二光信号经90度偏振旋转器旋转后，与第一光信号经偏振合束器合束后输出。
假定自干扰信号的相位为
Figure 839671DEST_PATH_IMAGE008
，目标信号的调制效率为β SOI，干扰信号的调制效率 为β I，第一马赫增德尔调制器位于x偏振态。
则第一马赫增德尔调制器输出可表示为：
Figure 38571DEST_PATH_IMAGE010
（1）
第二马赫增德尔调制器输出光经过90度偏振旋转器，表示为y偏振态。
则第二马赫增德尔调制器输出可表示为：
Figure 769767DEST_PATH_IMAGE012
（2）
第一马赫增德尔调制器输出光和第二马赫增德尔调制器输出光经偏振合束器合束后，经雅克比-安格尔恒等式可展开为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
（3）
其中J n表示n阶第一类贝塞尔函数。
在小信号调制情况下，只考虑0阶和一阶贝塞尔函数，忽略高阶项，可得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
（4）
偏振控制器，用于旋转调制光信号的偏振态，使得旋转调制后的接收信号矢量投影为水平方向上的第一接收信号和竖直方向上的第二接收信号，合束信号矢量投影为水平方向上的第一合束信号和竖直方向上的第二合束信号，第一合束信号和第一接收信号的矢量方向相反；
起偏器，用于将竖直方向上的第二接收信号和第二合束信号滤除，并将水平方向上的第一接收信号和第一合束信号进行矢量叠加为一个偏振态，并进行射频的光域对消；
合束信号调制的光与接收信号调制的光经偏振旋转器旋转偏振态后进入起偏器进行偏振矢量叠加，起偏器的角度与双偏振马赫增德尔调制器的主轴呈135°的夹角。
则起偏器输出光表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（5）
当同时满足
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，输出光可改写为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（6）
此时，第一合束信号中的参考信号和第一接收信号中的自干扰信号矢量方向相反、模相等，矢量叠加过程中由发射天线泄露到接收天线的自干扰信号可被消除。可实现射频干扰的光域相消。
第一合束信号中的本振信号和第一接收信号中的目标信号矢量方向相反，矢量叠加后输出的目标信号经光电探测器实现光电转换后频率下转换为中频信号，中频信号由于频率较低，由于光纤色散带来的功率衰落影响较小，可实现长距离光纤抗色散传输。
光电探测器，用于将矢量叠加后的光转换为电。起偏器与光电探测器之间连接有长光纤。
经光电探测器进行光电转换后，产生光电流可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
（7）
进一步地，所述接收信号包括单频微波信号和/或宽带信号。
进一步地，所述衰减器、延时线、功率合束器和双偏振马赫增德尔调制器通过电缆依次连接。
进一步地，所述激光器、双偏振马赫增德尔调制器、偏振控制器、起偏器和光电探测器通过光纤依次连接。
图3示意性示出了根据本公开实施例的光子射频干扰对消方法的流程图；
图4A示意性示出了根据本公开实施例的经双偏振马赫增德尔调制器调制后的接收信号与合束信号结构示意图；
图4B示意性示出了根据本公开实施例的经偏振控制器旋转后的接收信号与合束信号在起偏器中矢量消除和叠加的原理示意图；
图4C示意性示出了根据本公开实施例的经起偏器作用后输出的目标信号的结构示意图；
如图3所示，一种自干扰信号消除方法，用于消除接收天线从发射天线收到的接收信号中的自干扰信号，以得到期望接收到的目标信号，包括以下步骤：
S1，将参考信号传经延时线和衰减器；延时线调整传入装置的参考信号的延时，使 得参考信号与自干扰信号的相位差为0；衰减器调整传入装置的参考信号的幅度，使得目标 信号的调制效率β SOI、干扰信号的调制效率β I、本振信号的调制效率β LO和参考信号的调制效 率β R满足等式
Figure 510933DEST_PATH_IMAGE026
；
S2，将本振信号和调整后的参考信号共同传入功率合束器，合束两种信号形成合束信号；
S3，将双偏振马赫增德尔调制器中传入光信号、接收信号和合束信号，接收信号包括自干扰信号和期望接收到的目标信号；调节双偏振马赫增德尔调制器工作于最小偏置点；接收信号和参考信号的角频率相同；双偏振马赫增德尔调制器将接收信号和合束信号分别调制到光信号上，如图4A所示，输出的光信号上接收信号与合束信号之间呈90度夹角；
S4，输出的光信号经过偏振控制器旋转调制45°，如图4B所示，经旋转调制后的接收信号矢量投影为水平方向上的第一接收信号和竖直方向上的第二接收信号，合束信号矢量投影为水平方向上的第一合束信号和竖直方向上的第二合束信号，第一合束信号和第一接收信号的矢量方向相反；
S5，如图4B所示，使用起偏器将竖直方向上的第二接收信号和第二合束信号滤除，并将水平方向上的第一接收信号和第一合束信号进行矢量叠加为一个偏振态，第一接收信号中的自干扰信号与第一合束信号中的参考信号进行射频的光域对消，第一合束信号中的本振信号抵消第一接收信号中的部分目标信号，使得矢量叠加后输出如图4C所示的目标信号为中频信号；所述起偏器的角度与双偏振马赫增德尔调制器的主轴呈135°的夹角。
S6，中频信号传入光电探测器转换为电信号输出。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自干扰信号消除方法，用于消除接收天线从发射天线收到的接收信号中的自干扰信号，以得到期望接收到的目标信号，其特征在于，包括：
S1，将接收信号和参考信号分别调制到光信号中，所述接收信号和参考信号具有延时引入的相位差，其中，所述参考信号与所述自干扰信号同源；所述参考信号与自干扰信号反相；所述接收信号和参考信号位于垂直偏振态；
S2，对所述光信号进行偏振处理，偏振角度为45°或135°，以使所述接收信号与参考信号在水平方向的投影方向相反；
S3，对所述接收信号与参考信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与参考信号，以使所述参考信号与自干扰信号在水平方向上抵消；
所述目标信号的调制效率β SOI、干扰信号的调制效率β I、本振信号的调制效率β LO和参考信号的调制效率β R满足：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
；其中，J n表示n阶第一类贝塞尔函数。
2.根据权利要求1所述的自干扰信号消除方法，其特征在于，还包括：
在步骤S1中，将用于对所述目标信号下变频的本振信号调制到光信号中；
在步骤S2中，所述光信号进行偏振处理后，接收信号与本振信号在水平方向的投影方向相反；
在步骤S3中，对所述本振信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与本振信号，以使所述本振信号在水平方向上抵消部分目标信号，输出的目标信号为中频信号。
3.根据权利要求2所述的自干扰信号消除方法，其特征在于，所述自干扰信号、目标信号和参考信号的角频率相同。
4.一种自干扰信号消除装置，用于消除接收天线接收到的从发射天线泄露到接收天线的自干扰信号，以得到期望接收到未受干扰的目标信号，其特征在于，包括：
双偏振马赫增德尔调制器，用于将接收信号和参考信号分别调制到光信号中，并使得接收信号和参考信号之间的相位呈一夹角，其中，所述参考信号用于模拟所述自干扰信号；
偏振控制器，用于对所述光信号进行偏振处理，以使所述接收信号与参考信号在水平方向的投影方向相反；
起偏器，用于对所述接收信号与参考信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与参考信号，以使所述参考信号与自干扰信号在水平方向上抵消；
所述双偏振马赫增德尔调制器工作于最小偏置点；
所述接收信号和参考信号的角频率相同；
延时线调整传入装置的参考信号的延时，使得参考信号与自干扰信号的相位差为0；
衰减器调整传入装置的参考信号的幅度，使得目标信号的调制效率β SOI、干扰信号的调制效率β I、本振信号的调制效率β LO和参考信号的调制效率β R满足等式
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
；其中，J n表示n阶第一类贝塞尔函数；
所述本振信号与参考信号的矢量方向始终一致；
所述双偏振马赫增德尔调制器中输出的本振信号和参考信号调制的光与接收信号调制的光偏振垂直；
所述起偏器与双偏振马赫增德尔调制器的主轴呈135°的夹角。
5.根据权利要求4所述的自干扰信号消除装置，其特征在于，还包括延时线和衰减器，分别用于调整参考信号的延时和幅度，使其可以与自干扰信号抵消。
6.根据权利要求5所述的自干扰信号消除装置，其特征在于，所述双偏振马赫增德尔调制器还将用于对所述目标信号下变频的本振信号调制到光信号中；
偏振控制器还将本振信号进行偏振处理，偏振处理后接收信号与本振信号在水平方向的投影方向相反；
起偏器还将本振信号进行竖直方向滤除，并在水平方向上叠加所述接收信号与本振信号，经光电探测器实现接受信号与本振信号差频，输出的目标信号为中频信号。
7.根据权利要求6所述的自干扰信号消除装置，其特征在于，还包括功率合束器，用于合束传入装置的本振信号与经延时线和衰减器调整后的参考信号，形成合束信号；
所述双偏振马赫增德尔调制器包括第一马赫增德尔调制器、第二马赫增德尔调制器、偏振旋转器和偏振合束器；所述合束信号和接收信号中的一个信号经第一马赫增德尔调制器调制为第一光信号，另一个经第二马赫增德尔调制器调制为第二光信号；所述第二光信号经偏振旋转器旋转后，与第一光信号经偏振合束器合束后相位呈权利要求5中所述的一夹角输出。
8.根据权利要求6所述的自干扰信号消除装置，其特征在于，
所述接收信号包括单频微波信号和/或宽带信号；
所述衰减器、延时线、功率合束器和双偏振马赫增德尔调制器通过电缆依次连接；
激光器、双偏振马赫增德尔调制器、偏振控制器、起偏器和光电探测器通过光纤依次连接。
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