CN114024568B - 基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，用两个偏置于正交点的DOMZM将射频接收信号和对消参考信号分别调制于两路同源光载波，得到0°、90°光载接收信号以及0°、90°光载参考信号这四路调制光信号，并对这四路调制光信号的延时和功率进行调整以实现延时和功率匹配；对0°和90°光载接收信号以及0°和90°光载参考信号分别进行平衡光电探测，并将所得两路电信号耦合为一路，得到射频自干扰对消后的目标射频接收信号。本发明还公开了一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置。相比现有技术，本发明能够提升射频自干扰对消的带宽范围和对消深度，提高目标信号功率，消除激光器引入的加性噪声，从而实现高灵敏度目标信号接收。

Description

基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种射频自干扰抑制方法，尤其涉及一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法。
背景技术
同时同频全双工技术因其频谱资源、时间资源利用率高而成为新一代无线通信系统的关键技术之一，但因为系统的信号接收和发送在同一频段内同时进行，并且发射天线与接收天线相隔较近，发射信号的功率会泄漏到接收天线上，使接收回的目标信号淹没在干扰和噪声之中，从而降低目标信号的接收灵敏度。并且泄漏到接收端的自干扰信号和目标信号处在同一频段，无法简单地用滤波器来滤除。目前解决这一困难的最具前景的方法是射频对消技术。传统的射频自干扰对消是通过电学手段实现的，随着相关要求逐步提高，传统方法正面临技术瓶颈。基于微波光子技术的射频自干扰对消技术工作带宽大、时延调节精度高，大大提升了系统的对消性能，具有极大的发展潜力。
基于微波光子技术的射频自干扰对消大多是将部分发射信号引入接收机,作为参考对消信号，将接收信号和参考对消信号通过电光调制器调制到光域，再通过调节偏置电压、可调光延迟线、可调光衰减器等，实现参考对消信号和干扰信号的幅度相等、相位相反、延时相同，从而消除干扰信号(Y.Chen,"APhotonic-Based Wideband RF Self-Interference Cancellation Approach With Fiber Dispersion Immunity,"IEEEJournal of Lightwave Technology,2020,38(17):4618-4624.)。相比于传统方法，结合微波光子射频对消的信号接收方法的目标信号接收灵敏度有了巨大提升，如何进一步扩大自干扰对消带宽范围、提升对消深度、提升目标信号的接收灵敏度仍在研究中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，可在一定程度上提升射频自干扰对消的带宽范围和对消深度，并且能够提高目标信号的功率，消除激光器引入的加性噪声，进一步提升目标信号的接收灵敏度。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，用两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器(DOMZM)将射频接收信号和发射端引出的对消参考信号分别调制于两路同源光载波，得到0°光载接收信号、90°光载接收信号以及0°光载参考信号、90°光载参考信号这四路调制光信号，并对这四路调制光信号的延时和功率进行调整以实现延时和功率匹配；对0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号分别进行平衡光电探测，并将所得到的两路电信号耦合为一路，得到射频自干扰对消后的目标射频接收信号。
优选地，所述延时和功率匹配具体是指满足α2m(t+τ)-α′2m′(t′+τ′)＝0；其中，t、t′分别表示所述两路电信号的时间，m、m′分别表示射频接收信号中自干扰信号的幅度和由发射端引出的对消参考信号的幅度，α、α′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的功率调节系数，τ、τ′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的延时调节系数。
优选地，所述两个双输出马赫曾德尔调制器具有相同的调制系数。
优选地，对0°光载接收信号和90°光载接收信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器与对0°光载参考信号和90°光载参考信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器具有相同的响应度。
优选地，用级联的可调光延迟线和可调光衰减器对每一路所述调制光信号的延时和功率进行调整。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置，包括：
调制模块，包括两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器，用于将射频接收信号和发射端引出的对消参考信号分别调制于两路同源光载波，得到0°光载接收信号、90°光载接收信号以及0°光载参考信号、90°光载参考信号这四路调制光信号；
延时和功率调整模块，用于对这四路调制光信号的延时和功率进行调整以实现延时和功率匹配；
平衡探测及输出模块，用于对0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号分别进行平衡光电探测，并将所得到的两路电信号耦合为一路，得到射频自干扰对消后的目标射频接收信号。
优选地，所述延时和功率匹配具体是指满足α2m(t+τ)-α′2m′(t′+τ′)＝0；其中，t、t′分别表示所述两路电信号的时间，m、m′分别表示射频接收信号中自干扰信号的幅度和由发射端引出的对消参考信号的幅度，α、α′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的功率调节系数，τ、τ′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的延时调节系数。
优选地，所述两个双输出马赫曾德尔调制器具有相同的调制系数。
优选地，对0°光载接收信号和90°光载接收信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器与对0°光载参考信号和90°光载参考信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器具有相同的响应度。
优选地，用级联的可调光延迟线和可调光衰减器对每一路所述调制光信号的延时和功率进行调整。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
一、本发明突破了传统电学方法射频自干扰对消的性能限制，可以提升射频自干扰对消的带宽范围和对消深度。
二、本发明利用DOMZM两输出光信号相位相差90°和平衡光电探测器的平衡探测特性，相比于其他微波光子射频自干扰对消技术，可以消除激光器引入的加性噪声，同时提升目标信号的功率，从而实现高灵敏度目标信号接收。
附图说明
图1为本发明基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置一个优选实施例的结构示意图；
图2为DOMZM的结构示意图；
图3为本发明装置信号对消前后的频率响应图；
图4为本发明装置宽带信号对消前后的频谱图。
具体实施方式
针对现有技术的不足，本发明的思路是利用DOMZM两输出光信号相位相差90°和平衡光电探测器的平衡探测特性，在实现射频自干扰对消的同时，消除激光器引入的加性噪声，同时提升目标信号的功率，从而实现高灵敏度目标信号接收。
本发明所提出的基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，具体如下：
用两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器(DOMZM)将射频接收信号和发射端引出的对消参考信号分别调制于两路同源光载波，得到0°光载接收信号、90°光载接收信号以及0°光载参考信号、90°光载参考信号这四路调制光信号，并对这四路调制光信号的延时和功率进行调整以实现延时和功率匹配；对0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号分别进行平衡光电探测，并将所得到的两路电信号耦合为一路，得到射频自干扰对消后的目标射频接收信号。
本发明所提出的基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置，包括：
调制模块，包括两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器，用于将射频接收信号和发射端引出的对消参考信号分别调制于两路同源光载波，得到0°光载接收信号、90°光载接收信号以及0°光载参考信号、90°光载参考信号这四路调制光信号；
延时和功率调整模块，用于对这四路调制光信号的延时和功率进行调整以实现延时和功率匹配；
平衡探测及输出模块，用于对0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号分别进行平衡光电探测，并将所得到的两路电信号耦合为一路，得到射频自干扰对消后的目标射频接收信号。
优选地，所述延时和功率匹配具体是指满足α2m(t+τ)-α′2m′(t′+τ′)＝0；其中，t、t′分别表示所述两路电信号的时间，m、m′分别表示射频接收信号中自干扰信号的幅度和由发射端引出的对消参考信号的幅度，α、α′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的功率调节系数，τ、τ′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的延时调节系数。
优选地，所述两个双输出马赫曾德尔调制器具有相同的调制系数。
优选地，对0°光载接收信号和90°光载接收信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器与对0°光载参考信号和90°光载参考信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器具有相同的响应度。
优选地，用级联的可调光延迟线和可调光衰减器对每一路所述调制光信号的延时和功率进行调整。
为了便于公众理解，下面通过一个优选实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，本发明的基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置包括：光源，用于生成光信号作为光载波；光分束器，用于将光源输出的光信号分为两路；两个DOMZM，其内部结构如图2所示，其内部嵌入有一个2×2光耦合器，由此实现其两输出相位相差90°，其中，DOMZM1，其偏置在正交点，用于将射频接收信号(下文简称接收信号)调制到光载波上，形成0°光载接收信号和90°光载接收信号，DOMZM2，其偏置在正交点，用于将由发射端分出的对消参考信号(下文简称参考信号)调制到光载波上，形成0°光载参考信号和90°光载参考信号；可调光延迟线1～4，用于对0°/90°光载接收信号、0°/90°光载参考信号这四路光信号分别进行延时调整；可调光衰减器1～4，用于对0°/90°光载接收信号、0°/90°光载参考信号这四路光信号分别进行功率调整；平衡光电探测器1，用于将0°光载接收信号和90°光载接收信号进行光电转换，得到0°接收信号、180°接收信号，并使0°接收信号减180°接收信号得到第一电信号；平衡光电探测器2，用于将0°光载参考信号和90°光载参考信号进行光电转换，得到0°参考信号、180°参考信号，并使180°参考信号减0°参考信号得到第二电信号；电耦合器1，用于将第一电信号和第二电信号耦合。
为便于公众理解，下面对本发明技术方案的基本原理做进一步详细说明：
假设光载波的角频率为ωc，幅度为E0，激光器的强度噪声为N(t)，则激光器输出光信号可表示为：
Ein(t)＝E0(1+N(t))exp(jωct)
光载波由光分束器分为两路，分别输入DOMZM1、DOMZM2，接收天线接收的信号中包含感兴趣的目标信号s(t)和由发射端泄露的自干扰信号m(t)，接收信号经偏置在正交点的DOMZM1调制到光载波上，DOMZM1的两个输出分别为0°光载接收信号、90°光载接收信号，可表示为：
Figure BDA0003335433180000061
Figure BDA0003335433180000062
其中，Vπ表示DOMZM1的半波电压。由发射端分出的对消参考信号m′(t)经偏置在正交点的DOMZM2调制到光载波上，类似于DOMZM1，DOMZM2的两个输出分别为0°光载参考信号、90°光载参考信号，可表示为：
Figure BDA0003335433180000063
Figure BDA0003335433180000064
以上四路调制光信号分别经过一个可调光延迟线和可调光衰减器来进行延时匹配和功率匹配，假设可调光延迟线1、2和可调光延迟线3、4的调节系数分别为τ、τ′，可调光衰减器1、2和可调光衰减器3、4的调节系数分别为α、α′，平衡光电探测器1将0°/90°光载接收信号光电转换得到0°/180°接收信号，并使0°接收信号减180°接收信号得到第一电信号，假设平衡光电探测器1的响应度为η，0°/180°接收信号和第一电信号分别表示为：
Figure BDA0003335433180000065
Figure BDA0003335433180000071
Figure BDA0003335433180000072
平衡光电探测器2将0°/90°光载参考信号光电转换得到0°/180°参考信号，并使180°参考信号减0°参考信号得到第二电信号，0°/180°参考信号和第二电信号分别表示为：
Figure BDA0003335433180000073
Figure BDA0003335433180000074
Figure BDA0003335433180000075
然后，用电耦合器将第一电信号和第二电信号耦合，在小信号调制的情况下，输出信号可由泰勒公式展开并保留一阶项，则简化后的输出信号可表示为：
Figure BDA0003335433180000076
通过调节可调光延时线1～4和可调光衰减器1～4，可同时满足t+τ＝t′+τ′且α2m＝α′2m′，其中m、m′分别表示m(t+τ)、m′(t′+τ′)的幅度，此时输出信号为：
Figure BDA0003335433180000077
由此可见，最终输出信号Iout正比于感兴趣的目标信号s(t)，与0°/180°接收信号相比，消除了自干扰信号m(t)，同时目标信号光电流幅度提升了一倍，并消除了由激光器引入的加性强度噪声。
图3为上述装置信号对消前后的频率响应图，利用矢量网络分析仪扫频产生2-18GHz、间隔为0.08GHz的信号作为输入，图中两条曲线分别为对消前后输出的信号频谱图，可以看到，信号进行了有效地对消，在6-14GHz频率范围内对消深度超过10dB。
图4为上述装置宽带信号对消前后的频谱图，一个中心频率为9.4GHz、带宽为100MHz、功率为-10dBm的线性调频信号作为自干扰信号，一个频率为9.4GHz、功率为5dBm的单频信号作为目标信号，图中两条曲线分别为对消前后输出的信号频谱图，可以看到，自干扰信号被抑制了32dB，噪声被抑制了5dB，同时目标信号的功率提升了6dB，因此系统的信噪比提升了11dB，进一步提升了系统的接收灵敏度。

Claims (8)

1.一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，其特征在于，用两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器将射频接收信号和发射端引出的对消参考信号分别调制于两路同源光载波，得到0°光载接收信号、90°光载接收信号以及0°光载参考信号、90°光载参考信号这四路调制光信号，并对这四路调制光信号的延时和功率进行调整以实现延时和功率匹配；对0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号分别进行平衡光电探测，并将所得到的两路电信号耦合为一路，得到射频自干扰对消后的目标射频接收信号；所述延时和功率匹配具体是指满足α2m(t+τ)-α′2m′(t′+τ′)＝0；其中，t、t′分别表示所述两路电信号的时间，m、m′分别表示射频接收信号中自干扰信号的幅度和由发射端引出的对消参考信号的幅度，α、α′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的功率调节系数，τ、τ′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的延时调节系数。
2.如权利要求1所述基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，其特征在于，所述两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器具有相同的调制系数。
3.如权利要求1所述基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，其特征在于，对0°光载接收信号和90°光载接收信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器与对0°光载参考信号和90°光载参考信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器具有相同的响应度。
4.如权利要求1所述基于光子噪声对消的射频自干扰抑制方法，其特征在于，用级联的可调光延迟线和可调光衰减器对每一路所述调制光信号的延时和功率进行调整。
5.一种基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置，其特征在于，包括：
调制模块，包括两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器，用于将射频接收信号和发射端引出的对消参考信号分别调制于两路同源光载波，得到0°光载接收信号、90°光载接收信号以及0°光载参考信号、90°光载参考信号这四路调制光信号；
延时和功率调整模块，用于对这四路调制光信号的延时和功率进行调整以实现延时和功率匹配；所述延时和功率匹配具体是指满足α2m(t+τ)-α′2m′(t′+τ′)＝0；其中，t、t′分别表示所述两路电信号的时间，m、m′分别表示射频接收信号中自干扰信号的幅度和由发射端引出的对消参考信号的幅度，α、α′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的功率调节系数，τ、τ′分别表示0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号的延时调节系数；
平衡探测及输出模块，用于对0°光载接收信号和90°光载接收信号以及0°光载参考信号和90°光载参考信号分别进行平衡光电探测，并将所得到的两路电信号耦合为一路，得到射频自干扰对消后的目标射频接收信号。
6.如权利要求5所述基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置，其特征在于，所述两个偏置于正交点的双输出马赫曾德尔调制器具有相同的调制系数。
7.如权利要求5所述基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置，其特征在于，对0°光载接收信号和90°光载接收信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器与对0°光载参考信号和90°光载参考信号进行平衡光电探测的平衡光电探测器具有相同的响应度。
8.如权利要求5所述基于光子噪声对消的射频自干扰抑制装置，其特征在于，用级联的可调光延迟线和可调光衰减器对每一路所述调制光信号的延时和功率进行调整。
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