一种适用于全双工通信系统的自适应多径射频对消装置及方法

本发明涉及光通信和微波光子，具体涉及一种适用于全双工通信系统的自适应多径射频对消装置及方法。

背景技术：

1、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。

2、目前，有关射频自干扰对消的系统实现的功能较为单一，大部分方案需要手动控制器件参数，不具备自适应的调节能力，且能够调节信号特性的器件较少，调节精度不够精确，难以克服由于受地物、地貌等诸多因素影响的多径效应在通信系统中给信号带来的功率衰落、相位改变的问题，对于数字通信、雷达最佳检测等都会产生十分严重的影响。因此，研究能够根据环境变化导致的对消结果变化进行自适应调节的多径幅度、延时匹配的对消系统很有意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：可有效解决射频自干扰的问题，抑制自干扰对接收机的影响，实现全双工通信系统对目标信号的接收，以提升频谱资源利用率。

2、本发明要解决技术问题而采取的技术方案为：一种适用于全双工通信系统的自适应多径射频对消装置，其特征在于：包括接收信号处理模块、dp-dpmzm、对消信号相位调节模块、检偏器、波分解复用器件、多径的幅度、延时匹配模块、耦合探测对消模块以及自适应反馈控制模块；

3、所述接收信号处理模块用于利用接收信号对光载波进行双边带调制，对信号进行光域调制处理，为后续光子学射频对消部分做信号处理；

4、所述对消信号相位调节模块用于对经所述dp-dpmzm调制过后的光载波相位进行调节，输出光载波和抑制载波单边带信号具有相对相位差的单边带信号，用于匹配对消信号和自干扰信号相位相反的对消条件；

5、所述多径的幅度、延时匹配模块用于对从对消信号相位调节模块中分离出的各通道单边带调制光载对消信号进行幅度延时匹配，用于匹配对消信号和自干扰信号幅度、延时匹配的对消条件；

6、所述耦合探测对消模块用于将接收信号处理模块的输出信号和多径的幅度、延时匹配模块的输出信号进行耦合探测拍频输出，对自干扰信号进行抑制，对目标信号进行恢复；

7、所述自适应反馈控制模块用于提取耦合探测对消模块的输出剩余信号信息并且对对消结果进行优化，更好的实现对目标信号的恢复。

8、利用上述的适用于全双工通信系统的自适应多径射频对消装置进行多径射频对消装的方法，包括如下步骤：

9、s1：调制接收信号支路：通过接收信号处理模块，利用全双工通信系统当中未进行射频自干扰对消时的接收信号对光载波进行双带调制，以便得到光载接收信号，所述接收信号处理模块包括mzm；

10、s2：调制对消信号支路：通过dp-dpmzm，利用参考信号对利用波分复用器进行复用的多波长光载波进行偏振复用调制，生成包含多对正交偏振态的光载对消信号，在对消信号相位调节模块的作用下，其中一个偏振态为抑制载波的单边带调制光载对消信号，另一个偏振态为相位可调谐的光载波；

11、s3：获得单边带调制光载对消信号：利用检偏器对对消信号支路经过偏振复用调制的信号进行45°检偏合束，得到多对单边带调制光载对消信号；

12、s4：获得多径的经过幅度延时匹配的信号：利用波分解复用器件分离出各个通道的单边带调制光载对消信号，在多径的幅度、延时匹配模块的作用下进行幅度延时匹配调节，得到多径的经过幅度延时匹配的信号并将其合为一路；

13、s5：信号合路：通过耦合探测对消模块，将接收信号支路经过光双边带调制的光载接收信号，以及对消支路经过偏振复用调制和多径幅度延时匹配的单边带调制光载对消信号合为一路，然后进行光电转换，得到抑制自干扰信号的目标信号，随后进入自适应反馈控制模块；

14、s6：剩余信号信息处理及优化：在自适应反馈控制模块的作用下，用于提取所述耦合探测对消模块的输出剩余信号信息并且对对消结果进行优化，以便更好的实现对目标信号的恢复。

15、作为本发明的一种优选技术方案，全双工通信系统当中未进行射频自干扰对消时的所述接收信号包括目标信号以及射频自干扰信号，所述mzm为一个工作在推挽模式的偏置在正交传输点的mzm。

16、作为本发明的一种优选技术方案，所述s2中具体包括如下步骤：

17、s2.1：所述参考信号和经过90°移相之后的参考信号分别输入dp-dpmzm的上臂当中，所述dp-dpmzm的上臂包括一个工作在推挽模式且两个子mzm都偏置在最小传输点的dpmzm，两个所述两个子mzm的输出皆为抑制载波的双边带调制信号，通过调节两者之间的相对相位差为90°可获得cs-ssb信号；

18、s2.2：所述dp-dpmzm的下臂不输入任何微波信号；

19、s2.3：所述dpmzm上下两臂分别工作在最小传输点和最大传输点；

20、s2.4：通过调节更高一级的偏压得到相位可调的光载波输出，经过90°的偏振旋转和上臂cs-ssb信号合束，生成包含多对正交偏振态的光载对消信号，其中一个偏振态为抑制载波的单边带调制光载对消信号，另一个偏振态为相位可调谐的光载波。

21、作为本发明的一种优选技术方案，所述s4中具体包括如下步骤：

22、s4.1：所述多经的幅度、延时匹配模块包括可调光衰减器以及可调光延时器，通过所述可调光衰减器以及可调光延时器，对各个通道的信号进行幅度延时匹配调节；

23、s4.2：利用光波分复用器得到一路多径的经过幅度延时匹配的信号。

24、作为本发明的一种优选技术方案，所述s5中具体包括如下步骤：

25、s5.1：所述耦合探测对消模块包括光耦合器，利用所述光耦合器将光载接收信号和经过相位、幅度、延时调节的与接收信号达到相位相反、幅度延时匹配对消条件的多径光载对消信号合为一路

26、s5.2：随后进行光电转换，得到消除自干扰信号的目标信号。

27、作为本发明的一种优选技术方案，所述自适应反馈控制模块预先安装于pc上，在所述自适应反馈控制模块中预先设置有daq，采用所述daq实时接收来自耦合探测对消模块处理之后的剩余信号获得采样信号，随后将所述采样数据发送至pso算法的运行程序当中，利用实时运算，在pc上的pso算法对所述剩余信号进行判决评估，并根据评估结果决定是否输出当前的信号，如果信号不满足输出的判决条件，那么会根据运行在pc上的pso优化算法去调整voa和otdl的参数，调控对消信号的功率以及延时特性，不断进行迭代直到对消信号与自干扰信号的相位、幅值和延时精确匹配，使剩余信号接近噪底，达到期望的对消深度，最终将多径自干扰信号有效抑制。

28、作为本发明的一种优选技术方案，所述接收信号处理模块用于利用接收信号对光载波进行双边带调制，对信号进行光域调制处理，为后续光子学射频对消部分做信号处理；

29、所述对消信号相位调节模块用于对经所述dp-dpmzm调制过后的光载波相位进行调节，输出光载波和抑制载波单边带信号具有相对相位差的单边带信号，用于匹配对消信号和自干扰信号相位相反的对消条件；

30、所述多径的幅度、延时匹配模块用于对从对消信号相位调节模块中分离出的各通道单边带调制光载对消信号进行幅度延时匹配，用于匹配对消信号和自干扰信号幅度、延时匹配的对消条件；

31、所述耦合探测对消模块用于将接收信号处理模块的输出信号和多径的幅度、延时匹配模块的输出信号进行耦合探测拍频输出，对自干扰信号进行抑制，对目标信号进行恢复；

32、所述自适应反馈控制模块用于提取耦合探测对消模块的输出剩余信号信息并且对对消结果进行优化，更好的实现对目标信号的恢复。

33、本发明的有益效果体现在：

34、1、本发明利用基于dp-dpmzm的大带宽微波光子移相器对实现单边带信号的方法进行了改进，降低了系统复杂度以及器件使用成本，克服了传统情况下使用滤波器时会引入插入损耗以及使得输出光信号能量降低的缺陷。

35、2、本发明只需要使用一个调制器而并不需要增加额外的光滤波器就实现了单边带的调制，对光载波的波长不敏感，并且用单电压控制移相能够使调谐更加快速简单。

36、3、本发明通过设计射频信号的调制方式和调制器的各个偏置点，实现自干扰信号和对消信号的反相，同时利用工作带宽大、调节精度高、可处理高频段射频信号的可调光延时器和可调光衰减器等光学器件实现两者幅度及延时的匹配，克服电域自干扰对消过程中的工作带宽窄、调节精度低、线性度差等缺陷。

37、4、本发明的对消支路采用高效可靠的波分复用技术并通过多波长的激光源阵列以及多径的幅相延时匹配，可以更好的避免输出端的光干涉现象并且克服射频信号传输过程当中由于多径效应等问题导致的信号功率衰减、相位改变等影响。

38、5、本发明考虑到影响基于光学手段的射频自干扰抑制效果的主要因素对voa和todl精度的要求以及信道的实际传输特性，采用实时的自适应的优化算法反馈控制可编程的器件参数以代替手动调节，缓解实际工程所面临的高精度、大对消深度的问题。