带内全双工无线通信系统的同频自干扰消除系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信及无线通信技术领域，具体地，涉及应用于带内全双工无线通 信系统的同频自干扰消除系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着第四代移动通信网络的商用，各种新颖的无线多媒体业务不断应用，用户对 无线通信系统传输速率和传输容量的需求急剧增加，更好地利用和拓展有限的频谱资源成 为亟待解决的问题。无线传输速率的提升需要提升频谱效率、增大可用带宽，或开发更高频 率的新频段。提升频谱效率，即开发出更高阶调制格式，这需要很高的成本。频谱资源的紧 张意味着增大可用带宽的成本也很高。为更高效地利用日益紧张的无线频谱资源，下一代 移动通信系统对带内全双工技术，即同时同频全双工技术提出了新的需求。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，带内全双工系统在同一个频率信道上实现用户之间的实时双向通信，将频谱利用 率增加了一倍，可以实现大密度、高效率的网络接入。另一方面，现有的无线通信主要在低 频段，而开发更高的无线频段是一种直接的扩容手段。在目前可利用频谱资源短缺的情况 下，使用全双工技术，并且在更高频率的微波频段实现全双工通信将成为未来无线通信系 统的必然选择。
[0003] 带内全双工无线通信系统将不需要FDD或TDD模式在频域或时域上单独分离上、 下行信道，即可以在同一时刻以相同的频率进行无线信号的收发，实现实时双向无线通信。 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相对较近，大功率的发射信号会 被接收天线接收，对微弱功率的同频段接收信号产生干扰，即所谓的同频自干扰效应。自干 扰效应会严重影响接收信号的质量，制约着带内全双工技术优势的发挥，是全双工通信发 展的一大瓶颈技术。因此，实现带内全双工通信的首要问题就是对同频自干扰进行消除。基 于电子学方案的自干扰消除系统工作带宽、工作频段以及消除性能受电子元件性能限制。 基于光学的自干扰消除技术将光学技术的优势应用到自干扰消除系统中，可以支持更高 频段的电信号在光域进行处理，从而实现对高频段的扩展，并在高传输带宽下进行自干扰 消除。现有基于光学方案的自干扰消除技术中，一般使用马赫曾德尔调制器、电吸收调制器 等宽带调制器对电信号进行调制。利用光器件的性质从接收到的信号中减去自身系统的发 射信号部分，得到微弱的有用接收信号。这一过程需要复制自身系统的发射信号，并对其进 行反相、延时和衰减，以尽量将接收信号中的自干扰部分消除。
[0004] 经过现有文献检索发现，John Suarez等人在IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS (电气和电子工程师协会量子电子杂志）（April, 2009)上发表了题为 "Incoherent Method of Optical Interference Cancellation for Radio-Frequency Communications"的文章，首次提出了光学自干扰消除的概念和方案。该方案利用单驱动马 赫曾德尔调制器的上升沿调制曲线和下降沿调制曲线，用两个马赫曾德尔调制器分别调制 接收到的信号和复制的发射信号，其中下降沿那一路的光信号进行光衰减和光延时，两路 信号经耦合后进入光电检测器检测。这一方案获得了相对电学方案较高频段的自干扰信号 消除，文献中报告在3GHz频段的单频点处获得了 73dB的抑制比。由于两路调制器相干性 不佳，且调制曲线的飘移对性能有影响，使自干扰消除带宽并不是很大，文献中报告了 3GHz 频段96MHz带宽内可获得33dB的抑制比。
[0005] 经检索发现，Qi Zhou, Hanlin Feng 等人于 2014 年在 Optics Letters (光学快 报）（V〇l. 39, No. 22, 2014)上发表了题为"Wideband co-site interference cancellation based on hybrid electrical and optical techniques" 的文章。该文章提出了基于光 电混合的自干扰消除方案，该方案使用平衡-不平衡变换器（Balun)对复制的发射信号进 行电学反相，使用了两个电吸收调制激光器（EML)以将电信号调制到光载波上，其中EMLl 调制接收到的有用信号以及噪声，EML2调制前级Balun输出的已反相的参考信号。调制好 的信号分别经上下两分支光路传输并耦合后，送入光电接收机ro中进行光电转换。其中下 分支光路对信号进行衰减和延时，以对准并消除上分支光路中的干扰信号。衰减和延迟都 需要精确调整以获得最大化的干扰抑制比。实验获得了 220MHz带宽内的45dB抑制比以及 IOMHz窄带宽内57dB的抑制比，对于宽带5. 5GHz信号仍可获得30dB的抑制比。该方案受 限于电吸收调制器的调制带宽，对于更高频段的频谱资源仍有开发利用的空间。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带内全双工无线通信系统的同 频自干扰消除系统及方法。
[0007] 根据本发明提供的带内全双工无线通信系统的同频自干扰消除系统，包括：信号 收发模块、信号放大延时模块、信号调制模块、光纤、光电转换模块、微波功率分配器；
[0008] -所述信号收发模块，用于接收射频信号，并将射频信号发送至信号放大延时模 块；
[0009] -所述信号放大延时模块，用于对射频信号进行放大和延时处理后输出；
[0010]-所述信号调制模块，用于消除掉经所述信号放大延时模块输出的射频信号中的 自干扰信号后得到有用信号，并将该有用信号通过光纤传输至所述光电转换模块；
[0011]-所述光电转换模块，用于将接收到的有用信号转换为相应的电数据后输出。 [0012] 优选地，所述信号收发模块包括发射天线、接收天线；发射天线用于发射射频信 号，接收天线用于接收相应的射频信号，所述相应的射频信号包括发射天线发射的射频信 号。
[0013] 优选地，所述信号放大延时模块包括：压控增益微波放大器、可调微波延时线，接 收天线所接收到的射频信号、由微波功率分配器复制的发射天线发射的射频信号分别依次 经过设有压控增益微波放大器、可调微波延时线的两路通信链路后得到相应的经放大延时 的射频信号作为所述信号放大延时模块的输出；
[0014] 压控增益微波放大器，用于放大输入的射频信号；
[0015] 可调微波延时线，用于对输入的射频信号进行延时。
[0016] 优选地，所述信号调制模块为双驱动马赫曾德尔调制器，所述双驱动马赫曾德尔 调制器包括第一射频信号输入端、第二射频信号输入端，所述第一射频信号输入端接收经 所述信号放大延时模块放大和延时后的接收天线所接收到的射频信号，其中所述接收到的 射频信号包括有用信号和自干扰信号；所述第二射频信号输入端接收经所述信号放大延时 模块放大和延时后的复制的发射天线所发射的射频信号；所述双驱动马赫曾德尔调制器对 第一射频信号输入端、第二射频信号输入端所接收到的射频信号进行调制后得到消除了自 干扰信号的有用信号。
[0017] 优选地，所述双驱动马赫曾德尔调制器还包括第一偏置输入端和第二偏置输入 端，所述第一偏置输入端和第二偏置输入端分别输入相应的固定偏置电压。
[0018] 优选地，所述光电转换模块为光电检测器，用于将已调制的消除了自干扰的有用 信号进行光电转换，得到有用电数据。
[0019] 根据本发明提供的带内全双工无线通信系统的同频自干扰消除方法，包括如下步 骤：
[0020] 步骤1 :接收天线接收包含有用信号和自干扰信号的射频信号；由微波功率分配 器复制