应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统技术方案

本发明专利技术提供了一种应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统，包括：两路发射天线、两路接收天线、反相器、直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线、光电探测器；复制两路发射天线的信号分别经第一、第二直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线，与一路接收天线复制的信号经过反向器、直调制激光器后相加，在光域消除两路干扰信号，最后经光电探测器恢复出有用的射频信号。可调光衰减器和可调光延时线用于匹配干扰信号经过无线信道产生的衰减和时延。本发明专利技术利用低成本的直调制激光器调制射频信号，在较宽的频带范围内具有良好的干扰消除性能和抑制性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信及光信号处理
，具体地，涉及一种应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统。
技术介绍
随着移动通信业务的迅猛发展以及用户需求的不断提升，增大传输容量、扩展覆盖范围、提高频谱利用率成为下一代无线通信接入网络的主要研究热点。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提出了新的需求。与现有的频分双工或者时分双工系统相比，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，理论上可以倍增频谱效率，从而实现大密度、高效率的网络接入。无线通信系统中另一种提升传输质量和速率的关键技术是MIMO(Multiple-InputMultiple-Output)技术，该技术在4G标准的演进中受到越来越多的关注和应用。MIMO技术主要是通过多通道的特性来抑制信道衰落，其将传输时产生的多径分量作为有用的因素加以利用。MIMO系统在发端与收端均采用多天线单元，将要传送的信号经过相关技术转换成多个子信号同频同时在其MIMO子信道上传输，在不增加带宽与发射功率的情况下，成倍提高无线通信的质量与数据速率。当将带内全双工技术与MIMO技术相结合，能进一步提升无线通信系统的性能。带内全双工无线通信系统可以满足在同一时刻收发天线以相同的频率工作，实现实时双向无线通信。但在该系统中由于发射天线与接收天线位置很接近，大功率的发射信号也会被接收端接收，它会对接收到的微弱功率的有用信号产生强烈的自干扰。有用信号湮没在自干扰信号中，由于频带相同无法用滤波器滤除干扰信号，这会严重影响接收信号的质量。自干扰问题是全双工通信系统发展的一大瓶颈，实现带内全双工通信的首要任务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的工作带宽、工作频段以及消除性能都受到电子元件性能的限制。基于光学的自干扰消除技术可以支持更高频段更宽带宽的电信号在光域进行处理。现有的基于光学方案的自干扰消除技术通常使用马赫曾德尔调制器、电吸收调制器、直接调制器等调制器对电信号进行调制。利用光器件的特性从接收到的信号中减去干扰信号部分，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、延时和衰减以尽量消除接收信号中的自干扰信号。经过文献检索发现，MelissaDuarte在莱斯大学的博士论文“Full-duplexWireless:Design,ImplementationandCharacterization”(April,2012)中提出了一种具有两个发射天线一个接收天线(2×1)的全双工系统模型。在其所建的模型中，自干扰消除主要通过被动抑制和主动消除两部分来实现，并且被动抑制起着主要作用。被动抑制主要是通过天线位置的摆放来消除干扰，理想情况下可以达到65dB的抑制。而主动消除部分包含模拟消除和数字消除两部分。其模拟消除技术根据干扰信道信息复制本地的发送信号用以重构自干扰信号，然后在接收信号中减去这个重构的自干扰信号，从而消除掉大部分的自干扰信号。最后在数字域中对残余的干扰信号进行进一步的消除。该方案获得2.4GHz附近20MHz频带内70～100dB的消除。该方案采用多种消除方式，实现结构较复杂，而且消除效果受限于电器件的带宽限制，难以适应更宽频带的需求。又经检索发现ShaojieZhang等人于2016年在《OpticalEngineering(光学工程)》(Vol.55,No.2,2016)上发表了题为“Directlymodulatedlasers-basedopticalradiofrequencyself-interferencecancellationsystem”的文章。该方案使用了两个直调制激光器(DML)将电信号调制到光载波上，其中上路的DML调制接收到的有用信号和干扰信号，下路的DML调制复制的发射信号。调制好的信号分别经上下两路光路传输并在平衡接收机中解调到电域，再进行减法运算恢复出有用的信号。其中下路光路对信号进行衰减和延时，以匹配并消除上路的干扰信号。衰减和延迟都需要精确调整以获得最优的干扰抑制比。其实验中获得了900MHz附近40dB的抑制以及2.4GHz附近33dB的抑制，都有400M带宽，并且在6GHz的宽带范围内有27dB的抑制。该方案是单端发送单端接收的自干扰消除系统，不适用于MIMO系统中存在的多径的自干扰消除。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统。根据本专利技术提供的应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统，包括：反相器、直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线、光电探测器，还包括两路发射天线、两路接收天线；两路发射天线的信号分别经过直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线后与经过反相器、直调制激光器处理的两路接收天线的信号叠加，并将叠加的信号传输至光电探测器，由所述光电探测器解调成电信号。优选地，第一路发射天线的信号经第一直调制激光器后分成两路，一路经过第一可调光衰减器、第一可调光延时线后到达第一加法器，另一路经过第二可调光衰减器、第二可调光延时线后到达第二加法器；第二路发射天线的信号经第二直调制激光器后分成两路，一路经过第三可调光衰减器、第三可调光延时线后到达第一加法器，另一路经过第四可调光衰减器、第四可调光延时线后到达第二加法器；第一路接收天线的信号经过第一反相器、第三直调制激光器后传输至第一加法器；第二路接收天线的信号经过第二反相器、第四直调制激光器后传输至第二加法器；第一加法器和第二加法器将各自接收到的三路信号相加并分别传输至第一光电探测器和第二光电探测器，由所述第一光电探测器和第二光电探测器将接收到的信号解调成电信号。优选地，还包括单模光纤，第一路接收天线的信号经过第一反相器、第三直调制激光器后通过单模光纤传输至第一加法器；第二路接收天线的信号经过第二反相器、第四直调制激光器后通过单模光纤传输至第二加法器。优选地，所述第一路发射天线和第二路发射天线用于用户端信号的发射，所述第一路接收天线和第二路接收天线用于用户端信号的接收。优选地，四个直调制激光器各自包括一个射频信号输入端口，所述第一直调制激光器的射频信号输入端口用于接收由第一路发射天线复制的信号；所述第二直调制激光器的射频信号输入端口用于接收第二路发射天线复制的信号；所述第三路直调制激光器的射频信号输入端口用于接收有用信号以及两路干扰信号；所述第四直调制激光器的射频信号输入端口用于接收有用信号以及两路干扰信号。优选地，所述第一可调光衰减器和第一可调光延时线用于匹配第一干扰信号由第一路发射天线到达第一路接收天线所产生的衰减和时延；所述第二可调光衰减器和第二可调光延时线用于匹配第一干扰信号由第一路发射天线到达第二路接收天线所产生的衰减和时延；所述第三可调光衰减器和第三可调光延时线用于匹配第二干扰信号由第二路发射天线到达第一路接收天线产生的衰减和时延；所述第四可调光衰减器和第四可调光延时线用于匹配第二干扰信号由第二路发射天线到达第二路接收天线所产生的衰减和时延。优选地，第一反相器和第二反相器用于将两路接收天线接收到的射频信号进行反相处理。优选地，其特征在于，射频自干扰消除系统配置在MIMO带内全双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统，其特征在于，包括：反相器、直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线、光电探测器，还包括两路发射天线、两路接收天线；两路发射天线的信号分别经过直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线后与经过反相器、直调制激光器处理的两路接收天线的信号叠加，并将叠加的信号传输至光电探测器，由所述光电探测器解调成电信号。

【技术特征摘要】
1.一种应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统，其特征在于，包括：反相器、直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线、光电探测器，还包括两路发射天线、两路接收天线；两路发射天线的信号分别经过直调制激光器、可调光衰减器、可调光延时线后与经过反相器、直调制激光器处理的两路接收天线的信号叠加，并将叠加的信号传输至光电探测器，由所述光电探测器解调成电信号。2.根据权利要求1所述的应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统，其特征在于，第一路发射天线的信号经第一直调制激光器后分成两路，一路经过第一可调光衰减器、第一可调光延时线后到达第一加法器，另一路经过第二可调光衰减器、第二可调光延时线后到达第二加法器；第二路发射天线的信号经第二直调制激光器后分成两路，一路经过第三可调光衰减器、第三可调光延时线后到达第一加法器，另一路经过第四可调光衰减器、第四可调光延时线后到达第二加法器；第一路接收天线的信号经过第一反相器、第三直调制激光器后传输至第一加法器；第二路接收天线的信号经过第二反相器、第四直调制激光器后传输至第二加法器；第一加法器和第二加法器将各自接收到的三路信号相加并分别传输至第一光电探测器和第二光电探测器，由所述第一光电探测器和第二光电探测器将接收到的信号解调成电信号。3.根据权利要求2所述的应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统，其特征在于，还包括单模光纤，第一路接收天线的信号经过第一反相器、第三直调制激光器后通过单模光纤传输至第一加法器；第二路接收天线的信号经过第二反相器、第四直调制激光器后通过单模光纤传输至第二加法器。4.根据权利要求2所述的应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统，其特征在于，所述第一路发射天线和第二路发射天线用于用户端信号的发射，所述第一路接收天线和第二路接收天线用于用户端信号的接收。5.根据权利要求2所述的应用于MIMO带内全双工系统的射频自干扰消除系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞映红，肖石林，张云昊，张少杰，陈操，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31