基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除系统及方法，包括：基带实时收发模块完成基带OFDM信号的实时发射；上下变频模块完成信号的基带和天线工作频段之间的转换得到本地通信信息的射频信号；将本地通信信号的射频信号复制为参考信号后，并通过射频天线模块发射出去；射频天线模块接收来自另一个通信单元的射频有用信号和与接收天线临近发射天线的时变射频自干扰信号；光学自干扰消除模块接收有用信号和自干扰信号后，通过自适应控制模块对参考信号进行幅度和相位的调节，通过光学自干扰消除模块中平衡光电探测器将参考信号和自干扰信号相互抵消，得到消除自干扰后的有用信号，将消除自干扰后的有用信号转换到基带并发送至接收端。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除系统及方法
本专利技术涉及微波光子学及无线通信
，具体地，涉及一种基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除系统及方法，更为具体地，涉及应用于带内全双工无线通信系统的基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除系统。
技术介绍
随着移动通信技术的快速发展，万物互联的5G时代已然到来。爆炸式的信息交互对无线通信系统的传输速率和传输容量提出了更高的要求。由于频谱资源是有限的，开发更高的频段和更大的带宽会显著增加系统成本，因此如何充分利用已有的频谱资源，提高频谱利用率成为了当前无线通信系统亟待解决的问题。带内全双工(In–BandFull–Duplex,IBFD)技术在同样的时间，同样的频率上进行无线业务的传输，相比于频分双工(Frequency–DivisionDuplex,FDD)技术将频谱资源利用率提高了一倍，相比于时分双工(Time–DivisionDuplex,TDD)技术提高了信息传输速率、降低了延时，因此成为无线通信领域的可选方案。由于IBFD无线通信系统同一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除方法，其特征在于，包括：/n步骤M1：基带实时收发模块利用FPGA完成基带OFDM信号的实时发射；/n步骤M2：上下变频模块接收基带OFDM信号，并完成信号的基带和天线工作频段之间的转换，得到本地通信信息的射频信号；/n步骤M3：将本地通信信号的射频信号复制为参考信号后，将本地通信信号通过射频天线模块中发射天线发射出去；/n步骤M4：射频天线模块中接收天线接收来自另一个通信单元的射频有用信号和与当前接收天线属于同一通信单元的临近发射天线的时变射频自干扰信号，并发送至光学自干扰消除模块；/n步骤M5：光学自干扰消除模块接收有用信号和自干扰...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除方法，其特征在于，包括：
步骤M1：基带实时收发模块利用FPGA完成基带OFDM信号的实时发射；
步骤M2：上下变频模块接收基带OFDM信号，并完成信号的基带和天线工作频段之间的转换，得到本地通信信息的射频信号；
步骤M3：将本地通信信号的射频信号复制为参考信号后，将本地通信信号通过射频天线模块中发射天线发射出去；
步骤M4：射频天线模块中接收天线接收来自另一个通信单元的射频有用信号和与当前接收天线属于同一通信单元的临近发射天线的时变射频自干扰信号，并发送至光学自干扰消除模块；
步骤M5：光学自干扰消除模块接收有用信号和自干扰信号后，通过自适应控制模块对参考信号进行幅度和相位的调节，使参考信号和自干扰信号精准匹配，通过光学自干扰消除模块中平衡光电探测器将参考信号和自干扰信号相互抵消，得到消除自干扰后的有用信号，将消除自干扰后的有用信号通过上下变频模块完成天线工作频段和基带之间的转换，并发送至基带实时收发模块的接收端；
所述基带实时收发模块利用FPGA完成基带OFDM信号的实时发射与接收；
所述上下变频模块完成信号在基带与天线工作频段的转换；
所述射频天线模块完成不同通信单元间射频信号的发射与接收；
所述自适应控制模块控制可调光延时线和可变光衰减器，根据FPGA返回的衡量接收信号质量的评价指标自适应调整参考信号的幅度和相位，实现参考信号与自干扰信号的匹配和消除；
所述光学自干扰消除模块对来自射频天线模块中接收天线的信号进行自干扰消除，使得有用信号通过上下变频模块从天线工作频段转换至基带后能够被基带实时收发模块接收。


2.根据权利要求1所述的基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除方法，其特征在于，所述基带实时收发模块包括：FPGA、数模转换器、模数转换器和低通滤波器；
发射端利用FPGA对FPGA要发射的基带数字信号进行实时OFDM调制，生成调制后的基带数字信号，并将调制后的基带数字信号发送给数模转换器生成基带模拟信号；
接收端对消除自干扰信号后的有用信号通过低通滤波器进行低通滤波，再通过模数转换器转换为数字信号；
FPGA对接收端的数字信号进行实时OFDM接收、解调并计算，得到衡量信号质量的评价指标；
所述评价指标由FPGA接收固定帧数信号所统计的误比特数给出，评价指标等效衡量了接收信号误码率的大小，是对当前时刻有用信号是否正确恢复和接收的直接度量。


3.根据权利要求1所述的基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除方法，其特征在于，所述上下变频模块包括混频器1和混频器2；
在发射端通过混频器1进行上变频，将基带模拟信号转换为天线工作频段；
在接收端通过混频器2进行下变频，将处于天线工作频段的消除自干扰后的有用信号转换为基带工作频段。


4.根据权利要求1所述的基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除方法，其特征在于，所述光学自干扰消除模块包括：电吸收调制器1、电吸收调制器2、可调光延时线、掺铒光纤放大器1、掺铒光纤放大器2、可变光衰减器和平衡光电探测器；
将接收到的射频有用信号和自干扰信号的混合信号通过电吸收调制器1转换为光信号，光信号通过掺铒光纤放大器1放大后进入平衡光电探测器；
将参考信号通过电吸收调制器2转换为光信号，光信号依次通过可调光延时线控制延时、掺铒光纤放大器2放大、可变光衰减器控制衰减后，得到处理后的参考信号，并将处理后的参考信号经过平衡光电探测器进行处理；
平衡光电探测器实现光信号到电信号的转换，并使用有用信号与自干扰信号的混合信号减去处理后的参考信号得到消除自干扰后的有用信号。


5.根据权利要求4所述的基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除方法，其特征在于，所述自适应控制模块包括STM32单片机；
采用STM32单片机执行无约束最优化的正三角形算法，在实时的通信环境下向FPGA发送请求指令后接受来自FPGA的实时信号评价指标，将评价指标作为最优化过程中的目标函数值，通过反复迭代、自适应控制可调光延时线和可变光衰减器，使参考信号通自干扰信号相抵消，FPGA接受到的有用信号的评价指标逐渐减小直至满足预设结束条件。


6.根据权利要求5所述的基于FPGA和STM32的实时自适应光学自干扰消除方法，其特征在于，所述正三角形算法包括：
以接收信号的评价指标为目标函数、以可变光延时线的延时和可变光衰减器的衰减为决策变量建立最优化模型寻找全局极小值点；以起始点为中心，在以延时和衰减为坐标的二维平面上构建正三角形，通过采样比较三个顶点的函数值确定最优点，以最优点为中心再次构建正三角形，反复迭代，直到构建的正三角形的顶点函数值比中心的函数值大时，减小正三角形的边长，以当前的中心点作为起始点重新开始探索，直到满足预设最...

【专利技术属性】
技术研发人员：张之仪，肖石林，郑立卓，刘智洋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31