[发明专利]基于波分复用的带内全双工光载无线通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及光通信及无线通信技术领域，具体地，涉及一种基于波分复用的带 内全双工光载无线通信系统。

背景技术

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 谱资源以及解决长距离大容量用户接入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 开发更高阶调制格式，然而这会增加成本。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-DivisionDuplex，FDD)或者时分双工(Time-DivisionDuplex，TDD) 系统相比，带内全双工系统(In-BandFull-Duplex,IBFD)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，基于光纤波分复用无源光网络(WavelengthDivision MultiplexedPassiveOpticalNetwork,WDM-PON)架构的光载无线(RadiooverFiber， RoF)系统，因其传输容量大，成本低，传输距离长的优势，被广泛地应用在接入 网领域。WDM-RoF为每个远端天线单元分配特定的波长，每个基于无源光网络结 构的WDM-RoF系统的网络基础设施可以被多个用户共享，管理运营简单，因而被 认为是未来大容量光无线接入网的主流解决方案。

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，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的接近，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，从而实现自 干扰消除系统对高频段的扩展、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、延时和衰减以尽量完全将接收信号中的自干扰部分减去。

经过现有文献检索发现，M.P.Chang等人在《IEEEMICROWAVEAND WIRELESSCOMPONENTSLETTER(电气和电子工程师协会微波和无线器件快 报)》(Vol.23,No.2，2013)上发表了题为“Opticalanalogself-interferencecancellation usingelectro-absorptionmodulators”的文章，提出了一种光学自干扰消除方案，针对 宽带带内全双工技术展开探索。该方案使用两个电吸收调制激光器(EAM)以及一个 平衡光电探测器(BPD)，利用平衡光电探测器两路光电流相减的原理，将调制到光载 波上的自干扰信号除去，并通过平衡光电探测器恢复出所需的电信号。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，文献中报告了900MHz频段以及 2.4GHz频段的获得40MHz带宽约40dB的抑制比。由于在平衡接收之前需要经过 两路光路传输，而WDM-ROF系统中，每个远端天线单元仅对应远端节点中阵列波 导光栅的一个端口，所以使用平衡光电接收机的方案不适用于WDM-ROF系统。