[发明专利]一种结构简单的自干扰消除双向带内全双工RoF系统和方法

权利要求书

1.一种结构简单的自干扰消除双向带内全双工RoF系统，其特征在于，包括波长可调谐激光器、第一马赫曾德尔调制器、光分路器、第一环形器、第一光纤、第二环形器、第一光放大器、第一光电探测器、电放大器、发射天线、接收天线、固定波长激光器、第二马赫曾德尔调制器、第二光纤、光合路器、第二光放大器、第二光电探测器；

将该系统分为信号发射部分和自干扰消除部分，二者之间通过第一光纤连接；

(1)信号发射部分：

在中心站处，波长可调谐激光器产生光信号注入到第一马赫曾德尔调制器中；

第一马赫曾德尔调制器将发射信号调制在光上，形成发射光信号，将第一马赫曾德尔调制器调整为正的正交偏置点；

发射光信号通过光分路器分为两路；一路进入第一环形器1端口，并由第一环形器2端口输出；另一路经过第二光纤后输出；

第一环形器2端口输出的光信号经过第一光纤进入基站的第二环形器1端口，并由第二环形器2端口输出；

第二环形器2端口输出的光信号经第一光放大器放大；

被放大的光信号在第一光电探测器处被拍频，形成待发射电信号；

待发射电信号经电放大器功率放大，最后由发射天线发出；

(2)自干扰消除部分：

发射天线发出的电信号形成自干扰信号，连同远端有用信号共同形成混合信号，混合信号被本地的接收天线接收；

固定波长激光器输出光载波；

第二马赫曾德尔调制器将混合信号调制到光载波上，形成接收光信号，第二马赫曾德尔调制器调整为负的正交偏置点；

接收光信号进入到第二环形器3端口，并由第二环形器1端口输出；

第二环形器1端口输出的光信号经过第一光纤回传到中心站的第一环形器中，从第一环形器2端口进入，由第一环形器3端口输出；

第一环形器3端口输出的光信号与“信号发射部分”中第二光纤输出的光信号在光合路器处合路；

合路光信号经第二光放大器放大后，在第二光电探测器处拍频，输出有用电信号。

2.一种自干扰消除双向带内全双工RoF方法，其基于如权利要求1所述的一种结构简单的自干扰消除双向带内全双工RoF系统，其特征在于，具体过程如下：

步骤一：对发射信号进行电光调制并传输到中心站

首先，在中心站处，波长可调谐激光器输出光载波，注入第一马赫曾德尔调制器，第一马赫曾德尔调制器将发射信号调制到光上，形成发射光信号，将马赫曾德尔调制器调整为正的正交偏置点；假设发射信号为V₁sinω_st，其中V₁为发射信号的幅度，ω_s为发射信号的角频率，t为时间；在小信号调制下，经过第一马赫曾德尔调制器调制输出光信号包络E₁(t)如式1所示：

E₁(t)＝E_c1exp(j(ω_c+ω_τ)t)((1+j)J₀(m₁)+(1-j)J₁(m₁)exp(jω_st)-(1-j)J₁(m₁)exp(-jω_st))  (1)

其中，E_c1为可调谐激光器提供光载波的幅度，ω_c参考频率下的输入光载波频率，ω_τ为可调谐激光器在参考频率ω_c下的偏移频率；J₀()为0阶一类贝塞尔函数，J₁()为1阶一类贝塞尔函数，m₁＝πV₁/V_π为第一马赫曾德尔调制器的调制指数；V_π是调制器的半波电压；

第一马赫曾德尔调制器输出的光信号E₁(t)经过光分路器分路后，一路作为参考信号提供给后续的自干扰消除，另一路由第一环形器1端口输入，第一环形器2端口输出，并经过第一光纤传输到基站；在基站内，分路光信号E₁(t)由第二环形器1端口输入，第二环形器2端口输出；第二环形器12端口输出为

由于光纤的色散效应，光纤的传输函数为H(ω)＝exp(-αL/2+jβ₂L(ω-ω_c)²/2)，其中ω为角频率，α为衰减常量，L为光纤长度，β₂为群速度色散参量；τ₁为光信号在光纤中传播产生的延时，θ(ω)＝β₂L(ω-ω_c)²/2为射频信号在光纤色散效应中引入的相移；

第二环形器12端口输出的光信号经第一光放大器放大后，在第一光电探测器处拍频，形成待发射电信号；待发射电信号经电放大器后放大，所形成的放大电信号I(t)表示为

其中，R₁为第一光电探测器的响应度，A为电放大器的放大系数，τ₂＝β₂Lω_τ为光纤色散产生的延时；

步骤二：信号经发射天线发射并与有用信号一并接收

放大电信号I(t)经发射天线发出后产生自干扰信号，自干扰信号与远端有用信号共同形成混合信号，混合信号被本地接收天线接收；假设自干扰信号在自干扰信道中产生的衰减为α₁，延时为τ₂；那么接收的自干扰信号信号简化表示为I₂(t)＝V₂sin(ω_s(t+τ₁+τ₂))；其中接收的有用信号可以表示为I₃(t)＝V₃sin(ω_s(t+τ₃))，其中V₃、τ₃分别为有用信号的幅度和延时；

步骤三：将接收信号调制在光上，并回传至中心站

固定波长激光器输出光载波注入到第二马赫曾德尔调制器中，第二马赫曾德尔调制器调整为负的正交偏置点，第二马赫曾德尔调制器将接收天线接收的混合信号调制到光载波上；第二马赫曾德尔调制器输出的光信号由第二环形器3端口进入，第二环形器1端口输出后，经过第一光纤传输至第一环形器2端口，并由第一环形器3端口输出；第一环形器3端口输出的光信号包络E_SMF2(t)如式4所示：

式中，G_OA为光放大器的放大增益，E_c2为固定波长激光器的幅度，m₂＝πV₂/V_π、m₃＝πV₃/V_π分别为第二马赫曾德尔调制器相对于自干扰信号以及有用信号的调制指数；

步骤四：参考光信号与接收光信号合路后拍频

参考信号经过第二光纤，为了匹配信号在第二光纤中传输引入的延时，假设第二光纤长度为2L，第二光纤的群速度色散参量与第一光纤保持一致；参考信号经过第二光纤后与第一环形器3端口输出的光信号在光合路器中合路，合路光信号经光放大器放大，随后在第二光电探测器处拍频，输出拍频电信号为：

式中，R₂为第二光电探测器的响应度；

步骤五：调谐可调谐激光器波长实现自干扰的深度消除

通过式(5)知，通过调谐光衰减器功率及波长即能够满足如下关系式实现自干扰信号对消：