[發明專利]基于光纖色散效應和數字算法的自干擾消除方法

有效

• 申請號: 202110323030.6
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113206705B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 朱子行;高從芮;趙尚弘;李軒;石磊;李勇軍;徐志燕;林濤;王國棟;李赫;黃藍鋒;周逸瀟
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H04B10/2513
• 分類號: H04B10/2513;H04B10/2507
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1.基于光纖色散效應和數字算法的自干擾消除方法，其特征在于，

基于光纖色散效應和數字算法的自干擾消除裝置包括波長可調諧激光器(1)、固定波長激光器(2)、雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)、雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)、光合路器(5)、單模光纖(6)、摻鉺光纖放大器(7)、光探測器(8)、下變頻模塊(9)、ADC(10)、DSP模塊；其中在基站A處，波長可調諧激光器(1)將激光輸出至雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)，固定波長激光器(2)將激光輸出至雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)；兩路光信號經過光合路器(5)輸出后，再通過單模光纖(6)傳輸至中心站B，依次經過摻鉺光纖放大器(7)放大、光探測器(8)拍頻后，再通過下變頻模塊(9)下變頻為基帶模擬信號，并利用ADC(10)進行模數轉換后，輸入至DSP模塊中進行數字信號處理；

所述自干擾消除方法具體包括下列步驟：

為方便說明，首先假定本地參考信號①為V₁cosω_st，自干擾信號②為V₂cosω_s(t+τ_A)，有用信號③為V₃cos(ω_st+τ_B)；其中V₁、V₂、V₃分別為本地參考信號、干擾信號、有用信號的電壓，τ_A、τ_B分別為自干擾信號、有用信號在空間傳播中產生的延時，ω_s為本地參考信號、自干擾信號以及有用信號的頻率；

第一步：在基站處，波長可調諧激光器通過電光調制器將參考信號調制到光上；

波長可調諧激光器(1)輸出光載波至雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)，雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)由兩個子調制器和一個主調制器構成，兩個子調制器包括第一子MZM-1和第二子MZM-2，一個主調制器為主MZM；第一子MZM-1對本地參考信號①進行電光調制，將第一子MZM-1設為最小偏置點；第二子MZM-2無輸入信號，將其設為最大偏置點，經過第二子MZM-2輸出的純凈光載波通過主MZM將其相位調制為在小信號調制下，雙平行馬赫曾德爾調制器A3輸出光信號包絡E₁(t)為公式(1)的形式：

其中，為波長可調諧激光器(1)的光載波，E_c為光載波的幅度，ω_c為參考頻率下的輸入光載波頻率，ω_τ為波長可調諧激光器(1)在參考頻率ω_c下的偏移頻率，m₁＝πV₁/V_π為子MZM-1的調制系數，V_π為半波電壓，為主MZM的偏置電壓引入的相移，J₁(·)為1階一類貝塞爾函數，t為時間；

第二步：在基站處，固定波長激光器通過電光調制器將接收信號調制到光上；

固定波長激光器(2)輸出光信號作為光載波，將光載波輸入至雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)，第一子MZM-1對接收信號進行電光調制，接收信號為自干擾信號②加上有用信號③，與雙平行馬赫曾德爾調制器A(3)調制方式相同，雙平行馬赫曾德爾調制器B(4)調制輸出光信號包絡E₂(t)，如公式(2)所示：

其中，m₂＝πV₂/V_π、m₃＝πV₃/V_π分別為自干擾信號②以及有用信號③的調制指數，為主MZM的偏置電壓引入的相移，J₀(·)為0階一類貝塞爾函數，為固定波長激光器(2)的光載波；

第三步：兩路光信號合并后傳輸至中心站放大；兩路光信號在光合路器(5)處合并、輸出；由于兩路是不同波長的光，因此合路后也是在不同的波長下進行傳輸；

由于光纖的色散效應，光纖的傳輸函數為H(ω)＝exp(-αL/2+jβ₂L(ω-ω_c)²/2)，其中α為光纖的衰減常量，β₂為群速度色散參量，L為光纖長度，ω為角頻率；因此兩路光信號經過光合路器(5)合并后，再經過單模光纖(6)傳輸以及摻鉺光纖放大器(7)放大后，摻鉺光纖放大器(7)輸出的光信號包絡E_SMF(t)如公式(3)所示：

其中，G_OA為摻鉺光纖放大器(7)的增益，θ(ω)＝β₂L(ω-ω_c)²/2為射頻信號在光纖色散效應中引入的相移；

第四步：光信號拍頻轉換為電信號；

摻鉺光纖放大器(7)輸出的光信號經過光探測器(8)拍頻后得到的電信號I(t)如公式(4)所示：

其中，R為光探測器(8)的響應度；

第五步：調諧器件參數實現自干擾信號消除以及有用信號無功率衰落傳輸；

根據公式(4)信號間的相互關系，滿足公式(5)前三項關系式即可實現自干擾信號對消，第四個關系式則保證有用信號的無功率衰落傳輸：

從公式(4)中能夠觀察到，經過光纖傳輸后，參考信號引入了β₂Lω_τ的延時，通過調整波長可調諧激光器(1)的波長，改變兩路激光器的波長差，即可實現與延時τ_A匹配；同時，可調諧激光器的調諧步進是實現延時精準可調的重要因素，群速度響應參數β₂＝-20ps²/km，光纖長度為20km的情況下，100MHz的調諧步進能夠產生0.25ps的調諧精度，足以滿足射頻域自干擾消除技術的性能指標；

第六步：在數字域進一步消除殘余自干擾信號以獲取有用信號；

自干擾信號經模擬域對消后仍具有較強殘余自干擾分量，需通過下變頻模塊(9)以及ADC(10)將射頻域電信號轉變為基帶數字信號d(i)；數字信號d(i)進入DSP模塊后，在DSP模塊中采取數字自干擾消除手段進一步抵消殘余自干擾分量以恢復有用信號；其步驟是使參考信號③的基帶信號經過M階自干擾濾波器后，重建出殘余自干擾信號i為采樣點，濾波器各抽頭的加權系數為ω(n)，重建殘余自干擾信號表示為m表示-M/2至M/2中的一個變量，w(m)為m點的濾波器抽頭加權系數，x(i-m)為參考信號在(i-m)下的值，將殘余數字域自干擾信號d(i)減去重建自干擾利用最小均方LMS算法不斷迭代使誤差逐漸達到最小，以消除殘余自干擾信號并恢復出有用信號。