[发明专利]基于光纤色散效应和数字算法的自干扰消除方法

权利要求书

1.基于光纤色散效应和数字算法的自干扰消除方法，其特征在于，

基于光纤色散效应和数字算法的自干扰消除装置包括波长可调谐激光器(1)、固定波长激光器(2)、双平行马赫曾德尔调制器A(3)、双平行马赫曾德尔调制器B(4)、光合路器(5)、单模光纤(6)、掺铒光纤放大器(7)、光探测器(8)、下变频模块(9)、ADC(10)、DSP模块；其中在基站A处，波长可调谐激光器(1)将激光输出至双平行马赫曾德尔调制器A(3)，固定波长激光器(2)将激光输出至双平行马赫曾德尔调制器B(4)；两路光信号经过光合路器(5)输出后，再通过单模光纤(6)传输至中心站B，依次经过掺铒光纤放大器(7)放大、光探测器(8)拍频后，再通过下变频模块(9)下变频为基带模拟信号，并利用ADC(10)进行模数转换后，输入至DSP模块中进行数字信号处理；

所述自干扰消除方法具体包括下列步骤：

为方便说明，首先假定本地参考信号①为V₁cosω_st，自干扰信号②为V₂cosω_s(t+τ_A)，有用信号③为V₃cos(ω_st+τ_B)；其中V₁、V₂、V₃分别为本地参考信号、干扰信号、有用信号的电压，τ_A、τ_B分别为自干扰信号、有用信号在空间传播中产生的延时，ω_s为本地参考信号、自干扰信号以及有用信号的频率；

第一步：在基站处，波长可调谐激光器通过电光调制器将参考信号调制到光上；

波长可调谐激光器(1)输出光载波至双平行马赫曾德尔调制器A(3)，双平行马赫曾德尔调制器A(3)由两个子调制器和一个主调制器构成，两个子调制器包括第一子MZM-1和第二子MZM-2，一个主调制器为主MZM；第一子MZM-1对本地参考信号①进行电光调制，将第一子MZM-1设为最小偏置点；第二子MZM-2无输入信号，将其设为最大偏置点，经过第二子MZM-2输出的纯净光载波通过主MZM将其相位调制为在小信号调制下，双平行马赫曾德尔调制器A3输出光信号包络E₁(t)为公式(1)的形式：

其中，为波长可调谐激光器(1)的光载波，E_c为光载波的幅度，ω_c为参考频率下的输入光载波频率，ω_τ为波长可调谐激光器(1)在参考频率ω_c下的偏移频率，m₁＝πV₁/V_π为子MZM-1的调制系数，V_π为半波电压，为主MZM的偏置电压引入的相移，J₁(·)为1阶一类贝塞尔函数，t为时间；

第二步：在基站处，固定波长激光器通过电光调制器将接收信号调制到光上；

固定波长激光器(2)输出光信号作为光载波，将光载波输入至双平行马赫曾德尔调制器B(4)，第一子MZM-1对接收信号进行电光调制，接收信号为自干扰信号②加上有用信号③，与双平行马赫曾德尔调制器A(3)调制方式相同，双平行马赫曾德尔调制器B(4)调制输出光信号包络E₂(t)，如公式(2)所示：

其中，m₂＝πV₂/V_π、m₃＝πV₃/V_π分别为自干扰信号②以及有用信号③的调制指数，为主MZM的偏置电压引入的相移，J₀(·)为0阶一类贝塞尔函数，为固定波长激光器(2)的光载波；

第三步：两路光信号合并后传输至中心站放大；两路光信号在光合路器(5)处合并、输出；由于两路是不同波长的光，因此合路后也是在不同的波长下进行传输；

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α为光纤的衰减常量，β₂为群速度色散参量，L为光纤长度，ω为角频率；因此两路光信号经过光合路器(5)合并后，再经过单模光纤(6)传输以及掺铒光纤放大器(7)放大后，掺铒光纤放大器(7)输出的光信号包络E_SMF(t)如公式(3)所示：

其中，G_OA为掺铒光纤放大器(7)的增益，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；

第四步：光信号拍频转换为电信号；

掺铒光纤放大器(7)输出的光信号经过光探测器(8)拍频后得到的电信号I(t)如公式(4)所示：

其中，R为光探测器(8)的响应度；

第五步：调谐器件参数实现自干扰信号消除以及有用信号无功率衰落传输；

根据公式(4)信号间的相互关系，满足公式(5)前三项关系式即可实现自干扰信号对消，第四个关系式则保证有用信号的无功率衰落传输：

从公式(4)中能够观察到，经过光纤传输后，参考信号引入了β₂Lω_τ的延时，通过调整波长可调谐激光器(1)的波长，改变两路激光器的波长差，即可实现与延时τ_A匹配；同时，可调谐激光器的调谐步进是实现延时精准可调的重要因素，群速度响应参数β₂＝-20ps²/km，光纤长度为20km的情况下，100MHz的调谐步进能够产生0.25ps的调谐精度，足以满足射频域自干扰消除技术的性能指标；

第六步：在数字域进一步消除残余自干扰信号以获取有用信号；

自干扰信号经模拟域对消后仍具有较强残余自干扰分量，需通过下变频模块(9)以及ADC(10)将射频域电信号转变为基带数字信号d(i)；数字信号d(i)进入DSP模块后，在DSP模块中采取数字自干扰消除手段进一步抵消残余自干扰分量以恢复有用信号；其步骤是使参考信号③的基带信号经过M阶自干扰滤波器后，重建出残余自干扰信号i为采样点，滤波器各抽头的加权系数为ω(n)，重建残余自干扰信号表示为m表示-M/2至M/2中的一个变量，w(m)为m点的滤波器抽头加权系数，x(i-m)为参考信号在(i-m)下的值，将残余数字域自干扰信号d(i)减去重建自干扰利用最小均方LMS算法不断迭代使误差逐渐达到最小，以消除残余自干扰信号并恢复出有用信号。