基于相位调制器的光子射频自干扰消除系统

doi:10.12263/DZXB.20201164

电子学报 ›› 2021, Vol. 49 ›› Issue (10): 1900-1907.DOI: 10.12263/DZXB.20201164

所属专题：无线光通信及其组网技术；微波光子与相关元件技术

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基于相位调制器的光子射频自干扰消除系统

史芳静, 樊养余, 王鑫圆, 高永胜

西北工业大学电子信息学院，陕西西安 710072

收稿日期:2020-10-20 修回日期:2021-01-18 出版日期:2021-11-30
- 作者简介:
- 史芳静女，1995年3月出生，陕西咸阳人.2017年毕业于南京理工大学探测制导与控制技术专业，现为西北工业大学电子信息学院硕博连读生.主要从事微波光子信号处理、光载射频通信等方面的研究工作. E-mail:fangjing_shi@mail.nwpu.edu.cn
  樊养余男，1962年4月出生，陕西蓝田人.分别于1982年、1992年在陕西科技大学获得学士、硕士学位，于1999年在西北工业大学获得博士学位.现为西北工业大学电子信息学院教授、博士生导师.主要从事虚拟现实技术、数字信号处理理论与应用等方面的研究工作. E-mail:fan_yangyu@nwpu.edu.cn
  王鑫圆男，1997年6月出生，山西晋城人.2019年在西北工业大学获得学士学位.现为西北工业大学电子信息学院硕士研究生.主要从事微波光子信号处理、微波光子雷达等方面的研究工作. E-mail: wangxinyuan@mail.nwpu.edu.cn
  高永胜（通信作者）男，1989年9月出生，河南漯河人.分别于2011年、2014年和2016年在西安电子科技大学获得学士、硕士和博士学位.现为西北工业大学副教授、研究生导师.主要从事微波光子信号处理、光载射频通信、微波光子卫星通信、微波光子雷达等方面的研究工作. E-mail: ysgao@nwpu.edu.cn
- 基金资助:
- 国家自然科学基金 (61701412); 全国博士后创新人才支持计划 (BX201700197); 中国博士后科学基金 (2017M623238); 陕西省重点研发计划 (2021GY-096)

Photonic Radio Frequency Self-Interference Cancellation System Based on Phase Modulators

SHI Fang-jing, FAN Yang-yu, WANG Xin-yuan, GAO Yong-sheng

School of Electronics and Information, Northwestern Polytechnical University, Xi’an, Shaanxi 710072, China

Received:2020-10-20 Revised:2021-01-18 Online:2021-11-30 Published:2021-10-25
- Supported by:
- National Natural Science Foundation of China (61701412); National Postdoctoral Innovative Talent Support Program (BX201700197); China Postdoctoral Science Foundation (2017M623238); Key R&D Project of Shaanxi Province (2021GY-096)

摘要/Abstract

摘要：

针对带内全双工（In-band Full Duplex, IBFD）电子系统的收发机自干扰问题，提出了一种基于相位调制器的光子射频自干扰消除系统.利用两个相位调制器在萨格纳克（Sagnac）环中分别实现接收信号和本地参考干扰信号的调制，通过偏振控制最终可在光域中消除自干扰信号.实验结果表明，所提方案最终可以实现超过45dB的单频干扰消除和超过25dB的宽带干扰消除，系统的动态范围可达99.4dB·Hz^2/3.

关键词: 微波光子, 自干扰消除, 相位调制器, 萨格纳克环

Abstract:

To solve the problem of transceiver interference in the in-band full duplex (IBFD) system, a photonic radio frequency interference cancellation system based on phase modulators is proposed. Two phase modulators are used in a Sagnac loop to realize the modulation of the received signal and the local reference interference signal. Proper polarization control in the optical domain can finally cancel the self-interference signal. Experimental results show that the proposed scheme can achieve a single frequency interference suppression of more than 45 dB and a broadband interference suppression of more than 25 dB. The dynamic range of the system can reach 99.4 dB·Hz^2/3.

Key words: microwave photonics, self-interference cancellation, phase modulator, Sagnac loop

中图分类号:

TN29

史芳静, 樊养余, 王鑫圆, 高永胜. 基于相位调制器的光子射频自干扰消除系统[J]. 电子学报, 2021, 49(10): 1900-1907.

SHI Fang-jing, FAN Yang-yu, WANG Xin-yuan, GAO Yong-sheng. Photonic Radio Frequency Self-Interference Cancellation System Based on Phase Modulators[J]. Acta Electronica Sinica, 2021, 49(10): 1900-1907.

图/表 12

参考文献 33

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参数	取值
激光器波长	1549.14nm
激光器功率	16dBm
激光器相对强度噪声	-155dB/Hz
激光器线宽	1MHz
调制器半波电压	4.2V
调制器差损	<4dB
光滤波器波长	1260~1650nm
光滤波器3dB带宽	5nm
EDFA输出功率	15dBm
EDFA噪声系数	<5dB
PD响应度	0.7A/W

参数	取值
激光器波长	1549.14nm
激光器功率	16dBm
激光器相对强度噪声	-155dB/Hz
激光器线宽	1MHz
调制器半波电压	4.2V
调制器差损	<4dB
光滤波器波长	1260~1650nm
光滤波器3dB带宽	5nm
EDFA输出功率	15dBm
EDFA噪声系数	<5dB
PD响应度	0.7A/W

参考文献	工作频率	干扰消除量	SFDR	优势	限制
［19］	0.9~2.4GHz	单频：> 65dB 宽带：> 30dB	未测试	干扰消除量大，电吸收调制器容易实现集成	光纤支路、可调光衰减器及电延迟线必须严格匹配；电吸收调制器的啁啾明显
［23］	8~12.4GHz	单频：> 40dB 宽带：>22dB		单边带调制频谱效率高；抑制了周期性功率衰落	存在直流漂移，系统工作频率范围有限
［27］	0.7~4.8GHz	宽带：>37dB		结构简单，低频宽带干扰抑制量大，存在反馈回路，可以实时减少干扰	直调激光器带宽有限；光延迟线和可调光衰减器响应速度慢；双光源必须严格相干
［28］	0.7~1.1GHz	单频：>56dB 宽带：>38dB		采用反馈回路结合算法处理，在消除干扰的同时最大化有用信号功率	双光源必须严格相干；两路光纤的衰减和延时必须严格匹配
本文	5~20GHz	单频：>45dB 宽带：>25dB	99.4dB·Hz^2/3	无直流漂移，未使用延时模块，工作频率宽，可实现天线拉远	偏振不稳定

参考文献	工作频率	干扰消除量	SFDR	优势	限制
［19］	0.9~2.4GHz	单频：> 65dB 宽带：> 30dB	未测试	干扰消除量大，电吸收调制器容易实现集成	光纤支路、可调光衰减器及电延迟线必须严格匹配；电吸收调制器的啁啾明显
［23］	8~12.4GHz	单频：> 40dB 宽带：>22dB		单边带调制频谱效率高；抑制了周期性功率衰落	存在直流漂移，系统工作频率范围有限
［27］	0.7~4.8GHz	宽带：>37dB		结构简单，低频宽带干扰抑制量大，存在反馈回路，可以实时减少干扰	直调激光器带宽有限；光延迟线和可调光衰减器响应速度慢；双光源必须严格相干
［28］	0.7~1.1GHz	单频：>56dB 宽带：>38dB		采用反馈回路结合算法处理，在消除干扰的同时最大化有用信号功率	双光源必须严格相干；两路光纤的衰减和延时必须严格匹配
本文	5~20GHz	单频：>45dB 宽带：>25dB	99.4dB·Hz^2/3	无直流漂移，未使用延时模块，工作频率宽，可实现天线拉远	偏振不稳定

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基于相位调制器的光子射频自干扰消除系统

Photonic Radio Frequency Self-Interference Cancellation System Based on Phase Modulators

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