基于六端口微波网络的光无线融合通信技术研究

发布时间：2020-08-15 08:29

【摘要】：随着新兴多媒体业务的不断发展以及物联网等技术的普及,在下一代通信系统中,更高的通信速度,更大的带宽以及更高的用户连接数量将成为发展的主要方向。为了实现这些目标,研究人员提出了采用更小的基站单元以及提高信号载波频率等方案。这些方案可以有效提高可利用的带宽、提高通信速度以及用户连接数量。但是这些解决方案对传统基站形式提出了挑战,因为更小的基站单元会显著增加基站建设成本以及整体能量消耗,更高的载波频率也会大大增加基站的复杂度。所以本文提出了结合六端口微波网络收发器以及数字基带光链路的光无线融合通信方案,该方案具有高性能、高稳定、低能耗和低成本特点,并且可以有效降低远端基站的复杂度。本文提出的方案取得如下创新性成果:1.为了提高六端口微波网络收发器的传输性能和稳定度,针对六端口微波网络结构以及六端口微波网络收发器性能损伤的问题,本文提出了基于输入延时径向基神经网络的校准算法。该算法不仅可以补偿六端口微波网络结构的性能损伤,而且可以对调制或者解调用的二极管器件或者开关器件的性能损伤进行补偿。校准算法中的输入延时可以显著补偿二极管器件或者开关器件的记忆效应。本文对提出的校准算法以及各参数进行了性能测试和分析,采用基于输入延时的径向基神经网络校准算法的六端口微波网络调制器和六端口微波网络解调器的误差向量幅度(error vector magnitude,EVM)性能均可以达到0.5%以下。2.本文创新性地提出了具有对称结构的六端口微波网络收发器,并且创新性地统一了六端口微波网络收发器中的调制器和解调器的电路结构。该对称结构的六端口微波网络收发器可以在大规模制作电路的时候降低成本。本文设计并测试了使用该六端口微波网络收发器的时分复用系统,传输800M波特率的16进制正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)信号时,EVM性能小于1.2%。3.本文创新性地提出了可实现全双工的对称结构的六端口微波网络收发器。该收发器共享同一六端口微波网络结构以及四个基于肖特基二极管的收发模块,可以实现频分复用的全双工通信。为了消除调制的基带信号对解调信号的干扰,本文除了提出了直接解调方案,还提出了外差解调方案。本文搭建并测试基于六端口微波网络的收发器搭建的频分复用系统。对于直接调制方案,EVM性能小于3%;外差调制方案,在更小的本振功率下,亦能获得EVM小于2%的性能。4.为了有效缓解更多蜂窝单元带来的远端基站整体建设成本以及能耗提升的问题,本文提出了结合六端口微波网络收发器以及数字基带光链路的光无线融合通信方案。该方案还可以缓解由于提高信号载频使远端基站复杂度提升的问题。该方案可以避免由模拟光链路的非线性和噪声等问题造成的性能受限。同时,该方案可以在远端基站单元采用六端口微波网络收发器替代高能耗、高复杂度的射频设计,而且所需本振功率较低,有效降低了电路成本以及基站单元的功耗。本文通过搭建并测试该方案系统,验证了该方案性能良好,在传输26GHz载频下的2G波特率的16QAM信号,EVM性能小于2%。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN925
【图文】：

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＾ｄ６逡逑图１－４六端口微波网络反射计示意图逡逑最初六端口微波网络的主要应用是用做反射计。如图１－４所示，六端口微波网络逡逑反射计是由一个无源的六端口微波网络和四个功率探测计（Ｄ３－Ｄ６）组成。可从端口逡逑３、端口邋４、端口邋５和端口邋６的功率读数计算得到待测物的反射参数。六端口微波网逡逑络反射计的优点在于其可以通过诸如功率或者电压的标量的测量来得到所需的反射逡逑参数；由于不需要相位测量，所以测量也不需要进行下变频等处理。这个优良的特性逡逑极大的减少了硬件的花销和需求，并且也为日后六端口微波网络技术的新应用打下了逡逑基础。为了对六端口微波网络反射计进行校准，对反射计建立了线性模型，通过校准逡逑器件可以对该线性模型的未知参数进行校准，这个模型也是日后六端口微波网络校准逡逑算法的基础。很快研究人员发现两个六端口微波网络反射计串联，结合合适的校准步逡逑骤，便可以得到任意一个待测两端口器件的四个散射参数［１７Ｈ２Ｑ］。基于六端口微波网逡逑络的两端口网络分析仪的基本框图如图１－５所示。六端口微波网络网络分析仪为后续逡逑的很多应用打下了基础，比如测定材料特性［２１］，以及其他领域的测量技术——自适应逡逑源和负载牵引［２２】等应用。这些应用均直接或间接用到了六端口微波网络网络分析仪的逡逑－５邋－逡逑

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第一章绪论逡逑环境等。同时，目前的趋势一一通信雷达电子战一体化系统，亦需要射频收发器可对逡逑其兼容，并且希望可以降低体积和成本，以适应目前现代战争的需要。六端口微波网逡逑络技术收发器在雷达和通信方面均有一定的应用，并且可以将两个应用相结合。这为逡逑军用一体化系统提供了崭新的方向。目前已经有国外的研究团队在进行相应的基于六逡逑端口微波网络技术收发器的通信雷达一体化的研究。逡逑

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