引言/ Z/ _( u0 Y5 ^
随着无线通信的快速发展，射频带宽资源管理面临着巨大挑战。其中一个关键问题是信号频谱重叠导致的干扰。在处理这类频谱重叠的情况时，传统的滤波方法往往效果不理想，因此需要开发创新的干扰抑制技术。在现代无线通信环境中，由于设备必须在日益拥挤的频率空间中运行，这个问题变得特别突出[1]。
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$ C" g/ G" S; s系统架构和工作原理7 j0 i% l% ^: H+ }9 S- M( k6 w
该系统的核心优势在于利用光电子处理技术区分强干扰信号和弱期望信号。系统采用氮化硅环形谐振器网络，通过调整光谱形状，选择性地抑制强干扰信号，同时保持弱信号不受影响。这种选择性抑制方法相比传统滤波技术具有显著优势。" ?- `0 D5 D% g5 N. d4 R
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( x6 ]4 J& y; {( D图1：(a)弱目标信号(SOI)与强干扰信号(INT)竞争的干扰场景，(b)干扰抑制后的理想输出，以及(c)包含SSB+C调制器、氮化硅芯片和光电检测器的完整系统架构。( k! }" y( `) W) \5 }
* c2 k. N# k# ^6 v( N/ |* W系统运行包含三个基本阶段。第一阶段，输入的射频信号通过单边带载波(SSB+C)调制转换到光学域。这个转换过程会产生不同的光学边带，边带的数量和强度取决于输入信号的强度。强信号会产生多个高阶边带，而弱信号主要产生一阶边带。
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1 Y4 v% O2 h8 A+ {( V8 G第二阶段，利用包含级联微环谐振器的氮化硅芯片进行光谱整形。这些谐振器对光谱进行逐线复杂调制，每个环都精确调谐以修改特定高阶边带的幅度和相位。这种精确控制使系统能够有选择地针对并抑制强干扰信号，同时对弱信号影响很小。
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图2：仿真结果显示了(a)环形谐振器调谐前后的光谱和相位响应，(b)大信号输入的射频输出，以及(c)小信号输入的射频输出，展示了选择性抑制能力。
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实验实现$ {3 g5 e) ^# M* _4 s
实验系统采用精心集成的先进器件，以实现最佳性能。系统核心是使用双条低损耗TriPleX技术制造的氮化硅芯片，其中包含六个级联的跑道型环形谐振器。每个谐振器都经过精确设计，以实现有效的干扰抑制。# ?+ ^9 {+ k/ a* F6 r
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图3：详细的实验设置展示了(a)包含激光源、调制器和检测设备的完整测量系统，以及(b)包含级联环形谐振器的实际氮化硅芯片照片。2 Z& D* G& A; }
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实验系统首先使用1550纳米激光二极管提供光载波。光信号通过半波电压为3.5伏的相位调制器，该调制器经过优化以适应所需的工作范围。带通滤波器用于在信号进入氮化硅芯片之前净化调制信号。芯片中的环形谐振器半径为125微米，经过精心设计以获得所需的自由光谱范围和品质因数。经过处理后，20千兆赫光电检测器将整形后的光信号转换回射频域进行分析。/ E; F7 z2 s+ O1 X) A1 K
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性能结果/ R) K# _- L: i3 z1 M
系统在选择性干扰抑制方面展现出优异性能，在各种工作条件下都能保持稳定的性能指标。实验测量显示，对强干扰信号可实现高达30分贝的抑制，同时保持弱信号的完整性。; Q3 j7 P% D( s3 o2 W3 e
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3 K1 i" ?* O! v9 J, \1 _! B4 B图4：实验结果展示了(a)光谱测量结果，(b)显示30分贝抑制效果的大信号射频输出，以及(c)显示对小信号影响最小的射频输出。
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3 X7 b9 y; \# ~: i7 B- g5 B1 l6 k性能测试表明，系统在不同功率水平下具有极高的稳定性。当输入功率在21分贝毫瓦到24分贝毫瓦之间变化时，系统保持超过40分贝的抑制水平，证明在较大动态范围内具有可靠的工作特性。这种稳定性对实际应用特别重要，因为实际场景中信号强度经常发生显著波动。
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图5：测量结果显示了不同输入功率水平下的抑制性能，证实了系统在多种信号强度下的稳定运行。: E+ T& i5 X0 y! n/ y7 o
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% e4 ?0 L6 R# S. G+ \% Y- ~系统稳健性和限制. T$ ^; A" U3 D7 H3 L
研究团队深入探讨了系统的工作边界，以了解实际限制和能力。测试显示，干扰抑制在目标干扰水平附近约6分贝的功率范围内保持有效。这个工作窗口足以满足大多数实际应用需求，同时确保可靠性能。( ]# Q! L0 P! N: |2 D) X( R
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3 m0 _: o* k3 R( R0 M) ]4 _图6：系统响应特性展示了(a)抑制与输入功率的关系，以及(b)频率响应，突出显示了干扰抑制方案的工作范围和限制。% ^9 Q+ ^/ j3 V) C$ k* Y
+ ?# h1 C$ {: A3 o3 U: _频率响应测试显示，系统在约0.5千兆赫带宽范围内能实现显著抑制。这个带宽主要由环形谐振器的品质因数决定，通过未来的设计优化还有提升空间。系统在各种环境条件下都保持稳定运行，适合实际部署。- E4 L" j8 e7 q& E
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4 Z/ Z2 d$ v- Y: F未来发展& {; [) i7 n1 j$ h
该射频干扰抑制技术的研发为无线通信系统带来了新的技术方案。系统证明可以处理包括多个干扰源在内的复杂信号场景，这表明在下一代通信系统中具有广泛应用潜力。, u* r! `& e) a3 U( D% \7 G
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图7：系统处理复杂信号场景的能力，显示了有无干扰抑制时的射频梳状谱测量结果。3 J3 u3 o- Y* a( e$ A4 R2 W9 J
0 e1 A: |% `. k# H; b1 ~研究方向包括与其他调制方案的集成以及工作带宽的提升。这项技术与其他信号处理技术的结合，有望实现更稳健的通信系统。设计简单且易于集成的特点，使其在现代电信基础设施中具有实用价值。& s0 X, b7 I+ r# O! j8 t. @; G
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在无线通信持续发展的背景下，这种创新的射频干扰抑制方法解决了现代电信中的一个重要挑战。系统能够选择性地抑制强干扰，同时保护弱信号，这一特点使其成为实用的解决方案，可以集成到现有系统中，并提供稳定的性能表现。
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参考文献. A7 s: U' U; o6 ` I6 p8 n/ ?
[1] M. Eijkel, R. Braamhaar, P. van der Slot, and D. Marpaung, "RF photonic interference mitigation system using silicon nitride ring resonator network," Opt. Express, vol. 33, no. 1, pp. 747-757, Jan. 2025.' _! K* P6 J J I5 m. _
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