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随着互联网和移动通信技术的不断发展,新型的移动互联网应用如云服务、虚拟现实、智能驾驶等不断涌现,促使了用户对无线通信系统传输容量和传输速率的需求不断增加。为满足需求,移动通信系统中的同时同频全双工技术,即带内全双工（InBand Full-Duplex,IBFD）技术,被广泛研究和应用。该技术支持收发端无线信号的同时同频带内传输,与现阶段已商用的频分双工（Frequency Divison Duplex,FDD）和时分双工（Time Division Duplex,TDD）相比,可倍增频谱效率,实现大容量、高效率、灵活的无线网络接入或中继,被视为未来无线通信领域最有潜力的发展方向之一。由于IBFD传输系统中存在强功率的带内自干扰信号,影响有用信号的接收,因此IBFD通信的核心技术是带内自干扰消除（Self-Interference Cancellation,SIC）,主要包括在空间传输域、模拟域、数字域三阶段的自干扰信号消除。在模拟域的自干扰消除中,电子自干扰消除（Electronic SIC,ESIC）受射频微波器件固有条件影响,使自干扰消除带宽受限。相比于ESIC技术,光学自干扰消除（Optics-based SIC,OSIC）技术可以突破ESIC的带宽和工作频段限制,满足未来IBFD无线通信系统大带宽、大容量、长距离传输的要求。本论文围绕IBFD通信中的高频段宽带宽自适应OSIC关键技术展开研究,具体可分为以下几个方面:1、OSIC系统原理与宽带实现方案研究本论文首先针对两种主要架构的OSIC系统建立模型,并推导了各自的自干扰消除实现原理,分析了影响消除深度和带宽的主要原因。在此基础上,针对两种架构各提出一种新型的OSIC方案,并分别进行了理论和实验验证。由于OSIC工作频段下限是接近直流的较低频段,OSIC系统带宽越宽即意味着OSIC上限频率越高。因此为支持更高频段的IBFD传输,需要研究更宽带的OSIC系统。开展了基于非相干光源的OSIC研究,提出基于DML的宽带OSIC方案。主要使用可调光延时线和可调光衰减器实现参考信号的幅度和时延精确调节。通过理论推导,证明了幅度和时延的高精度调节是提高抑制深度、增加自干扰消除带宽的主要原因。实验中,获得了900MHz、2.4GHz频段内覆盖400MHz带宽的超过-33dB抑制深度,以及覆盖6GHz全频段的超过-27dB的抑制深度,使用低成本器件实现了常用频段的大带宽自干扰消除功能。开展了基于相干光源的OSIC研究,提出基于DD-MZM的宽带OSIC方案。在电域调节参考信号的幅度和时延,光源的相干性增强了光耦合精度,使自干扰信号更好地被参考信号消去。该方案具有结构简单、可长距离传输有用信号等特点。实验获得了覆盖高达25GHz宽带范围超过-27dB的自干扰抑制深度。OSIC系统的理论研究为宽带OSIC实验系统的搭建和后续IBFD实验演示中问题的解释提供了充分的指导;实现的宽带OSIC系统是高频段IBFD传输的重要基石。2、IBFD通信中高频宽带化的OSIC技术研究应用上述的宽带OSIC系统进行了OFDM射频信号的高频段IBFD通信演示,分析OSIC实验系统的主要参数性能,发现并分析了限制IBFD扩展到超宽带天线全频段的主要因素,创新性地提出了两种解决方案。实验演示的高频段IBFD传输依赖于基于EML的宽带OSIC系统来消除自干扰信号。在使用高频超宽带喇叭天线进行无线传输的情况下,实验结果展示了11.15GHz频段上,覆盖100MHz带宽的超过-30 dB的抑制深度,以及展示了不同基带带宽OFDM信号的IBFD传输性能。系统获得约52.2dB的无杂散动态范围,证明了基于EML的OSIC系统应用于宽带IBFD通信具有良好的线性度。实验中,无线的自干扰信道与有线的参考信道间的频响失配被证明是影响OSIC宽带性能的关键因素,因此提出两种针对性的OSIC宽带化解决方案。其一是基于时域预失真的OSIC宽带化方案。首次提出了一种无线自干扰信道与有线参考信道响应不匹配导致OSIC带宽受限的解决方案,采用时域预失真技术使参考信号在发送到发送信道之前在时域上被预先处理,在基带补偿参考信道和自干扰信道的响应失配。7GHz至25GHz宽带天线的全频段IBFD首次得到实验验证,极大地提高了IBFD传输带宽和容量,提升了超宽带天线的频带资源利用率。其二是DSP辅助后处理的OSIC宽带化方案。当信道响应失配导致IBFD通信不能扩展至高频全基带时,使用DSP再一次消除基带内部分频带上的残留自干扰,使IBFD可用带宽扩展至高频段的全基带。实验结果表明,在1GHz全基带范围内,OSIC的深度为-20dB左右时,通过DSP消除获得了额外-10dB的深度,使全基带范围获得了约-30dB的总抑制深度。该方案相比时域预失真方案具有自干扰消除系统结构简单的优势,但需要进入数字采样前能消除10-20dB的自干扰信号。3、IBFD通信中OSIC的自适应技术研究为适应自干扰无线信道的时变性,使参考信号与自干扰信号在幅度、相位、内容上完全对齐一致,需自适应快速调节OSIC系统参数。本论文提出并研究高频段宽带宽IBFD通信中OSIC系统的时延增益参数自适应反馈控制方案,以及多径自干扰信道的自适应频域预均衡方案。针对参考信道与自干扰信道的时延、幅度对齐问题,建立了无约束最优化模型,并针对OSIC系统特点,通过无约束最优化直接法来解决。在研究了几种经典无约束优化直接算法的基础上,根据OSIC系统特点针对性地设计了一种“正三角形搜索”算法,采样开销（OSIC系统特有的评判指标）得以大幅降低,自适应速度得到明显提升。针对自干扰信道多径时变性,提出了一种基于OFDM频域预均衡的自适应OSIC方案,弥补了几种参考的多径OSIC消除方案中对信道适应性不足的缺点。经过一次采样反馈,即可准确快速地利用OFDM频域均衡将参考信号与多径自干扰信号进行内容匹配,实现了多径自干扰信号的快速和更完全的消除。经过以上三方面的研究,本论文实现了带内全双工通信中高频段、宽带宽、自适应的光学自干扰消除目标,相关研究成果包括以第一作者身份发表在光学领域主流期刊上的5篇SCI论文、在国际会议上的2篇EI论文,以及合作发表的若干篇期刊及会议论文等。