CN101478346B - 一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法，该调制器主要包括直流光源、信号光调制器和半速率时钟光调制器，特点是设置一个单片机和光电检测装置，对光信号进行监测并输出监测电信号经模数转换后传送到单片机中，经单片机处理后，按照预设的程序将控制信号分别经过数模转换后传送到第一偏置信号发生电路和第二偏置信号发生电路，使输出光信号的功率保持稳定并保持在设定的峰值功率，优点在于在基本光载波抑制归零码调制码电路的基础上，以输出光功率的监测为基础，分析输出光功率的变化特征并加以区分，以分别控制信号光调制器的偏置电压和时钟光调制器的半速率时钟信号的偏置电压，从而实现输出光信号码型的稳定可靠。

Description

一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种光通信传输信号的稳定控制方法，尤其是涉及一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法。 

背景技术

采用光信号来传输数字信号，最简单的办法是以有光代表信号“1”，无光代表信号“0”。这种数字光信号传输码型由于技术方式简单，成本低廉而普遍应用于目前的光通信领域，并被称为非归零码(NRZ)。它可以采用光源直接调制方式来简单地实现，也可以采用外调制器加以实现。然而随着传输速率与传输距离的提高，这种传输码型的弱点也迅速凸显，与归零码(RZ)和载波抑制归零码(CSRZ)相比，它的载波效率，非线性阈值以及对码间干扰与偏振模色散抵抗能力都要低不少。特别是载波抑制归零码，在无需改动接收机的情况下，表现出了较强的传输能力和较高的接收灵敏度，从而成为一种商用高速光通信系统的优选传输码型。由于抑制了不带信息的载波信号，所以其载波效率高，具有较高的非线性阈值，而且其脉冲宽度不象RZ码那么窄，所以其色散容限特性也比较好。 

但是载波抑制归零码必须采用两级外调制器进行调制，一级调制出普通的非归零码，另一级对此非归零码进行邻码光学反相调制，以实现载波抑制功能。由铌酸锂(LiNbO₃)制成的马赫-曾德(Mach-Zehnder)光调制器(Modulater)，因其具有调制速率高、啁啾性能可控、消光比高、插入损耗低等特性，目前已经成为光学外调制器的主体。但该光调制器的电光特性具较大的温度敏感性，这也使得信号码发送器的温度稳定性较差。为保持信号调制的稳定，铌酸锂调制器通常都设置有一个偏置控制端，以补偿调制曲线的偏移。对于非归零码等只要求单级调制的信号发送器中，只需要根据输出光眼图设定好输出光功率，并控制偏置电压以保持输出光功率稳定即可。由于监测控制简单，所以并不存在多少技术障碍。但对载波抑制归零码，由于要求两级调制，并需要这两级调制之间的信号保持一定的关联关系，这就造成了调制控制的复杂化，原有的控制输出光功率稳定的方法就不再适用于这种调制方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法，能够使输出信号稳定可靠地将载波信号抑制到最低，使光信号中所携带的数字信号清晰区分无混淆，并不受环境条件变化的影响而保持稳定。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法，该调制器主要包括直流光源、信号光调制器和半速率时钟光调制器，设置一个单片机和光电检测装置，使所述的光电检测装置经模数转换电路后与所述的单片机连接，所述的单片机通过数模转换电路后分别与所述的信号光调制器的第一偏置信号发生电路和所述的半速率时钟光调制器的第二偏置信号发生电路连接，所述的光电检测装置对光信号进行监测并输出监测电信号，监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，经所述的单片机处理后，按照预设的程序将控制信号分别经过数模转换后传送到所述的第一偏置信号发生电路和所述的第二偏置信号发生电路，通过调整所述的第一偏置信号发生电路输出的偏置电压使输出光信号的功率保持稳定，通过调整所述的第二偏置信号发生电路输出的偏置电压使输出的光信号的功率保持在设定的峰值功率。 

所述的光电检测装置包括设置在所述的半速率时钟光调制器后的光耦合器和光功率探测器，所述的时钟光调制器的输出光信号经过所述的光耦合器后分为两路光信号，一路为器件的输出光信号，另一路为检测光信号进入所述的光功率探测器，具体的控制步骤为：1)所述的单片机启动时，程序初始化，所述的单片机输出预设的第一偏置信号发生电路初始控制值和第二偏置信号发生电路初始控制值，第一偏置信号发生电路初始控制值控制所述的第一偏置信号发生电路输出第一初始偏置电压，使所述的信号光调制器在常温下将输出光信号的功率调制在最佳工作范围内，第二偏置信号发生电路初始控制值控制所述的第二偏置信号发生电路输出第二初始偏置电压使所述的半速率时钟光调制器在常温下将输出光信号的功率调制在设定的峰值功率；2)所述的光功率探测器输出监测电信号，监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，通过对监测电信号的分析和处理，所述的单片机输出第一偏置控制信号经数模转换后到所述的第一偏置信号发生电路，使所述的第一偏置信号发生电路输出第一偏置电压，控制所述的信号光调 制器，直至使输出光信号的功率达到初始设定的最佳工作范围内；3)所述的光功率探测器输出监测电信号监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，通过对监测电信号的分析和处理，所述的单片机输出第二偏置控制信号经数模转换后到所述的第二偏置信号发生电路，使所述的第二偏置信号发生电路输出第二偏置电压，控制所述的半速率时钟光调制器，直至使输出光信号的功率达到设定的峰值功率；重复步骤2)和步骤3)，持续监测输出光信号的功率，使光载波抑制归零码调制器始终工作于最佳工作状态。 

所述的光电检测装置包括包括集成在所述的信号光调制器内的信号光功率探测器和集成在所述的半速率时钟光调制器内的时钟光功率探测器，调制器具体的控制步骤为：1)所述的单片机启动时，程序初始化，所述的单片机输出预设的第一偏置信号发生电路初始控制值和第二偏置信号发生电路初始控制值，第一偏置信号发生电路初始控制值控制所述的第一偏置信号产生电路输出第一初始偏置电压使所述的信号光调制器在常温下将所述的信号光调制器输出的光信号的功率调制在最佳工作范围内，第二偏置信号发生电路初始控制值控制所述的第二偏置信号产生电路输出第二初始偏置电压使所述的时钟光调制器在常温下将所述的时钟光调制器输出的光信号的功率调制在设定的峰值功率；2)所述的信号光功率探测器输出信号光监测电信号，信号光监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，通过对信号光监测电信号的分析和处理，所述的单片机输出第一偏置控制信号经数模转换后到所述的第一偏置信号发生电路，使所述的第一偏置信号发生电路输出第一偏置电压，控制所述的信号光调制器，直至使所述的信号光调制器输出的光信号的功率达到初始设定的最佳范围内；3)所述的时钟光功率探测器输出时钟光监测电信号，时钟光监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，通过对时钟光监测电信号的分析和处理，所述的单片机输出第二偏置控制信号经数模转换后到所述的第二偏置信号发生电路，使所述的第二偏置信号发生电路输出第二偏置电压，控制所述的半速率时钟光调制器，直至使所述的半速率时钟光调制器输出的光信号的功率达到设定的峰值功率；重复步骤2)和步骤3)，分别持续监测所述的信号光调制器输出的光信号的功率和所述的半速率时钟光调制器输出的光信号的功率，使光载波抑制归零码调制器始终工作于最佳工作状态。 

光信号功率的最佳工作范围由光示波器对信号进行眼图监测来得到，眼图观察图象的消光比为10～20dB，眼图形状保持在ITU-T G.957标准规定的眼图模板要求范围内。 

输出光信号的峰值功率为输出光信号中的任意峰值功率。 

与现有技术相比，本发明的优点在于本发明在基本光载波抑制归零码调制码电路的基础上，以输出光功率的监测为基础，分析输出光功率的变化特征并加以区分，以分别控制信号光调制器的偏置电压和时钟光调制器的半速率时钟信号的偏置电压，从而实现输出光信号码型的稳定可靠；本发明的关键在于通过控制半速率时钟光调制器的偏置电压，使输出光信号的光功率位于一个峰值，这可以保证在半速率时钟的“0”、“1”两个状态时，使相差180度相位的相邻输出信号达到均衡，从而将载波信号抑制到最低，并反馈控制此配置控制，使输出光信号的载波信号始终抑制为最低，同时反馈控制信号光调制器的偏置电压，使输出光信号的光功率稳定到设定值，以保证输出光眼图的消光比、眼图形状始终稳定。 

附图说明

图1为本发明实施例一的调制器的控制基本流程图； 

图2为本发明实施例一的调制器的结构示意图； 

图3为采用级联封装调制器的调制器的结构示意图； 

图4为具有光功率监测功能的调制器的结构示意图； 

图5为具有光功率监测功能的级联封装调制器的结构示意图； 

图6为本发明实施例二的分级监测光功率的调制器的结构示意图； 

图7为本发明实施例二的分级监测光功率调制器的控制基本流程图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 

实施例一：如图2所示，这是单级监测的典型抑制归零码调制器，该调制器主要包括直流光源1、信号光调制器2和半速率时钟光调制器3，半速率时钟光调制器3后设置有光耦合器4和光功率探测器5，光功率探测器5通过模数转换电路6与单片机8连接，单片机8通过数模转换电路7分别与信号光调制器2的第一偏置信号发生电路9和半速率时钟光调制器3的第二偏置信号发生电路10连接，直流光源1通常为激光器，它输出的光信号送给信号光调制器2，由信号光调制器2通过调制信号将该光信号调制成非归零码的光信号，其输出的非归零码的光信号送到半速率时钟光调制器3，由半速率时钟光调制器3通过半速率时钟信号将此非归零码的光信号调制成抑制归零码的光信号后输出，光耦合器4将半速率时钟光调制器3输出的抑制归零码的光信号分出一部分送光功率探测器5，而主要部分则作为调制器的抑制归零码的光信号输出。如图1所示，自动控制方法的具体的控制步骤为：1)调制器开机后，单片机8启动，程序初始化，单片机8通过两个数模转换电路7输出预设的第一偏置信号发生电路初始控制值和第二偏置信号发生电路初始控制值，第一偏置信号发生电路初始控制值控制第一偏置信号发生电路9输出第一初始偏置电压，使信号光调制器2在常温下将输出光信号的功率调制在最佳工作范围内，此时用光示波器(未显示)对光信号进行眼图监测，得到眼图观察图象的消光比达到10～20dB之间，眼图形状则保持在ITU-T G.957标准规定的眼图模板要求范围内，第二偏置信号发生电路初始控制值则控制第二偏置信号发生电路10输出第二初始偏置电压使时钟光调制器3在常温下将输出光信号的功率调制在设定的峰值功率；2)光功率探测器5将监测电信号传送到模数转换电路6转换为数字信号后送单片机8进行数据分析处理，通过对监测电信号的分析和处理，单片机8输出第一偏置控制信号经数模转换电路7进行数模转换后到第一偏置信号发生电路9，使第一偏置信号发生电路9输出第一偏置电压，控制信号光调制器2的调制状态，直至使输出光信号的功率达到初始设定的最佳范围内；3)光功率探测器5将监测电信号传送到模数转换电路6转换为数字信号后送单片机8进行数据分析处理，通过对监测电信号的分析和处理，单片机8输出第二偏置控制信号经数模转换电路7进行数模转换后到第二偏置信号发生电路10，使第二偏置信号发生电路10输出第二偏置电压，控制半速率时钟光调制器3的调制状态，直至使输出光信号的功率达到设定的峰值功率；重复步骤2)和步骤3)，持续监测输出光信号的功率，使光载波抑制归零码调制器始终工作于最佳工作状态。本实施例中，调制器也可以是如图3、图4、图5所示的形式，图3中信号光调制器和半速率时钟光调制器级联封装在一起成为级联光调制器11；图4中光耦合器和光功率探测器均集成到半速率时钟光调制器内成为集成有光功率监测的半速率时钟光调制器12；图5中则是信号光调制器和时钟光调制器级联封装在一起成为有光功率监测的级联光调制器13，并将光耦合器和光功率探测器均集成到级联封装后的调制器内，而这三种变形的控制方法则与上述实施例相同。

实施例二：如图6所示，与实施例一不同之处在于，信号光调制器21内的集成有信号光功率探测器，半速率时钟光调制器31内集成有时钟光功率探测器，这种结构的调制器可分别探测信号光调制器21和半速率时钟光调制器31的输出光功率并进行自动控制。该两级探测光功率的调制器同样是以直流光源1的输出光信号为基础，将其送给信号光调制器21，通过调制信号将该光信号调制成非归零码的光信号，其输出的非归零码的光信号送到半速率时钟光调制器31，由半速率时钟光调制器31通过半速率时钟信 号将此非归零码的光信号调制成抑制归零码的光信号后输出。如图7所示，本实施例的自动控制方法的具体的控制步骤为：1)调制器开机后，单片机8启动，程序初始化，单片机8通过两个数模转换电路7输出预设的第一偏置信号发生电路初始控制值和第二偏置信号发生电路初始控制值，第一偏置信号发生电路初始控制值控制第一偏置信号发生电路9输出第一初始偏置电压，使信号光调制器21在常温下将输出光信号的功率调制在最佳工作范围内，此时用光示波器(未显示)对光信号进行眼图监测，得到眼图观察图象的消光比达到10～20dB之间，眼图形状则保持在ITU-T G.957标准规定的眼图模板要求范围内，第二偏置信号发生电路初始控制值则控制第二偏置信号发生电路10输出第二初始偏置电压使半速率时钟光调制器31在常温下将输出光信号的功率调制在设定的峰值功率；2)信号光功率探测器输出信号光监测电信号，信号光监测电信号经模数转换电路6进行模数转换后传送到单片机8中，通过对信号光监测电信号的分析和处理，单片机输出第一偏置控制信号经数模转换电路7进行数模转换后到第一偏置信号发生电路9，使第一偏置信号发生电路9输出第一偏置电压，控制信号光调制器21的调制状态，直至使信号光调制器21输出的光信号的功率达到初始设定的最佳范围内；3)时钟光功率探测器输出时钟光监测电信号，时钟光监测电信号经模数转换电路6进行模数转换后传送到单片机8中，通过对时钟光监测电信号的分析和处理，单片机8输出第二偏置控制信号经数模转换电路7进行数模转换后到第二偏置信号发生电路10，使第二偏置信号发生电路10输出第二偏置电压，控制半速率时钟光调制器31的调制状态，直至使半速率时钟光调制器31输出的光信号的功率达到设定的峰值功率；重复步骤2)和步骤3)，分别持续监测信号光调制器21输出的光信号的功率和半速率时钟光调制器31输出的光信号的功率，使光载波抑制归零码调制器始终工作于最佳工作状态。 

由于以两级监测的调制器为基础的自动控制方法对两个调制器进行分别监测并各自控制，所以没有相互影响，故稳定性较好，且控制调整相对简单，并具有调整控制速度快的优点，但结构相对复杂，且无法采用级联封装调制器，所以设备体积较大。 

Claims (3)

1.一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法，该调制器主要包括直流光源、信号光调制器和半速率时钟光调制器，设置一个单片机和光电检测装置，使所述的光电检测装置经模数转换电路后与所述的单片机连接，所述的单片机通过数模转换电路后分别与所述的信号光调制器的第一偏置信号发生电路和所述的半速率时钟光调制器的第二偏置信号发生电路连接，所述的光电检测装置对光信号进行监测并输出监测电信号，监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，经所述的单片机处理后，按照预设的程序将控制信号分别经过数模转换后传送到所述的第一偏置信号发生电路和所述的第二偏置信号发生电路，通过调整所述的第一偏置信号发生电路输出的偏置电压使输出光信号的功率保持稳定，通过调整所述的第二偏置信号发生电路输出的偏置电压使输出的光信号的功率保持在设定的峰值功率，其特征在于所述的光电检测装置包括设置在所述的半速率时钟光调制器后的光耦合器和光功率探测器，所述的半速率时钟光调制器的输出光信号经过所述的光耦合器后分为两路光信号，一路为器件的输出光信号，另一路为检测光信号进入所述的光功率探测器，具体的控制步骤为：1)所述的单片机启动时，程序初始化，所述的单片机输出预设的第一偏置信号发生电路初始控制值和第二偏置信号发生电路初始控制值，第一偏置信号发生电路初始控制值控制所述的第一偏置信号发生电路输出第一初始偏置电压，使所述的信号光调制器在常温下将输出光信号的功率调制在最佳工作范围内，第二偏置信号发生电路初始控制值控制所述的第二偏置信号发生电路输出第二初始偏置电压使所述的半速率时钟光调制器在常温下将输出光信号的功率调制在设定的峰值功率；2)所述的光功率探测器输出监测电信号，监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，通过对监测电信号的分析和处理，所述的单片机输出第一偏置控制信号经数模转换后到所述的第一偏置信号发生电路，使所述的第一偏置信号发生电路输出第一偏置电压，控制所述的信号光调制器，直至使输出光信号的功率达到初始设定的最佳工作范围内；3)所述的光功率探测器输出监测电信号，监测电信号经模数转换后传送到所述的单片机中，通过对监测电信号的分析和处理，所述的单片机输出第二偏置控制信号经数模转换后到所述的第二偏置信号发生电路，使所述的第二偏置信号发生电路输出第二偏置电压，控制所述的半速率时钟光调制器，直至使输出光信号的功率达到设定的峰值功率；重复步骤2)和步骤3)，持续监测输出光信号的功率，使光 载波抑制归零码调制器始终工作于最佳工作状态。

2.如权利要求1所述的一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法，其特征在于光信号功率的最佳工作范围由光示波器对信号进行眼图监测来得到，眼图观察图象的消光比为10～20dB，眼图形状保持在ITU-T G.957标准规定的眼图模板要求范围内。

3.如权利要求1所述的一种光载波抑制归零码调制器的自动控制方法，其特征在于输出光信号的峰值功率为输出光信号中的任意峰值功率。 

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