CN101852968B - 基于平衡探测的移相光量化接收机 - Google Patents

Abstract

基于平衡探测的移相光量化接收机属于光模数转换器技术领域，其特征在于，平衡探测中全光量化器每个量化通道输出的待判决信号为一组幅度互补的差分光信号，在使用平衡接收机对差分光信号进行接收后，将差值信号经过一个跨阻放大器限幅放大为数字信号电平。本发明可消除系统中共模噪声的影响，有效降低光功率波动导致的判决逻辑错误，无须对判决阈值进行设定，因此消除了阈值判决误差的影响，增加了接收机的灵敏度以及对噪声的容忍度，实现较高的阈值判决精度。

Description

基于平衡探测的移相光量化接收机

技术领域

本发明属于信息光电子技术领域，特别涉及光模数转换器。 

背景技术

量化接收机的核心功能是实现精确的阈值判决，从而实现光模数转换器的全光量化输出。因此找到一种适用于移相光量化方案的阈值判决技术是移相光量化接收机设计的关键。 

经过采样和量化编码后，每个量化通道的光信号最后会进入光量化接收机中。光量化接收机的功能是首先通过逻辑判断，将输入信号与判决阈值进行比较，高于阈值的输出为逻辑“1”，低于阈值输出为逻辑“0”，将编码后的光信号转化为数字信号。之后对输出数字信号进行数据处理，将不同的格式编码转换为自然二进制编码，并对由噪声所产生的误码进行检错和纠错，从而最终完成模拟输入信号到数字输出信号的转化过程。量化接收机的性能主要由阈值判决的精确度和数据处理算法的纠错能力所决定。对编码光信号的阈值判决理想方案是采用全光信号处理技术在光域直接完成阈值判决过程，无需光电转换，这可以充分发挥光信号处理的高速、宽带优势。目前已有的几种全光量化方案中，由于判决精度等因素的影响，目前看来全光阈值判决方案应用于全光模数转换存在很多问题。 

根据量化原理的不同，全光量化接收机大致可以分为以下四类： 

1、基于NOLM环的全光门限单元的量化接收机 

此方案利用NOLM的非线性传输特性对全光量化器输出的“准数字信号” 进行整形以达到阈值判决的效果。此方案采用全光纤无源结构，无需光电转换，响应速度快，适用于全光信号处理，但是作为全光模数转换系统的阈值判决方案其门限特性不强，阈值精度有限。 

2、基于全光双稳态触发器的量化接收机 

此方案利用输入信号控制两个激射于不同波长的SOA环腔，当输入信号功率低于阈值功率时，环腔1起振激射波长为λ₁；当输入信号高于阈值时，此时环腔1被抑制环腔2开始起振激射波长为λ₂。此方案门限效应明显，阈值可以调整，但是其结构相对复杂，并且由于环腔激光器激射需要较长建立时间，因此整体响应速度受到较大限制，目前据报道只能达到us量级 

3、基于单端探测电比较的量化接收机 

此方案将全光量化器输出的待判决光信号首先进行光电转换，之后在电比较器中与阈值电平进行比较，根据判决结果输出相应的数字信号。该方案首先需要高速的电比较器，处理速率受到一定限制。比较器中阈值电平误差对量化精度有着严重的影响。考虑到由于光源功率波动和各个通道间功率不均衡等因素，在实际系统中还需要对每个通道的判决阈值电平分别进行动态反馈控制以减小判决误差。 

本发明就是针对单端探测电比较量化接收机的不足，而提出了一种基于平衡探测的移相光量化接收机。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于平衡探测的移相光量化接收机，其特征在于，含有：相位调制器、光耦合器、移相器、偏振分束器以及平衡接收机，其中： 

相位调制器，输入信号是同步光脉冲信号和峰峰值等于光模数转换器的设定刻度值的模拟电信号，而输出是经相位调制后的光脉冲，

光耦合器，输入是相位调制器器输出的经调制后的光脉冲，而输出是N路平行的光脉冲，每路的输出功率相等， 

移相器，输入是所述光耦合器输出的N路平行的光脉冲，输出为经过设定相移θ_i的N路光脉冲，

i＝1，2…N，N≤256，θ_i为光脉冲两个偏振分量之间额外引入的相位差， 

偏振分束器，输入是所述移相器输出的经过所述相移的N路光脉冲，输出为N路差分光脉冲信号，其中每路差分光脉冲信号的偏振方向正交且功率相等、幅度互补， 

平衡接收机，是一个基于平衡探测的量化接收机，每一路所述差分光脉冲信号中的一组信号进入一个特性相同的光电探测器，把得到的输出光电流相减后，把差值信号经过一个跨阻放大器限幅放大后，用数字信号电平“1”或“0”表示并输出，得到一个双极性数字信号。 

本发明的核心是用偏振分束器代替传统的检偏器，得到功率相等、幅度互补两差分光信号，然后通入平衡接收机中进行自适应阈值判决。与采用单端电比较器的判决方案相比，平衡阈值判决方案避免了阈值电平对判决的影响，不需要复杂的反馈控制装置，提高了判决精度。 

附图说明

图1是本发明所利用的基本原理，图1(a)中实线代表I_i、虚线代表I_i’，这两条曲线是移相量为3π/8时的两条互补的传输特性曲线，当输入差分信号强度I_i大于I_i’，平衡探测器输出正电平，代表数字信号“1”，反之探测器输出负电平，代表数字信号“0”，图1(b)为输出的相应数字电平信号。 

图2是本发明的原理图，1为偏振分束器，2为平衡接收机。 

 图3是本发明应用于移相光量化系统中一路的示意图。3为采样脉冲光源， 4相位调制器，5光耦合器，6为移相器，7为基于平衡探测的移相光量化接收机，8为示波器。 

图4是移相量为6π/8时平衡探测的脉冲包络图，图4(a)为由偏振分束器数输出的其中一路差分信号I_i、图4(b)为由偏振分束器数输出的另一路差分信号I_i’，这两路信号幅度互补，功率相等，图4(c)为这两路差分信号的差值。 

具体实施方式

平衡探测的光电阈值判决方案全光量化器每个量化通道输出的待判决信号为一组幅度互补的差分光信号，之后使用平衡接收机对差分光信号进行探测。 

因此将每个量化通道的输出端经过偏振分束器(PBS)，由于PBS两个输出端口的偏振态透过方向正交，因此两端输出的信号强度I_i和I_i’(i为量化通道号)和分别可以表示为： 

$I_i\left(t\right)=\frac{I_0\left(t\right)}{2}\·(1+\cos (\mathrm{\π}\frac{V_s\left(t\right)}{V_{\mathrm{\π}}}+{\mathrm{\θ}}_i))$

${I_i}^{\′}\left(t\right)=\frac{I_0\left(t\right)}{2}\·(1-\cos (\mathrm{\π}\frac{V_s\left(t\right)}{V_{\mathrm{\π}}}+{\mathrm{\θ}}_i))$

其中：I₀(t)为入射采样光脉冲功率，V_s(t)为待采样信号幅度，V_π为相位调制器的半波电压，θ_i为各通道的相移。 

由于PBS的两个输出端信号功率相等、幅度互补，因此可以作为差分信号对通入平衡接收机中进行自适应阈值判决。平衡接收机的工作原理是使用两个特性相同的光电探测器同时探测一组差分光信号，两个探测器输出的光电流相减，将差值信号经过一个跨阻放大器限幅放大为数字信号电平。当输入差分信号强度I_i大于I_i’，平衡探测器输出正电平，代表数字信号“1”，反之探测器输出负电平，代表数字信号“0”，因此平衡阈值探测方案输出为双极性数字信号。可以看到在此方案中，输出的数字逻辑与待判决信号的绝对幅度无关，只取决于差分信号之间的相对幅度，消除了系统中共模噪声的影响，可以有效降低光功率波动导致的判决逻辑错误。并且平衡阈值探测方案属于自适应门限判决(等 效判决阈值始终为0电平)，无需对判决阈值进行调整。 

例如当N＝8，入射脉冲为高斯脉冲，功率为1mw，待采样信号为正弦信号，相位调制器的半波电压为V_π＝1V，

i＝0、1、2…7，则： 

$I_i\left(t\right)=\frac{I_0\left(t\right)}{2}\·(1+\cos (\mathrm{\π}\frac{V_s\left(t\right)}{V_{\mathrm{\π}}}+\frac{i\×\mathrm{\π}}{8}))$

${I_i}^{\′}\left(t\right)=\frac{I_0\left(t\right)}{2}\·(1-\cos (\mathrm{\π}\frac{V_s\left(t\right)}{V_{\mathrm{\π}}}+\frac{i\×\mathrm{\π}}{8}))$

其中，i＝0、1、2…7。 

取其中一个量化通道为例，如i＝6，此时输出的两路互补差分信号为： 

$I_6\left(t\right)=\frac{I_0\left(t\right)}{2}\·(1+\cos (\mathrm{\π}\frac{V_s\left(t\right)}{V_{\mathrm{\π}}}+\frac{6\mathrm{\π}}{8}))$

${I_6}^{\′}\left(t\right)=\frac{I_0\left(t\right)}{2}\·(1-\cos (\mathrm{\π}\frac{V_s\left(t\right)}{V_{\mathrm{\π}}}+\frac{6\mathrm{\π}}{8}))$

这两路差分信号分别如图4(a)和如图4(b)所示，其差值： 

ΔI₆＝I_i(t)-I_i′(t) 

如图4(c)所示，此即平衡阈值探测方案输出的双极性电平，其中正电平代表数字信号“1”，负电平代表数字信号 

Claims (1)

1.基于平衡探测的移相光量化接收机，其特征在于，含有：相位调制器、光耦合器、移相器、偏振分束器以及平衡接收机，其中：

相位调制器，输入信号是同步光脉冲信号和峰峰值等于光模数转换器的设定刻度值的模拟电信号，而输出是经相位调制后的光脉冲，

光耦合器，输入是相位调制器器输出的经调制后的光脉冲，而输出是N路平行的光脉冲，每路的输出功率相等，

移相器，输入是所述光耦合器输出的N路平行的光脉冲，输出为经过设定相移θ_i的N路光脉冲，

i＝1，2…N，N≤256，θ_i为光脉冲两个偏振分量之间额外引入的相位差，

偏振分束器，输入是所述移相器输出的经过所述相移的N路光脉冲，输出为N路差分光脉冲信号，其中每路差分光脉冲信号的偏振方向正交且功率相等、幅度互补，

平衡接收机，是一个基于平衡探测的量化接收机，每一路所述差分光脉冲信号中的一组信号进入一个特性相同的光电探测器，把得到的输出光电流相减后，把差值信号经过一个跨阻放大器限幅放大后，用数字信号电平“1”或“0”表示并输出，得到一个双极性数字信号。

Images