CN101888274A - 相干接收机反馈控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种相干接收机反馈控制方法、装置及系统。其中，相干接收机反馈控制方法包括：根据经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串联后与所述模数转换器连接。上述相干接收机反馈控制方法、装置及系统，根据获得的反馈控制量调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，以调节ADC采样前的模拟信号幅度，使之最佳适应ADC的采集，让ADC采集到的有效信息量最大并更好的支撑后续DSP单元的处理，从而提高了相干接收性能。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信技术，特别涉及一种相干接收机反馈控制方法、装置及系统。
背景技术
随着高速光通信技术的发展，人们对各种业务的需求也在提升，例如对光通信单一通道信息容量需求的提升，使得密集波分复用(DenseWavelength-Division Multiplexing，DWDM)系统由单波10Gbps发展到单波40Gbps。目前，单波100Gbps的技术已经出现并处于不断的改进中。
其中，相干电处理方法是目前公认的一种较为理想的单波100Gbps速率系统的接收方法。相干电处理方法需要在数模转换后再进行相干电处理算法才能完成解调发射机发出的数据信息。相干电处理的关键点就在模数转换的数据与数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)算法的正确性。为了尽量给DSP算法提供一个最佳的电信号数据，模数转换器器采集模拟数据的信息量大小直接决定整个接收装置的解调性能。
目前公开的相干接收机的主要部分模型如图1所示，相干接收机的主要特点是利用90度的光学混频器把信号光与本地激光进行相干混频，本地激光器由相应的驱动器调节输出波长与功率；信号进入偏振分束器后输出两个正交偏振态的信号光，其分别与分束后的本地光同时送入90度光学混频器，光学混频器输出4组差分信号光，每组差分信号光利用平衡探测器进行光电转换后，经过跨阻放大器(transimpedance amplifier，TIA)进行信号线性放大，最后进入模数转换器把模拟的电信号转换成数字信号送入后续的数字信号处理(DSP)单元进行相关的处理并解调出信号光信息。在现有的技术中，在公开的反馈控制方法中，其原理如下：
反馈控制中被调制的信号光输入到信号光处理器后，通过可调的光耦合器进行信号光与本地激光的混频，经过耦合器耦合后的双端光信号进入平衡探测器内完成光电转换，转换后的射频信号通过射频信号处理器进行反馈量计算并输出到各个执行器件，如频率相位锁定器、射频峰值检测器、自动扫描电路等，通过电路上的执行器件对光学可调器件或是本地激光器进行光上的调节。通过这个闭环控制后的射频信号经过某种处理后即为所需要的接收电信号。其它反馈方法也有通过DSP单元反馈相关控制参数来调节激光器的输出频率使之本地激光器输出与信号光的频率偏差最小。
由此可见，现有技术中反馈控制会用到光可调节的器件、电学的射频处理器等器件；光路与电路射频信号两种反馈环路同时工作；只针对输出的射频信号进行处理并反馈。在DSP单元制反馈频率控制信号给本地激光器。
发明人在实施本发明的过程中发现现有技术存在一定的缺陷，例如反馈控制未考虑到模数转化器对相干电处理算法的影响。
发明内容
本发明实施例提供一种相干接收机反馈控制方法、装置及系统，以调节ADC采样前的模拟信号，使之最佳适应ADC的采集，让ADC采集到的有效信息量最大并更好的支撑后续DSP单元的处理，从而提高相干接收性能。
本发明实施例提供了一种相干接收机反馈控制方法，该方法包括：
根据经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；
根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串联后与所述模数转换器连接。
本发明实施例提供了一种相干接收机反馈控制装置，该装置包括：
获取模块，用于根据接收的经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；
调节模块，用于根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串联后与所述模数转换器连接。
本发明实施例提供了一种相干接收机反馈控制系统，该系统包括数字信号处理单元、模数转换器、跨阻放大器和偏置T器件；其中，所述数字信号处理单元，用于接收经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；并根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串联后与所述模数转换器连接；
所述偏置T器件，用于接收来自所述数字信号处理单元的反馈控制量，并输出调节后的偏置T器件的直流量，以调节进入模数转换器的模拟信号；
所述跨阻放大器，用于接收来自所述数字信号处理单元的反馈控制量，并输出调节后的跨阻放大器的信号幅度，以调节进入模数转换器的模拟信号。
上述相干接收机反馈控制方法、装置及系统，根据获得的反馈控制量调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，以调节ADC采样前的模拟信号幅度，使之最佳适应ADC的采集，让ADC采集到的有效信息量最大并更好的支撑后续DSP单元的处理，从而提高了相干接收性能。
附图说明
图1为现有相干接收机模型的结构示意图；
图2为本发明相干接收机反馈控制方法实施例一的流程图；
图3为本发明相干接收机反馈控制方法实施例二的流程图；
图4为本发明相干接收机反馈控制装置实施例的结构示意图；
图5为本发明相干接收机反馈控制系统实施例一的结构示意图；
图6为本发明相干接收机反馈控制系统实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图2所示，为本发明相干接收机反馈控制方法实施例一的流程图，该相干接收机反馈控制方法包括：
步骤101、接收经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；
DSP单元根据接收的经ADC转换后的数字信号获得反馈控制量，获得反馈控制量的方法有多种，例如可以根据DSP单元的误码率、某种专门的误差函数等方法获得；
步骤102、根据上述反馈控制量调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器前的模拟信号在模数转换器的采样范围内。
DSP单元根据上述反馈控制量进行处理并输出两个控制信号，一个控制信号调节本地激光器的输出状态和/或调节TIA增益大小，使TIA输出的信号幅度在适合ADC的幅度范围内；另一个调节数模转换器来控制偏置T器件的直流量，以使进入ADC前的模拟信号偏置在ADC的量化范围最佳位置处，即调节ADC前端采集信号在ADC器件固有采集范围内的偏置位置。
由于ADC是相干接收电处理的关键器件，其对相干接收的模拟信号进行数字化转换，并将转换后的数字信号提供给DSP单元。所以，信号转换的质量直接影响整个接收机。
上述相干接收机反馈控制方法，根据获得的反馈控制量调节TIA输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，以调节ADC采样前的模拟信号，使之最佳适应ADC的采集，让ADC采集到的有效信息量最大并更好的支撑后续DSP单元的处理，从而提高了相干接收性能，且实现时光路上用到的光器件结构简单，需要的光学特殊器件少，易实现。
如图3所示，为本发明相干接收机反馈控制方法实施例二的流程图，该方法包括：
步骤201、DSP单元接收经模数转换器转换后的数字信号；
步骤202、DSP单元根据该转换后的数字信号获得数字信号的均值和ADC量化中间值，得到数字信号均值和ADC量化中间值的差值，再得到该差值与该ADC量化中间值的比值；
上述ADC量化中间值就是ADC采样范围中值，即为ADC采样范围除以二；
步骤203、判断该比值是否大于设定阈值，若是，则执行步骤204，否则执行步骤205；
上述设定阈值可根据接收机的性能进行设置，同时该阈值的大小可根据需要进行调整；
步骤204、调节偏置T器件的直流量，并转向步骤202；
若上述比值大于该设定阈值，则调节偏置T器件的直流量，使得步骤202中的数字信号的均值发生变化，进而使得上述比值发生变化，若该比值大于设定阈值，则重复上述操作，直至该比值小于该设定阈值；
步骤205、调节本地激光器的驱动器和/或TIA的增益大小；
步骤206、判断误差函数是否报错，若是，则转向步骤205，否则，执行步骤207；
上述误差函数根据相干电处理算法获得；其反映的是TIA输出的信号的好坏，且该误差函数输出反馈控制的相关控制量信息，并有报错功能；若调节本地激光器的驱动器和/或TIA的增益大小，使得TIA输出的信号不好，则该误差函数会报错，需继续调节调节本地激光器的驱动器和/或TIA的增益大小，直至误差函数不报错；相干电处理算法内编写一种用于反馈控制用的误差函数。
步骤207、将调节后的信号输入模数转换器。
经过步骤201-206调节后的信号为在模数转换器采样范围内的最佳信号，即在ADC采样范围的中间位置，信号幅度符合模数转换器要求的最佳信号。
需要指出的是，上述判断步骤202-204和上述判断步骤205-206是两个并列的判断步骤，它们没有特定固定的顺序；
上述相干接收机反馈控制方法，ADC器件采集其前端输入的模拟信号，通过DSP单元计算信号的均值，用此均值去比较ADC的中间量化值得到一个差值，再用此差值除以ADC量化中间值，得到一个比值，然后将该比值与设定阈值进行比较，如果大于该阈值，则调节偏置T器件的直流输入分量，直到该比值小于阈值。调节好偏置T器件后，再调节激光器的驱动器来增加激光器的输出功率或是调节TIA的参数，从而在TIA输出端得到满足采集幅度的输出电平；输出电平大小的调节是根据DSP单元的某种专门的误差函数来处理，当误差函数报错时，继续调节激光器或TIA的增益大小，直到没有报错提示。此时，ADC采集到的模拟信号为最佳信号。
上述相干接收机反馈控制方法，通过检测信号输出与目标输出之间的差异，调节本地激光器的输出功率和/或TIA的增益大小改变本地光与信号光的耦合比来调节上述的差异使之达到最佳；通过调节偏置T器件的直流分量去偏置射频信号，使进入ADC前的模拟信号偏置在ADC的量化范围最佳位置处，从而让ADC采集到的有效信息量最大并更好的支撑后续DSP单元的处理，因而提高了相干接收性能；且上述方法无需昂贵的光学器件，仅需增加几个电器件即可实现。
如图4所示，为本发明相干接收机反馈控制装置实施例的结构示意图，该装置包括：获取模块11，用于接收经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；调节模块12，用于根据所述反馈控制量调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器前的模拟信号在模数转换器的采样范围内。
为了调节跨阻放大器输出的信号幅度，上述调节模块12可以包括：第一调节单元121，用于根据所述反馈控制量调节激光器的输出功率和波长；和/或，第二调节单元122，用于根据所述反馈控制量调节跨阻放大器的增益大小。
为了使进入ADC前的模拟信号为最佳信号，上述获取模块11可以包括：第一获取单元111，用于获得所述数字信号的均值和所述模数转换器的量化中间值；第二获取单元112，用于根据所述数字信号的均值和量化中间值获得差值和所述差值与所述量化中间值的比值；上述调节模块12可以包括：第一判断单元123，用于判断所述差值与量化中间值的比值是否大于设定阈值，若是，则调节偏置T器件的直流量，直至所述差值与量化中间值的比值小于设定阈值；否则，调用第一调节单元121调节激光器的输出功率和波长，和/或，调用第二调节单元122调节跨阻放大器的增益大小；第二判断单元124，用于判断误差函数是否报错，若是则执行所述调用第一调节单元121调节激光器的输出功率和波长，和/或，调用第二调节单元122调节跨阻放大器的增益大小，否则，确定进入模数转换器前的模拟信号在模数转换器的采样范围内。
其中，上述第一获取单元、第二获取单元、第一判断单元、第二判断单元、第一调节单元及第二调节单元之间通过互相交互获得进入模数转换器前的在模数转换器的采样范围内的最佳模拟信号的过程与本发明相干接收机反馈控制方法实施例的过程相同，在此不赘述。
另外，上述反馈处理装置可以位于数字信号处理单元中，且上述数字信号处理单元可以位于可编程逻辑器件或ASIC芯片中。
上述相干接收机反馈控制装置，通过调节模块根据获取模块获得的反馈控制量调节信号幅度和偏置T器件的直流量，以调节ADC采样前的模拟信号，使之最佳适应ADC的采集，让ADC采集到的有效信息量最大并更好的支撑后续DSP单元的处理，从而提高了相干接收性能，且实现时需要的光学特殊器件少，易实现。
如图5所示，为本发明相干接收机反馈控制系统实施例一的结构示意图，该系统包括数字信号处理单元1、模数转换器(ADC)2和跨阻放大器(TIA)，还包括偏置T器件4；其中，上述数字信号处理单元1，用于接收经模数转换器2转换后的数字信号，获得反馈控制量；并根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件4的直流量，直至进入模数转换器2前的模拟信号在模数转换器2的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件4串联后与所述模数转换器2连接；所述偏置T器件4，用于接收来自所述信号处理单元的反馈控制量，并输出调节后的偏置T器件的直流量量，以调节进入模数转换器的模拟信号；所述跨阻放大器，用于接收来自所述数字信号处理单元1的反馈控制量，并输出调节后的跨阻放大器的信号幅度，以调节进入模数转换器的模拟信号。
针对图5所示的系统，可通过调节跨阻放大器来调节跨阻放大器输出的信号幅度。其中，调节跨阻放大器具体是通过调节跨阻放大器的增益大小来实现的。
另外，上述系统还可以包括：激光器3，用于接收来自所述数字信号处理单元1的反馈控制量，并输出自身的功率和波长；双偏振光学混频器7，用于将所述激光器3输出的功率和波长转发至跨阻放大器，以调节进入模数转换器2的模拟信号；具体结构如图6所示。
针对图6所示的系统，可通过调节激光器调节跨阻放大器的输出信号，也可以通过调节激光器和跨阻放大器来调节跨阻放大器的输出信号。其中，调节跨阻放大器具体是通过调节跨阻放大器的增益大小来实现的。为了利用直流电平去偏置被采集的模拟信号，即抬高或降低被采集的模拟信号，上述相干接收机反馈控制系统还可以包括：数模转换器(DAC)5，用于接收来自数字信号处理单元1的反馈控制量，根据上述反馈控制量设置输出电平值，并将上述输出电平值以功率驱动方式加到偏置T器件4的直流引脚上。
其中，上述数字信号处理单元和模数转换器集成并固化在ASIC芯片中，上述激光器3位于激光器控制系统中，上述跨阻放大器位于平衡接收机中；同时，上述激光控制装置中还包括：驱动器6，用于接收来自数字信号处理单元1的反馈控制量，并根据上述反馈控制量驱动激光器3调节输出功率和波长。
另外，上述ASIC芯片通过控制端口去控制数模转换器与激光器的驱动器，上述控制端口可以为满足相关协议的控制总线，如两线式串行总线(Inter-Integrated Circuit，I2C)、串行外围设备接口(serial peripheralinterface，SPI)总线、串行数据总线(RS232)等。通过DSP的计算获得一个最佳的激光器输出功率值与波长值后，激光器控制系统通过改变内部相关电路来响应反馈的指令；最后使ADC前端的采集信号量幅度在一个最优的幅度上。同时，也可以直接通过控制平衡接收机内的TIA的增益大小来调节ADC前端的采集信号。上述偏置T器件或者类似装置的作用就是在交流信息上加入直流分量，从而去偏置RF信号。
由此可见，上述系统无需昂贵的光学器件，且仅增加几个电器件，且易实现；上述系统通过自适应调整过程，使进入ADC前的信号达到最优的ADC偏置电压和幅度范围，提高了相干接收系统的性能。
上述相干接收机反馈控制系统，通过数字信号处理单元根据获得的反馈控制量调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，以调节ADC采样前的模拟信号，使之最佳适应ADC的采集，让ADC采集到的有效信息量最大并更好的支撑后续DSP单元的处理，从而提高了相干接收性能；且该系统增加几个电器件，只需要的光学特殊器件少，易实现。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (14)
1.一种相干接收机反馈控制方法，其特征在于包括：
根据经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；
根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串联后与所述模数转换器连接。
2.根据权利要求1所述的相干接收机反馈控制方法，其特征在于所述根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度包括：
根据所述反馈控制量调节激光器的输出功率和波长；和/或，
根据所述反馈控制量调节跨阻放大器的增益大小。
3.根据权利要求1所述的相干接收机反馈控制方法，其特征在于所述获得反馈控制量包括：
获得所述数字信号的均值和所述模数转换器的量化中间值，根据所述数字信号的均值和量化中间值获得差值和所述差值与所述量化中间值的比值。
4.根据权利要求3所述的相干接收机反馈控制方法，其特征在于所述根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内包括：
判断所述差值与量化中间值的比值是否大于设定阈值，若是，则调节偏置T器件的直流量，直至所述差值与量化中间值的比值小于设定阈值；否则，调节激光器输出功率和波长，和/或，调节跨阻放大器的增益大小；
判断误差函数是否报错，若是则执行所述调节激光器输出功率和波长，和/或，调节跨阻放大器的增益大小，否则，确定进入模数转换器前的模拟信号在模数转换器的采样范围内。
5.一种相干接收机反馈控制装置，其特征在于包括：
获取模块，用于根据接收的经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；
调节模块，用于根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串联后与所述模数转换器连接。
6.根据权利要求5所述的相干接收机反馈控制装置，其特征在于所述调节模块包括：
第一调节单元，用于根据所述反馈控制量调节激光器的输出功率和波长；和/或，
第二调节单元，用于根据所述反馈控制量调节跨阻放大器的增益大小。
7.根据权利要求5所述的相干接收机反馈控制装置，其特征在于所述获取模块包括：
第一获取单元，用于获得所述数字信号的均值和所述模数转换器的量化中间值；
第二获取单元，用于根据所述数字信号的均值和量化中间值获得差值和所述差值与所述量化中间值的比值。
8.根据权利要求7所述的相干接收机反馈控制装置，其特征在于所述调节模块包括：
第一判断单元，用于判断所述差值与量化中间值的比值是否大于设定阈值，若是，则调节偏置T器件的直流量，直至所述差值与量化中间值的比值小于设定阈值；否则，调用第一调节单元调节激光器的输出功率和波长，和/或，调用第二调节单元调节跨阻放大器的增益大小；
第二判断单元，用于判断误差函数是否报错，若是则执行所述调用第一调节单元调节激光器的输出功率和波长，和/或，调用第二调节单元调节跨阻放大器的增益大小，否则，确定进入模数转换器前的模拟信号在模数转换器的采样范围内。
9.根据权利要求5-8任一所述的相干接收机反馈控制装置，其特征在于所述相干接收机反馈控制装置位于数字信号处理单元中，且所述数字信号处理单元位于可编程逻辑器件或ASIC芯片中。
10.一种相干接收机反馈控制系统，其特征在于包括：数字信号处理单元、模数转换器、跨阻放大器和偏置T器件；其中，
所述数字信号处理单元，用于接收经模数转换器转换后的数字信号，获得反馈控制量；并根据所述反馈控制量，调节跨阻放大器输出的信号幅度和偏置T器件的直流量，直至进入模数转换器的模拟信号在模数转换器的采样范围内，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串联后与所述模数转换器连接；
所述偏置T器件，用于接收来自所述数字信号处理单元的反馈控制量，并输出调节后的偏置T器件的直流量，以调节进入模数转换器的模拟信号；
所述跨阻放大器，用于接收来自所述数字信号处理单元的反馈控制量，并输出调节后的跨阻放大器的信号幅度，以调节进入模数转换器的模拟信号。
11.根据权利要求10所述的相干接收机反馈控制系统，其特征在于还包括：
激光器，用于接收来自所述数字信号处理单元的反馈控制量，并输出自身的功率和波长；
双偏振光学混频器，用于将所述激光器输出的功率和波长转发至跨阻放大器，以调节进入模数转换器的模拟信号。
12.根据权利要求10或11所述的相干接收机反馈控制系统，其特征在于还包括：
数模转换器，用于接收来自数字信号处理单元的反馈控制量，根据所述反馈控制量设置输出电平值，并将所述输出电平值以功率驱动方式加到所述偏置T器件的直流引脚上。
13.根据权利要求12所述的相干接收机反馈控制系统，其特征在于所述数字信号处理单元和模数转换器集成在ASIC芯片中，所述激光器位于激光器控制系统中，所述跨阻放大器位于平衡接收机中。
14.根据权利要求13所述的相干接收机反馈控制系统，其特征在于所述激光器控制系统中还包括：
驱动器，用于接收来自数字信号处理单元的反馈控制量，并根据所述反馈控制量驱动激光器调节输出的功率和波长。
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