CN101909029B - Dqpsk调制器偏置点的控制方法和系统 - Google Patents

Dqpsk调制器偏置点的控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DQPSK调制器偏置点的控制方法和系统，其中，该DQPSK调制器偏置点的控制方法包括：通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置；和/或通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置。本发明解决了现有技术中的偏置点的控制较为复杂的问题，使得可以简便的实现DQPSK调制器的正确偏置。

Description

DQPSK调制器偏置点的控制方法和系统
技术领域
本发明涉及光传感领域，具体而言，涉及一种DQPSK调制器偏置点的控制方法和系统。
背景技术
近几年来，随着光传输系统速度的提高和容量的增大，以DQPSK为代表的光相位调制方法越来越受到业界的重视。DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying，差分正交相移键控调制)方法是以光信号前后码元的四个不同相位差来传输信息，因此其码元速度只有传统光幅度调制方法的一半，从而具有优越的色散和偏振模色散性能以及更高的频带利用率，更加适用于大容量、长距离的光传输系统。
在DQPSK调制系统中，需要通过铌酸锂调制器进行相位调制。而铌酸锂调制器由于自身材料的特性，其传输特性，或者说偏置点会随温度和应力发生变化，因此必须通过一定的方法来使铌酸锂调制器的偏置点相对稳定。
目前，常用的调制器的偏置点的控制方法是在DQPSK铌酸锂调制器的调制信号中加入多种频率的导频信号，然后从输出的调制信号中分离并分析这些导频信号或其差频信号的信息，从而控制偏置点的稳定。由于需要多个导频信号，使得控制环路复杂，同时导频信号本身意味着偏置点的稳定度有限。
发明内容
针对现有技术中的偏置点的控制较为复杂的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种DQPSK调制器偏置点的控制方法和系统，以解决上述问题至少之一。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种DQPSK调制器偏置点的控制方法，其包括：通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置；和/或通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置。
进一步地，通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置包括：步骤1：初始化当前的Q路偏置点的取值和当前的I路偏置点的取值；步骤2：固定上述当前的Q路偏置点的取值，调整上述当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大，将上述当前的I路偏置点的取值设置为上述调整后的I路偏置点的取值；步骤3：固定上述当前的I路偏置点的取值，调整上述当前的Q路偏置点的取值直到上述输出的光功率最大，将上述当前的Q路偏置点的取值设置为上述调整后的Q路偏置点的取值。
进一步地，通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置还包括：依次重复执行n次上述步骤2和上述步骤3，其中，n≥1。
进一步地，通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置包括：调整相位延迟单元偏置点的取值，直到射频信号功率最小。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种DQPSK调制器偏置点的控制系统，其包括：与模数转换器、数模转换器、宽带功率检测器和PIN管连接的处理单元，其中，上述处理单元用于通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置；和/或通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置。
进一步地，上述处理单元包括：初始化模块，用于初始化当前的Q路偏置点的取值和当前的I路偏置点的取值；第一调整模块，用于固定上述当前的Q路偏置点的取值，调整上述当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大，将上述当前的I路偏置点的取值设置为上述调整后的I路偏置点的取值；第二调整模块，用于固定上述当前的I路偏置点的取值，调整上述当前的Q路偏置点的取值直到上述输出的光功率最大，将上述当前的Q路偏置点的取值设置为上述调整后的Q路偏置点的取值。
进一步地，上述处理单元还包括：调度模块，与上述第一计算模块和上述第二计算模块相连，用于调度上述第一计算模块和上述第二计算模块重复执行调整上述当前的I路偏置点的取值的步骤和调整上述当前的Q路偏置点的取值的步骤。
进一步地，上述处理单元还包括：第三调整模块，用于调整相位延迟单元偏置点的取值，直到射频信号功率最小。
通过本发明，采用迭代计算的方式来得到I路和Q路的偏置点，解决了现有技术中的偏置点的控制较为复杂的问题，使得可以简便的实现DQPSK调制器的正确偏置，同时不受限于调制器本身设计。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的DQPSK铌酸锂调制器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的DQPSK调制器偏置点的控制方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的DQPSK调制器偏置点的控制系统的结构示意图；
图4是根据本发明实施例的DQPSK铌酸锂调制器偏置点控制系统的优选结构示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面以DQPSK铌酸锂调制器为例详细描述本发明的实施例，但本领域技术人员可以理解的是：本发明不仅限于此，还可以应用于其他的QPSK调制器，例如，MQPSK等。
DQPSK铌酸锂调制器包括两个DPSK(I/Q)调制单元和一个π/2移相单元。这三个偏置点的稳定度直接关系到整个DQPSK调制系统的性能。本发明的实施例提出了一种新型的DQPSK铌酸锂调制器I/Q两臂偏置点以及相位延迟单元偏置点的控制方法和装置。该方法通过采集和分析输出光信号功率实现I/Q两臂偏置点的稳定，并通过采集和分析输出光信号的射频信号功率，实现相位延迟单元偏置点的稳定。
首先，结合附图来描述DQPSK发射机基本原理。
DQPSK发射机基本原理是：驱动器将输入的高速数据信号放大，然后经DQPSK调制器进行相位调制得到DQPSK光信号，其中DQPSK铌酸锂调制器由两个M-Z型调制器按照M-Z结构组合而成。DQPSK发射机结构示意图如图1所示。
经过分析可以得出：
其中，vd，I，Vπ，I，φbI分别表示I路的调制信号，Vπ电压和偏置点；vd，Q，Vπ，Q，φbQ分别表示Q路的调制信号，Vπ电压和偏置点。表示相位延迟单元偏置点。
对于正确的DQPSK调制，需要将φbI、φbQ偏置在零点，偏置在点，因此为了得到高质量的DQPSK光信号，需要对DQPSK调制器偏置点进行可靠控制，使得φbI＝0，φbQ＝0，
由于输入数据是随机信号，则vd，I＝Vd，I和vd，I＝-Vd，I概率相同，vd，Q＝Vd，Q和vd，Q＝-Vd，Q概率相同，其中Vd，I，Vd，Q分别表示I路和Q路的调制幅度，令 根据公式(1)可得输出平均光强为，
如果保持Q路偏置点不动，调节I路偏置点φbI，则有cos2φmQsin2φbQ+sin2φmI+sin2φmQ为常数。根据DQPSK信号传输的要求，为了获取最好的传输性能，Vd，I需要等于Vπ，I。因此，一般的情况下，
则有即cos2φmI＜0，因此平均光强以φbI为变量存在最大值，取得最大值条件为：
同理可以得到，平均光强以φbQ为变量取得最大值的条件为：
设固定Q路偏置点，调节I路偏置点，使输出平均光功率最大为步骤①。设固定I路偏置点，调节Q路偏置点，使输出平均光功率最大为步骤②。依次重复n次(n≥1)步骤①和步骤②，得到的I、Q偏置点相位分别为 则有，
由式(5)、(6)可知，如果 在重复多次步骤①和步骤②后， 趋于偏置到0点。该条件等效于需要驱动器输出电压幅度Vd，I、Vd，Q满足：
0.61Vπ，I＜Vd，I＜1.39Vπ，I    (7)
0.61Vπ，Q＜Vd，Q＜1.39Vπ，Q    (8)
为了获取最好的传输性能，Vd，I、Vd，Q需要分别等于Vπ，I、Vπ，Q，因而一般情况下式(7)和式(8)可以满足。因此重复步骤①和步骤②一定次数，可以将I、Q两路偏置点稳定在零点。
由式(1)可知，在I、Q两路偏置点收敛到最低点且调制信号为±Vπ时，有
因此通过功率检测器检测到的射频信号功率正比于可见如果相位延迟单元正确偏置，则式(9)等于0。因此，本发明通过反馈控制使得式(9)最小，即可实现DQPSK相位延迟单元的正确偏置。
基于上述分析，下面将结合附图来详细描述根据本发明实施例的DQPSK调制器偏置点的控制方法。
图2是根据本发明实施例的DQPSK调制器偏置点的控制方法的流程图，其包括：
S202，通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置；和/或
S204，通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置。
具体的，通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置包括以下步骤：
步骤1：初始化当前的Q路偏置点的取值和当前的I路偏置点的取值；
步骤2：固定上述当前的Q路偏置点的取值，调整上述当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大，将上述当前的I路偏置点的取值设置为上述调整后的I路偏置点的取值；
步骤3：固定上述当前的I路偏置点的取值，调整上述当前的Q路偏置点的取值直到上述输出的光功率最大，将上述当前的Q路偏置点的取值设置为上述调整后的Q路偏置点的取值。
通过上述实施例，能够稳定、准确、快速的实现DQPSK调制器偏置点的稳定，同时不受限于调制器内置PD带宽，尤其对40G密集波分系统具有重要的意义。
优选的，根据本发明实施例的DQPSK调制器偏置点的控制方法还包括：重复执行n次所述步骤2和所述步骤3，其中，n≥1。
上述实施例采用迭代计算的方式来得到I路和Q路的偏置点，而不需要引入附加的导频信号，从而解决了现有技术中的偏置点的控制较为复杂的问题，使得可以快速的获取稳定的偏置点，简便的实现DQPSK调制器的正确偏置，同时不受限于调制器本身设计。
优选的，调整当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大包括：通过以下公式得到所述调整后的I路偏置点的取值：
其中，φbI表示I路偏置点的取值；φbQ表示Q路偏置点的取值；表示相位延迟单元偏置点的取值； Vd，I表示I路的调制信号，Vπ，I表示I路的Vπ电压，Vd，Q表示Q路的调制信号，Vπ，Q表示Q路的Vπ电压。
优选的，调整所述当前的Q路偏置点的取值直到所述输出的光功率最大包括：通过以下公式得到所述调整后的Q路偏置点的取值：
其中，φbI表示I路偏置点的取值；φbQ表示Q路偏置点的取值；表示相位延迟单元偏置点的取值； Vd，I表示I路的调制信号，Vπ，I表示I路的Vπ电压，vd，Q表示Q路的调制信号，Vπ，Q表示Q路的Vπ电压。
优选的，通过以下公式得到重复执行n次所述步骤2和所述步骤3之后的所述调整后的I路偏置点的取值和所述调整后的Q路偏置点的取值：
其中，φbI表示I路偏置点的取值；φbQ表示Q路偏置点的取值；表示相位延迟单元偏置点的取值； Vd，I表示I路的调制信号，Vπ，I表示I路的Vπ电压，Vd，Q表示Q路的调制信号，Vπ，Q表示Q路的Vπ电压，用于表示重复执行n次之后的φbI的sin取值，用于表示原始的φbQ的sin取值，用于表示重复执行n次之后的φbQ的sin取值。
优选的，通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置包括：调整相位延迟单元偏置点的取值，直到射频信号功率最小。通过这种方式，实现了相位延迟单元偏置点的快速稳定。
本发明还提供了一种DQPSK调制器偏置点的控制系统的实施例，如图3所示，其包括：与模数转换器302、数模转换器304、宽带功率检测器306和PIN管310连接的处理单元308，其中，所述处理单元308用于通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置；和/或通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置。优选的，上述模数转换器302、数模转换器304、宽带功率检测器306、PIN管310与处理单元308的连接关系可以参照图4中的DSP(处理单元)与模数转换器、数模转换器、宽带功率检测器和PIN管的连接关系。
通过上述实施例，能够稳定、准确、快速的实现DQPSK调制器偏置点的稳定，同时不受限于调制器内置PD带宽，尤其对40G密集波分系统具有重要的意义。
优选的，所述处理单元308包括：初始化模块3081，用于初始化当前的Q路偏置点的取值和当前的I路偏置点的取值；第一调整模块3082，用于固定所述当前的Q路偏置点的取值，调整所述当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大，将所述当前的I路偏置点的取值设置为所述调整后的I路偏置点的取值；第二调整模块3083，用于固定所述当前的I路偏置点的取值，调整所述当前的Q路偏置点的取值直到所述输出的光功率最大，将所述当前的Q路偏置点的取值设置为所述调整后的Q路偏置点的取值。
优选的，第一调整模块3082可以通过图2所示的方法实施例中的步骤和公式来调整所述当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大；第二调整模块3083可以通过图2所示的方法实施例中的步骤和公式来调整所述当前的Q路偏置点的取值直到输出的光功率最大，在此不再赘述。
优选的，所述处理单元308还包括：调度模块3084，与所述第一计算模块和所述第二计算模块相连，用于调度所述第一计算模块和所述第二计算模块重复执行调整所述当前的I路偏置点的取值的步骤和调整所述当前的Q路偏置点的取值的步骤。
上述实施例采用迭代计算的方式来得到I路和Q路的偏置点，而不需要引入附加的导频信号，从而解决了现有技术中的偏置点的控制较为复杂的问题，使得可以简便的实现DQPSK调制器的正确偏置，同时不受限于调制器本身设计。
优选的，所述处理单元308还包括：第三调整模块3085，用于调整相位延迟单元偏置点的取值，直到射频信号功率最小。
下面结合附图来描述一种优选的DQPSK调制器偏置点的控制系统。
如图4所示，从激光器400发出的光信号经过一个3dB耦合器1(401)后分为I和Q两路光。然后，I路光经过MZ调制器1(402A)后输出EIout，Q路光经过MZ调制器2(402B)后输出EQout，EIout和EQout分别经过和相位延迟单元(403A、403B)延时相位后，再经3dB耦合器2(404)合成利用高精度AD(406)将内置PD(405)探测的光功率信号采集进数字信号处理芯片DSP(411)，DSP依次调整I路和Q路偏置点反馈控制信号经DA(414B、414C)转换为模拟电压信号控制MZ调制器1(402A)和MZ调制器2(402B)的偏置点，使得输出平均光功率最大，经多次重复上述过程后，本发明最终可实现I和Q路偏置点稳定在DQPSK调制器特征曲线的最低点。Eout经5/95耦合器(407)输出和其中95％输出光用于最终DQPSK调制输出。而5％输出光经高速PIN管(408)进行光电转换，再经宽带功率检测器(409)检测输出调制信号一定带宽内的RF信号功率，然后利用高精度AD(410)将该功率采集进数字信号处理芯片DSP(411)，DSP调整相位延迟单元偏置点反馈控制信号经DA(412A)转换为模拟电压信号控制相位延迟单元(403A、403B)的偏置点，使得最终检测到得RF射频信号功率最小，即可实现DQPSK调制器的相位延迟单元的正确偏置。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种差分正交相移键控调制DQPSK调制器偏置点的控制方法，其特征在于，包括：
通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置；或者，
通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置，和通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置；
其中，通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置包括：步骤1：初始化当前的Q路偏置点的取值和当前的I路偏置点的取值；步骤2：固定所述当前的Q路偏置点的取值，调整所述当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大，将所述当前的I路偏置点的取值设置为所述调整后的I路偏置点的取值；步骤3：固定所述当前的I路偏置点的取值，调整所述当前的Q路偏置点的取值直到所述输出的光功率最大，将所述当前的Q路偏置点的取值设置为所述调整后的Q路偏置点的取值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置还包括：
依次重复执行n次所述步骤2和所述步骤3，其中，n≥1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大包括：通过以下公式得到所述调整后的I路偏置点的取值：
其中，φbI表示I路偏置点的取值；
φbQ表示Q路偏置点的取值；
表示相位延迟单元偏置点的取值；
Vd,I表示I路的调制信号，Vπ,I表示I路的Vπ电压，Vd,Q表示Q路的调制信号，Vπ,Q表示Q路的Vπ电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整所述当前的Q路偏置点的取值直到所述输出的光功率最大包括：通过以下公式得到所述调整后的Q路偏置点的取值：
其中，φbI表示I路偏置点的取值；
φbQ表示Q路偏置点的取值；
表示相位延迟单元偏置点的取值；
Vd,I表示I路的调制信号，Vπ,I表示I路的Vπ电压，Vd,Q表示Q路的调制信号，Vπ,Q表示Q路的Vπ电压。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下公式得到重复执行n次所述步骤2和所述步骤3之后的所述调整后的I路偏置点的取值和所述调整后的Q路偏置点的取值：
其中，φbI表示I路偏置点的取值；
φbQ表示Q路偏置点的取值；
表示相位延迟单元偏置点的取值；
Vd,I表示I路的调制信号，Vπ,I表示I路的Vπ电压，Vd,Q表示Q路的调制信号，Vπ,Q表示Q路的Vπ电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置包括：
调整相位延迟单元偏置点的取值，直到射频信号功率最小。
7.一种差分正交相移键控调制DQPSK调制器偏置点的控制系统，其特征在于，包括：与模数转换器、数模转换器、宽带功率检测器和PIN管连接的处理单元，其中，
所述处理单元用于通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置，并通过最小化射频信号功率来控制相位延迟单元偏置点正确偏置，或者，用于通过最大化平均输出光功率来控制I/Q两臂偏置点正确偏置；
其中，所述处理单元包括：初始化模块，用于初始化当前的Q路偏置点的取值和当前的I路偏置点的取值；第一调整模块，用于固定所述当前的Q路偏置点的取值，调整所述当前的I路偏置点的取值直到输出的光功率最大，将所述当前的I路偏置点的取值设置为所述调整后的I路偏置点的取值；第二调整模块，用于固定所述当前的I路偏置点的取值，调整所述当前的Q路偏置点的取值直到所述输出的光功率最大，将所述当前的Q路偏置点的取值设置为所述调整后的Q路偏置点的取值。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理单元还包括：
调度模块，与所述第一计算模块和所述第二计算模块相连，用于调度所述第一计算模块和所述第二计算模块重复执行调整所述当前的I路偏置点的取值的步骤和调整所述当前的Q路偏置点的取值的步骤。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理单元还包括：
第三调整模块，用于调整相位延迟单元偏置点的取值，直到射频信号功率最小。
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