CN108733112B - 电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法及系统，以发生变化时的信号曲线为基准测试曲线，依次确定基准测试曲线上所有工作点偏置电压信息，以基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，确定其他测试曲线功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制，使得偏置电压始终工作在线性区域的中点，本发明能够让偏置电压始终严格的工作在线性区域的中点，保证信号的线性调制。

Description

电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法及系统。

背景技术

近年来，电光调制技术作为光通信研究领域的一个重要分支，在国内外得到了飞速发展。当前的电光调制器实现信号线性调制的方法有两种，一种在电光调制器上加一个固定的直流偏置电压，其值为半波电压的一半，另一种在调制器电路中插入一个1/4波长的波片，称为光学偏置，这两种方法在受到环境温度的影响，以及高频连续波信号会出现晶体的电介质加热现象的影响，使得电光调制器的调制特性发生改变，从而静态工作点出现漂移，不在原来的位置，导致调制信号发生畸变，引起信号的失真。

在现有技术中，论文“电光调制器的自动增益和自动偏置控制系统”介绍了电光调制器的自动偏置控制部分的电光调制性能及实验效果。该论文所提出的偏置控制原理即是利用调制器的非线性产生一个小幅度扰动信号，这将使得偏置点的相位发生轻微的变化。这个扰动信号将会完整的反馈调制器的偏置点信息，然后经过环路后有反馈的电压对偏置电压积分电路进行积分，由此便能实现偏置点的稳定。在实验室环境下，模拟了当环境温度发生变化时，该偏置控制系统对电光调制器工作点的自动控制作用，验证了能够调制出符合要求的不失真的传输信号。

然而上述论文并未考虑在实际空间的恶劣温差变换环境条件下，其他因素对系统影响而导致通信质量下降的情况，另外，在噪声过大的因素的影响下，不能够提取出偏置电压信息。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法及系统，本发明解决了在任何因素影响下的偏置电压信息的提取问题以及在恶劣温差变换环境下的调制器工作点的控制问题，使得调制出符合要求的不失真的传输信号。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，以温度没有发生变化时的信号曲线为基准测试曲线，依次确定基准测试曲线上所有工作点偏置电压信息，以基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，确定其他测试曲线功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制，使得偏置电压始终工作在线性区域的中点。

具体包括以下步骤：

在温度没有发生变化的时候，测出一条信号曲线，作为基准测试曲线，初步定位信号曲线的所有峰值点和谷值点；

对初步定位的峰值点和谷值点进行筛选，定位出准确的峰值点和谷值点；

根据两个连续的峰值点和谷值点确定对应Q值，并确定最接近Q值的对应点作为工作点偏置电压信息，依次得到基准信号曲线上所有工作点偏置电压信息；

将基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，根据基准测试曲线的工作点所对应功率值确定新测曲线的功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制。

进一步的，在温度没有发生变化的时候，先测出一条信号曲线，作为基准测试曲线，利用双向移动平滑算法实现对信号曲线的噪声过滤。

进一步的，对处理完噪声的信号通过平移窗口求极值的方法，初步定位信号曲线的所有峰值点和谷值点。

进一步的，对初步定位的峰值点和谷值点进行筛选，在峰值区域中连续的峰值点取最大值点，舍去其周围其他峰值点，在谷值区域连续的谷值点取最小值点，舍去其周围其他谷值点，从而定位出准确的峰值点和谷值点。

进一步的，通过两个连续的峰值点和谷值点计算出数值Qvalue，与峰值点和谷值点之间的信号曲线上功率值相比较，找出最接近Qvalue的数值点作为工作点偏置电压信息，依次确定出信号曲线上所有的工作点偏置电压信息。

进一步的，根据新测曲线的偏置电压信息与基准曲线对应的横轴偏差，确定新测曲线工作点信息在受到温度变化影响时，所要设定的手动偏置电压的增量，依此来实现新测曲线的工作点信息在受到温度剧烈变化时，来实现对电光调制器上的偏置电压的控制，始终让其稳定在所设定的阈值范围。

一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪系统，运行于处理器上，被配置为执行以下指令：

以温度没有发生变化时的信号曲线为基准测试曲线，依次确定基准测试曲线上所有工作点偏置电压信息，以基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，确定其他测试曲线功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制，使得偏置电压始终工作在线性区域的中点。

所述电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪系统连接电光调制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明实现对电光调制器偏置工作电压的自动控制，当调制器的静态工作点因环境温度等因素发生漂移时，能及时的检测到，并根据变化情况对偏置电压进行控制，使工作点回到调制特性曲线的线性区中点，从而保证激光信号的线性调制。

2、本发明在噪声因素过大的情况下，偏置电压信息的提取速度和准确率比较高，另外在环境温度变化比较恶劣的情况下，能够让偏置电压始终严格的工作在线性区域的中点，保证信号的线性调制。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为测试出的基准信号曲线图；

图2为带有误判峰值和谷值点的基准测试曲线；

图3为局部放大后的带有误判点的曲线图；

图4为经过筛选后的峰值和谷值点的曲线图；

图5为基准曲线上准确的Quad+偏置信息；

图6为基准曲线上准确的Quad-偏置信息；

图7为基准曲线与新测曲线的示意图；

图8为40度高温条件下的工作点稳定性图；

图9为0度低温条件下的工作点稳定性图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术中指出的，电光调制特性会随环境温度的变化及高频连续信号电介质加热等原因发生变化，使得静态工作点偏离调制特性曲线的线性区中点，调制信号就会失真。现有技术并未考虑在实际空间的恶劣温差变换环境条件下，其他因素对系统影响而导致通信质量下降的情况，另外，在噪声过大的因素的影响下，不能够提取出偏置电压信息。

本发明提出的新的方法原理，其具体的步骤为：

1.首先，在温度没有发生变化的时候，先测出一条信号曲线，作为基准测试曲线，利用双向移动平滑算法实现对信号曲线的噪声过滤，去除掉信号曲线中比较明显的噪声“毛刺”(如图1所示)；

2.对第1步处理完噪声的信号通过平移窗口求极值的方法，初步定位信号曲线的所有峰值点和谷值点，因采集到的信号还会受到第1步未完全过滤掉的噪声影响，会产生一些误判的峰值点和谷值点，影响后续偏置电压信息的提取(如图2，3所示)；

3.结合信号实际情况，峰值点和谷值点应间隔存在，根据这一特性，对第2步中初步定位的峰值点和谷值点进行筛选，在峰值区域中连续的峰值点取最大值点，舍去其周围其他峰值点，在谷值区域连续的谷值点取最小值点，舍去其周围其他谷值点，从而定位出准确的峰值点和谷值点(如图4所示)。

4.根据第3步获得的峰值点和谷值点，通过两个连续的峰值点和谷值点计算出数值Qvalue，数值Qvalue为相应的峰值点和谷值点的平均值。

与峰值点和谷值点之间的信号曲线上功率值相比较，找出最接近Qvalue的数值点作为工作点偏置电压信息，依照此方法可以确定出信号曲线上所有的工作点偏置电压信息(即：Quad+偏置、Quad-偏置，如图5，6所示)。

5.对新测曲线分别按上述1,2,3,4步骤，计算新测曲线的工作点偏置电压信息。将基准测试曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，下发给硬件电路，同时根据基准测试曲线的工作点所对应功率值确定新测曲线的功率受环境温度影响所应在的阈值范围。根据新测曲线Quad+偏置或Quad-偏置与基准曲线Quad+偏置或Quad-偏置的对应的横轴偏差，来确定新测曲线工作点信息在受到温度变化影响时，所要设定的手动偏置电压的增量，依此来实现新测曲线的工作点信息在受到温度剧烈变化时，来实现对电光调制器上的偏置电压的控制，始终让其稳定在所设定的阈值范围，从而保证了工作点的稳定性(如图7,8,9所示)。

综上，本发明提出了电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪算法，实现对加在电光调制器上的偏置电压进行随时监测和控制，让其始终严格的工作在线性区域的中点，从而调制出符合要求的不失真的传输信号，确保激光通信的成功进行。

很好的解决了在任何因素影响下的偏置电压信息的提取问题以及在恶劣温差变换环境下的调制器工作点的控制问题，使得调制出符合要求的不失真的传输信号。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，其特征是：发生变化时的信号曲线为基准测试曲线，依次确定基准测试曲线上所有工作点偏置电压信息，以基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，确定其他测试曲线功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制，使得偏置电压始终工作在线性区域的中点；

在温度没有发生变化的时候，测出一条信号曲线，作为基准测试曲线，初步定位信号曲线的所有峰值点和谷值点；

对初步定位的峰值点和谷值点进行筛选，定位出准确的峰值点和谷值点；

根据两个连续的峰值点和谷值点确定对应Q值，并确定最接近Q值的对应点作为工作点偏置电压信息，依次得到基准信号曲线上所有工作点偏置电压信息；

将基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，根据基准测试曲线的工作点所对应功率值确定新测曲线的功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制。

2.如权利要求1所述的一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，其特征是：在温度没有发生变化的时候，先测出一条信号曲线，作为基准测试曲线，利用双向移动平滑算法实现对信号曲线的噪声过滤。

3.如权利要求1所述的一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，其特征是：对处理完噪声的信号通过平移窗口求极值的方法，初步定位信号曲线的所有峰值点和谷值点。

4.如权利要求1所述的一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，其特征是：对初步定位的峰值点和谷值点进行筛选，在峰值区域中连续的峰值点取最大值点，舍去其周围其他峰值点，在谷值区域连续的谷值点取最小值点，舍去其周围其他谷值点，从而定位出准确的峰值点和谷值点。

5.如权利要求1所述的一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，其特征是：通过两个连续的峰值点和谷值点计算出数值Qvalue，与峰值点和谷值点之间的信号曲线上功率值相比较，找出最接近Qvalue的数值点作为工作点偏置电压信息，依次确定出信号曲线上所有的工作点偏置电压信息。

6.如权利要求1所述的一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，其特征是：根据新测曲线的偏置电压信息与基准曲线对应的横轴偏差，确定新测曲线工作点信息在受到温度变化影响时，所要设定的手动偏置电压的增量。

7.如权利要求6所述的一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪方法，其特征是：依照确定的需要设定的手动偏置电压的增量来实现新测曲线的工作点信息在受到温度剧烈变化时，对电光调制器上的偏置电压的控制，始终让其稳定在所设定的阈值范围。

8.一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪系统，其特征是：运行于处理器上，被配置为执行以下指令：

以温度没有发生变化时的信号曲线为基准测试曲线，依次确定基准测试曲线上所有工作点偏置电压信息，以基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，确定其他测试曲线功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制，使得偏置电压始终工作在线性区域的中点；

在温度没有发生变化的时候，测出一条信号曲线，作为基准测试曲线，初步定位信号曲线的所有峰值点和谷值点；

对初步定位的峰值点和谷值点进行筛选，定位出准确的峰值点和谷值点；

根据两个连续的峰值点和谷值点确定对应Q值，并确定最接近Q值的对应点作为工作点偏置电压信息，依次得到基准信号曲线上所有工作点偏置电压信息；

将基准信号曲线的工作点偏置电压信息作为基准的手动偏置电压值，根据基准测试曲线的工作点所对应功率值确定新测曲线的功率受环境温度影响所应在的阈值范围，依照阈值范围进行控制。

9.如权利要求8所述的一种电光调制器工作点偏置检测及动态跟踪系统，其特征是：连接有电光调制器。