CN109873671A - 一种频响特性不平衡的测量方法、光发射机及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种频响特性不平衡的测量方法，包括：产生相同的I路电信号和Q路电信号；产生光载波；根据所述I路电信号和所述Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号；发送所述I路光信号和所述Q路光信号到接收端，以使所述接收端对所述I路光信号和所述Q路光信号进行数字信号处理得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个所述频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。本发明提供一种光发射机和频响特性不平衡的测量系统。通过光发射机产生特定形式的相同的I路电信号和Q路电信号，对比光接收机I路和Q路电信号的幅度和相位获得频响特性不平衡的测量值，实现简单，无需设置额外的测量设备。

Description

一种频响特性不平衡的测量方法、光发射机及测量系统

技术领域

本发明涉及频响特性不平衡测量技术领域，尤其涉及一种频响特性不平衡的测量方法、光发射机及测量系统。

背景技术

相干光通信系统由于其抗色散性能好、接收机灵敏度高等优点，近几年来得到飞速发展。随着数字信号处理技术的进步，100Gbps偏分复用正交相移键控(QPSK)系统已经商用。为了进一步提高数据传输速率，正交幅度调制(QAM)将会是下一代光通信系统的首选调制方案。但是QAM信号对于设备的不理想特性比较敏感，容易受到发射机和接收机同相(I)和正交(Q)两路信号时延不匹配、幅度不匹配、以及光IQ调制器90度相位偏差的影响，导致接收机灵敏度降低。现有的测量方法如拍频方法需要额外的激光源和测量设备，实现复杂，实用性差。

发明内容

本发明实施例提供一种频响特性不平衡的测量方法，以解决现有技术的光发射机的频响特性不平衡的测量方法比较复杂，实用性差的问题。

本发明实施例提供一种光发射机，已解决现有技术的光发射机的频响特性不平衡的测量比较复杂，实用性差的问题。

本发明实施例提供一种频响特性不平衡的测量系统，以解决现有技术的光发射机的频响特性不平衡的测量方法比较复杂，实用性差的问题。

第一方面，提供一种频响特性不平衡的测量方法，用于光发射机，所述方法包括：产生相同的I路电信号和Q路电信号，所述I路电信号和所述Q路电信号不同时具有有效数据；其中，所述I路电信号为：所述Q电信号为：EI₁(t)表示I路电信号的电场强度，EQ₁(t)表示Q路电信号的电场强度，n是子载波编号，N是电信号中的子载波总数，ω是基频信号对应的角频率，t是时间系数，θ_n是编号为n的子载波对应的初始相位；产生光载波；根据所述I路电信号和所述Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号；发送所述I路光信号和所述Q路光信号到接收端，以使所述接收端对所述I路光信号和所述Q路光信号进行数字信号处理得到每个所述频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个所述频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

第二方面，提供一种光发射机，包括：信号发生器，用于产生相同的I路电信号和Q路电信号，所述I路电信号和所述Q路电信号不同时具有有效数据；其中，所述I路电信号为：所述Q电信号为：EI₁(t)表示I路电信号的电场强度，EQ₁(t)表示Q路电信号的电场强度，n是子载波编号，N是电信号中的子载波总数，ω是基频信号对应的角频率，t是时间系数，θ_n是编号为n的子载波对应的初始相位；激光器，用于产生光载波；光IQ调制器，用于根据所述I路电信号和所述Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号，并发送所述I路光信号和所述Q路光信号到接收端，以使所述接收端对所述I路光信号和所述Q路光信号进行数字信号处理得到每个所述频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个所述频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

第三方面，提供一种频响特性不平衡的测量系统，包括光接收机，所述系统还包括：上述的光发射机。

这样，本发明实施例中，通过产生特定形式的相同的I路电信号和Q路电信号，由于I和Q路对经过光发射机后相同的信号有不同的频率响应，因此，光发射机的幅度、相位不平衡可以通过对比接收端的I路和Q路信号的幅度和相位获得；此外，通过本发明实施例，可以通过直流处相位测量值只包含光IQ调制器90度相位偏差的原理，将光发射机的I路和Q路间的相频响应不平衡和光IQ调制器的90度相位偏差两个测量值区分，得到单独的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值；本发明实施例的方法简单方便，无需设置额外的测量设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的频响特性不平衡的测量方法；

图2(a)是本发明第一实施例的发送I路电信号和Q路电信号的时域示意图；

图2(b)是本发明第一实施例的发送I路电信号和Q路电信号的频域示意图；

图3是本发明第一实施例的和随频率变化的拟合曲线的示意图；

图4是本发明第二实施例的光发射机的结构框图；

图5是本发明第三实施例的单偏振态光发射机频响特性不平衡的测量系统的原理框图；

图6是本发明第四实施例的双偏振态光发射机频响特性不平衡的测量系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

光发射机发送I路光信号和Q路光信号到光接收机，由于光发射机的相位和幅度不平衡导致相干接收后每个频点处的幅度比和相位差发生变化，产生幅度不匹配和相位不平衡。其中，幅度不匹配指的是光发射机I路信号和Q路信号之间由于线缆物理结构的不对称导致不同频点处功率衰减不等。相位不平衡包括光发射机I路信号和Q路信号之间由于线缆长度不等导致时延进而引入的相位差和IQ调制器90度相位偏差。因此，光发射机的频响特性不平衡可以分别通过计算幅度比和相位差得到。

第一实施例

有鉴于此，本发明提供了一种频响特性不平衡的测量方法。该方法用于光发射机。如图1所示，该方法包括如下的步骤：

步骤S101：产生相同的I路电信号和Q路电信号。

其中，I路电信号为：

Q路电信号为：

其中，EI₁(t)表示I路电信号的电场强度，EQ₁(t)表示Q路电信号的电场强度，n是子载波编号，N是电信号中的子载波总数，ω是基频信号对应的角频率，t是时间系数，θ_n是编号为n的子载波对应的初始相位。

其中，I路电信号和Q路电信号为梳状谱信号。梳状谱信号包含有多个频率点，因此，发送一次I路电信号和Q路电信号以便光接收机获得多个频率点的数据，可提高测量的效率。

优选的，如图2(a)所示，I路电信号和Q路电信号的开始和结尾处均具有循环前缀。该循环前缀可去除符号间的干扰，以便光接收机对信号进行数字信号处理的过程中可通过去除循环前缀，将信号中的循环前缀之间的有效数据恢复得到。

其中，I路电信号和Q路电信号不同时具有有效数据，即I路电信号和Q路电信号在不同时间内分别具有有效数据。具体的可通过I路电信号和Q路电信号按照时间顺序分开发送来实现，即如图2(a)和(b)所示，在发送I路电信号时，Q路电信号全部填零；在发送Q路电信号时，I路电信号全部填零。一般的，I路电信号和Q路电信号的周期相同，因此，发送完一个周期的I路电信号后，紧接着发送Q路电信号，以此顺序不断重复发送可实现I路电信号和Q路电信号不同时具有有效数据。

相同的I路电信号和Q路电信号有不同的频率响应，因此，可用于得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

优选的，产生的I路电信号和Q路电信号为数字信号，通过数字模拟转换器处理后转换为模拟信号用于后续的步骤中。

步骤S102：产生光载波。

步骤S103：根据I路电信号和Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号。

具体的，通过光电转换后，I路光信号的包络形式为：

Q路光信号的包络形式为：

其中，ρ(t)是光发射机的激光器引入的相位噪声，k_n是在频率点nω处的幅频响应不平衡的测量值，是在频率点nω处的相频响应不平衡的测量值，ξ是光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

优选的，由于光发射机和光接收机均采用相同的激光器，因此，不需要考虑频偏的影响，并且I路光信号和Q路光信号的持续时间较短，认为在I路光信号和Q路光信号的持续时间段内线宽导致的相位不发生变化，即可以认为光发射机的激光器引入的相位噪声ρ(t)为常数。

步骤S104：发送I路光信号和Q路光信号到接收端，以使接收端对I路光信号和Q路光信号进行数字信号处理得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

具体的，接收端为光接收机。当光接收机相干接收到光信号后，可通过信号转换将光信号转换为电信号，再对电信号进行数字信号处理得到。

因为，ρ(t)为常数，令ρ(t)＝ρ₀，则具体的，光接收机将I路光信号和Q路光信号转换为光接收机的I路电信号和Q路电信号后，光接收机的I路电信号为：

光接收机的Q路电信号为：

光接收机进行数字信号处理得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值的具体过程如下：

第一步：将光接收机转换后的I路电信号和Q路电信号进行符号同步处理。

第二步：去除同步处理后的光接收机转换后的I路电信号和Q路电信号中的循环前缀。

第三步：将去除循环前缀后的光接收机转换后的I路电信号和Q路电信号通过快速傅里叶变换从时域信号转换为频域信号，得到I路频域信号和Q路频域信号。

第四步：从I路频域信号和Q路频域信号中提取频率点nω处的I路频域信号和Q路频域信号。

其中，频率点nω处的I路频域信号为：

频率点nω处的Q路频域信号为：

第五步：采用得到频率点nω处的幅频响应不平衡的测量值。

通过将S_Q和S_I分别取模运算后求商可得到频率点nω处的Q路信号相对于I路信号的幅度比，即频率点nω处的幅频响应不平衡的测量值。

第六步：采用得到对获取的N个进行拟合得到随频率变化的曲线，根据曲线，当频率为0时得到光IQ调制器的90度相位偏差的测量值ξ。

该曲线如图3所示。通过直流处相位测量值只包含光IQ调制器90度相位偏差的原理，当频率为0时得到光IQ调制器的90度相位偏差的测量值ξ。

第七步：根据和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值ξ得到频率点nω处的相频响应不平衡的测量值

如图3所示，可得到随频率变化的曲线，从而可获得每一频率点的

通过上述的光接收机的数字信号处理过程最终得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

综上，本发明第一实施例的方法，通过产生特定形式的相同的I路电信号和Q路电信号，由于I和Q路对经过光发射机后相同的信号有不同的频率响应，因此，光发射机的幅度、相位不平衡可以通过对比接收端的I路和Q路信号的幅度和相位获得；此外，通过本发明实施例的方法，可以通过直流处相位测量值只包含光IQ调制器90度相位偏差的原理，将光发射机的I路和Q路间的相频响应不平衡和光IQ调制器的90度相位偏差两个测量值区分，得到单独的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值；本发明实施例的方法简单方便，无需设置额外的测量设备。

第二实施例

本发明第二实施例提供了一种光发射机，能实现上述实施例中的频响特性不平衡的测量方法的细节，并达到相同的效果。如图4所示，该光发射机包括如下的结构：

信号发生器401，用于产生相同的I路电信号和Q路电信号。

其中，I路信号为：

Q路电信号为：

EI₁(t)表示I路信号的电场强度，EQ₁(t)表示Q路信号的电场强度，n是子载波编号，N是电信号中的子载波总数，ω是基频信号对应的角频率，t是时间系数，θ_n是编号为n的子载波对应的初始相位。

其中，I路电信号和Q路电信号为梳状谱信号。梳状谱信号包含有多个频率点，因此，发送一次I路电信号和Q路电信号以便光接收机获得多个频率点的数据，可提高测量的效率。

优选的，I路电信号和Q路电信号的开始和结尾处均具有循环前缀。该循环前缀可去除符号间的干扰，以便光接收机对信号进行数字信号处理的过程中可通过去除循环前缀，将信号中的循环前缀之间的有效数据恢复得到。

其中，I路电信号和Q路电信号不同时具有有效数据。具体的可通过I路电信号和Q路电信号按照时间顺序分开发送来实现。

激光器403，用于产生光载波。

光IQ调制器402，用于根据I路电信号和Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号，并发送I路光信号和Q路光信号到接收端，以使接收端对I路光信号和Q路光信号进行数字信号处理得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

具体的，I路光信号的包络形式为：

Q路光信号的包络形式为：

其中，ρ(t)是光发射机的激光器引入的相位噪声，k_n是在频率点nω处的幅频响应不平衡的测量值，是在频率点nω处的相频响应不平衡的测量值，ξ是光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

优选的，由于光发射机和光接收机均采用相同的激光器，因此，不需要考虑频偏的影响，并且I路光信号和Q路光信号的持续时间较短，认为在I路光信号和Q路光信号的持续时间段内线宽导致的相位不发生变化，即可以认为光发射机的激光器引入的相位噪声ρ(t)为常数。

具体的，接收端为光接收机。当光接收机相干接收到光信号后，可通过信号转换将光信号转换为电信号，再对电信号进行数字信号处理得到。光接收机处理的过程与前述实施例相同，在此不再赘述。

综上，本发明第二实施例的光发射机，通过产生特定形式的相同的I路电信号和Q路电信号，由于I和Q路对经过光发射机后相同的信号有不同的频率响应，因此，光发射机的幅度、相位不平衡可以通过对比接收端的I路和Q路信号的幅度和相位获得；此外，可以通过直流处相位测量值只包含光IQ调制器90度相位偏差的原理，将光发射机的I路和Q路间的相频响应不平衡和光IQ调制器的90度相位偏差两个测量值区分，得到单独的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值；本发明实施例简单方便，无需设置额外的测量设备。

第三实施例

本发明第三实施例提供了一种频响特性不平衡的测量系统。该系统包括上述第二实施例的光发射机以及光接收机。

优选的，该频响特性不平衡的测量系统的光发射机为单偏振态光发射机。

如图5所示，为本发明第三实施例的单偏振态光发射机频响特性不平衡的测量系统的原理框图。该优选实施例包括光发射机51和光接收机52。

其中，光发射机51包括：第一数字信号处理器511，用于产生数字信号形式的I路电信号和Q路电信号。第一数字模拟转换器512，用于将数字信号形式的I路电信号和Q路电信号转换为模拟信号形式的I路电信号和Q路电信号。激光器513，用于产生光载波。光IQ调制器514，用于根据I路电信号和Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号并将调制后的I路光信号和Q路光信号发送到光接收机52。

光接收机52包括：光混频器521，用于将接收的光信号混频。光电转换器522，用于将接收的光信号转换为模拟信号形式的电信号。模拟数字转换器523，用于将模拟信号形式的电信号转换为数字信号形式的电信号。第二数字信号处理器524，用于通过数字信号处理的方式处理数字信号形式的电信号。

综上，通过上述的单偏振态光发射机频响特性不平衡的测量系统可利用本发明实施例的频响特性不平衡的测量方法测量得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值，无需设置额外的设备。

第四实施例

本发明第四实施例提供了一种频响特性不平衡的测量系统。该系统包括第二实施例的光发射机以及光接收机。

优选的，该频响特性不平衡的测量系统的光发射机为双偏振态光发射机。

如图6所示，为本发明第四实施例的双偏振态光发射机频响特性不平衡的测量系统的原理框图。该优选实施例包括光发射机61和光接收机62。

其中，光发射机61包括：第一数字信号处理器611，用于产生数字信号形式的I路电信号和Q路电信号。第一数字模拟转换器612，用于将数字信号形式的I路电信号和Q路电信号转换为模拟信号形式的I路电信号和Q路电信号。激光器613，用于产生光载波。第一偏振分束器615，用于将光波分离为两个偏振分量传输。光IQ调制器614，用于根据I路电信号和Q路电信号调制光波得到I路光信号和Q路光信号。偏振合束器616，用于将两个偏振分量合波并输出到一根光纤中传输。

光接收机62包括：第二偏振分束器625，用于将光载波分离为两个偏振分量传输。光混频器626，用于将接收的光信号与光载波混频。光电转换器622，用于将接收的光信号转换为模拟信号形式的电信号。模拟数字转换器623，用于将模拟信号形式的电信号转换为数字信号形式的电信号。第二数字信号处理器624，用于通过数字信号处理的方式处理数字信号形式的电信号。

综上，通过上述的双偏振态光发射机频响特性不平衡的测量系统可利用本发明实施例的频响特性不平衡的测量方法测量得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值，无需设置额外的设备。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种频响特性不平衡的测量方法，用于光发射机，其特征在于，所述方法包括：

产生相同的I路电信号和Q路电信号，所述I路电信号和所述Q路电信号不同时具有有效数据；其中，

所述I路电信号为：

所述Q电信号为：

EI₁(t)表示I路电信号的电场强度，EQ₁(t)表示Q路电信号的电场强度，n是子载波编号，N是电信号中的子载波总数，ω是基频信号对应的角频率，t是时间系数，θ_n是编号为n的子载波对应的初始相位；

产生光载波；

根据所述I路电信号和所述Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号；

发送所述I路光信号和所述Q路光信号到接收端，以使所述接收端对所述I路光信号和所述Q路光信号进行数字信号处理得到每个所述频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个所述频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述I路光信号的包络形式为：

所述Q路光信号的包络形式为：

其中，ρ(t)是所述光发射机的激光器引入的相位噪声，k_n是在频率点nω处的幅频响应不平衡的测量值，是在频率点nω处的相频响应不平衡的测量值，ξ是光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述光发射机的激光器引入的相位噪声ρ(t)为常数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述I路电信号和所述Q路电信号为梳状谱信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述I路电信号和所述Q路电信号的开始和结尾处均具有循环前缀。

6.一种光发射机，其特征在于，包括：

信号发生器，用于产生相同的I路电信号和Q路电信号，所述I路电信号和所述Q路电信号不同时具有有效数据，其中，

所述I路电信号为：

所述Q电信号为：

EI₁(t)表示I路电信号的电场强度，EQ₁(t)表示Q路电信号的电场强度，n是子载波编号，N是电信号中的子载波总数，ω是基频信号对应的角频率，t是时间系数，θ_n是编号为n的子载波对应的初始相位；

激光器，用于产生光载波；

光IQ调制器，用于根据所述I路电信号和所述Q路电信号调制光载波得到I路光信号和Q路光信号，并发送所述I路光信号和所述Q路光信号到接收端，以使所述接收端对所述I路光信号和所述Q路光信号进行数字信号处理得到每个频率点的幅频响应不平衡的测量值、每个所述频率点的相频响应不平衡的测量值和光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

7.根据权利要求6所述的光发射机，其特征在于：

所述I路光信号的包络形式为：

所述Q路光信号的包络形式为：

其中，ρ(t)是所述光发射机的激光器引入的相位噪声，k_n是在频率点nω处的幅频响应不平衡的测量值，是在频率点nω处的相频响应不平衡的测量值，ξ是光IQ调制器的90度相位偏差的测量值。

8.根据权利要求7所述的光发射机，其特征在于：所述光发射机的激光器引入的相位噪声ρ(t)为常数。

9.根据权利要求6所述的光发射机，其特征在于：所述I路电信号和所述Q路电信号为梳状谱信号。

10.根据权利要求6所述的光发射机，其特征在于：所述I路电信号和所述Q路电信号的开始和结尾处均具有循环前缀。

11.一种频响特性不平衡的测量系统，包括光接收机，其特征在于，所述系统还包括：如权利要求6～10任一项所述的光发射机。