CN112910563B - 信号产生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种信号产生装置及方法，应用于通信技术领域，包括：光源，用于产生光载波，两个微波源，每个微波源均用于输出连续单频微波信号，两个脉冲信号产生器，每个脉冲信号产生器均用于产生电学编码脉冲信号，两通道直流电压源，每个通道均输出稳定的直流电压，用于给双驱动双偏振马赫曾德尔调制器提供偏置电压，双偏振双驱动马赫曾德尔调制器，用于利用连续单频微波信号、电学编码脉冲信号和偏置电压，调制光载波，得到光信号，光信号包括射频‑幅移键控信号、射频‑频移键控信号、射频‑四阶幅度调制信号、射频‑二进制相移键控信号、射频‑二进制相移键控脉冲信号、射频‑四进制相移键控信号、射频‑多载频相移键控信号中的至少一种。

Description

信号产生装置及方法
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号产生装置及方法。
背景技术
随着各种民用和军用系统的飞速发展，对数模联合调控微波信号提出了新要求，例如更高的频率，更大的频率调节范围和更宽的信号带宽。使用常规的电学方法很难满足这些要求，微波光子学借助光子技术所提供的大带宽和高载频，是解决这些问题的有效方法。
然而，这些系统大多仅能产生某单一类型的微波信号，因此，迫切需要构建一种结构简单且可重构性高的能够同时产生多种类型数模联合调控微波信号的装置。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种信号产生装置及方法，可产生多种类型的微波信号。
为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种信号产生装置，包括：
一光源，用于产生光载波；
两个微波源，每个所述微波源均用于输出连续单频微波信号；
两个脉冲信号产生器，每个所述脉冲信号产生器均用于产生电学编码脉冲信号；
一两通道直流电压源，每个通道均输出稳定的直流电压，用于给双驱动双偏振马赫曾德尔调制器的两个偏振态上的子马赫曾德尔调制器提供偏置电压；
一双偏振双驱动马赫曾德尔调制器，用于利用所述连续单频微波信号、所述电学编码脉冲信号和所述偏置电压，调制所述光载波，得到光信号，所述光信号包括射频-幅移键控信号、射频-频移键控信号、射频-四阶幅度调制信号、射频-二进制相移键控信号、射频-二进制相移键控脉冲信号、射频-四进制相移键控信号、射频-多载频相移键控信号中的至少一种。
可选的，所述光源、所述微波源和所述脉冲信号产生器均包括一输出端，所述两通道直流电压源包括两个输出端，所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器包括一光输入端，四个射频信号输入端，两个直流偏置电压输入端；
所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器的所述光输入端与所述光源的输出端相连，所述四个射频信号输入端分别与所述两个微波源和所述两个脉冲信号产生器的输出端一一相连，所述两个直流偏置电压输入端分别与所述两通道直流电压源的两个输出端一一相连。
可选的，所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器包括两个垂直偏振态的子马赫曾德尔调制器，每个子马赫曾德尔调制器包括两个射频输入端以及一个直流偏置电压输入端。
可选的，所述装置还包括光电探测器，所述光电探测器用于将所述光信号转化为微波信号。
可选的，所述光电探测器包括一输入端；
所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器还包括一输出端，所述一输出端与所述光电探测器的输入端相连。
可选的，所述光源为半导体激光器。
可选的，所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管。
本申请实施例第二方面提供一种信号产生方法，利用如第一方面所述的装置实现，包括：
产生光信号，以及，两个连续单频微波信号和两个电学编码脉冲信号；
接收所述光信号，以及，所述两个连续单频微波信号和两个电学编码脉冲信号；
给双驱动双偏振马赫曾德尔调制器的两个偏振态上的子马赫曾德尔调制器提供偏置电压；
根据所述两个连续单频微波信号、所述两个电学编码脉冲信号和所述两个偏置电压，利用双驱动双偏振马赫曾德尔调制器调制所述光载波，得到光信号，所述光信号包括射频-幅移键控信号、射频-频移键控信号、射频-四阶幅度调制信号、射频-二进制相移键控信号、射频-二进制相移键控脉冲信号、射频-四进制相移键控信号、射频-多载频相移键控信号中的至少一种。
可选的，所述方法还包括：
将所述光信号转化为微波信号。
从上述本申请实施例可知，通过单频微波信号和电学编码脉冲信号的格式及偏置电压，利用双驱动双偏振马赫曾德尔调制器实现不同调制状态，可实现7种不同的数模联合调控的微波信号产生，包括射频-幅移键控信号(RF-ASK)、射频-频移键控信号(RF-FSK)、射频-四阶幅度调制信号(RF-PAM4)、射频-二进制相移键控信号(RF-BPSK)、射频-二进制相移键控脉冲信号(RF-BPSK pulse)、射频-四进制相移键控信号(RF-QPSK)、射频-多载频相移键控信号(RF-multi-frequency PSK)，系统结构简单，并具有很强的可重构性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的信号产生装置的结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的双偏振双驱动马赫曾德尔调制器的结构示意图；
图3为本申请一实施例提供的信号产生方法的流程示意图。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本中请一实施例提供的信号产生装置的结构示意图，该信号产生装置包括：
一光源1，用于产生光载波；
两个微波源2和4，微波源2和4均用于输出连续单频微波信号；
两个脉冲信号产生器3和5，脉冲信号产生器3和5均用于产生电学编码脉冲信号；
一两通道直流电压源6，每个通道均输出稳定的直流电压，用于给双驱动双偏振马赫曾德尔调制器7的两个偏振态上的子马赫曾德尔调制器提供偏置电压；
一双偏振双驱动马赫曾德尔调制器7，用于利用所述连续单频微波信号、所述电学编码脉冲信号和所述偏置电压，调制所述光载波，得到光信号，所述光信号包括射频-幅移键控信号(RF-ASK)、射频-频移键控信号(RF-FSK)、射频-四阶幅度调制信号(RF-PAM4)、射频-二进制相移键控信号(RF-BPSK)、射频-二进制相移键控脉冲信号(RF-BPSK pulse)、射频-四进制相移键控信号(RF-QPSK)、射频-多载频相移键控信号(RF-multi-frequencyPSK)中的至少一种。
光源1、微波源2、4和所述脉冲信号产生器3、5均包括一输出端，所述两通道直流电压源6包括两个输出端，所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器7包括一光输入端，四个射频信号输入端，两个直流偏置电压输入端；
所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器7的所述光输入端与所述光源1的输出端相连，所述四个射频信号输入端分别与所述两个微波源2、4和所述两个脉冲信号产生器3、5的输出端一一相连，所述两个直流偏置电压输入端分别与所述两通道直流电压源6的两个输出端一一相连。
请参阅图2，图2为本申请一实施例提供的双偏振双驱动马赫曾德尔调制器的结构示意图，双偏振双驱动马赫曾德尔调制器7包括两个垂直偏振态的子马赫曾德尔调制器x-MZM和y-MZM，每个子马赫曾德尔调制器包括两个射频输入端以及一个直流偏置电压输入端。四个射频信号输入端为RF1、RF2、RF3、RF4，两个直流偏置电压输入端a、b，如图2所示，子马赫曾德尔调制器x-MZM，具有射频信号输入端RF1、射频信号输入端RF2和直流偏置电压输入端a，子马赫曾德尔调制器y-MZM具有射频信号输入端RF3、射频信号输入端RF4和直流偏置电压输入端b。
以下表1为双偏振双驱动马赫曾德尔调制器7在产生不同光信号(数模调控微波信号)时所加载的射频信号格式和直流偏置电压引入相移的设置状态。可见，简单地改变调制器所加载信号的格式及直流偏置电压，该系统便可产生多达7种的不同格式的数模调控微波信号，包括RF-ASK、RF-FSK、RF-PAM4、RF-BPSK、RF-BPSK pulse、RF-QPSK、RF-multi-frequency PSK，并且系统结构简单，可重构性强。
表1
Figure BDA0002915742200000051
Figure BDA0002915742200000061
Figure BDA0002915742200000071
在本公开其中一个实施例中，所述装置还包括光电探测器8，所述光电探测器8用于将所述光信号转化为微波信号。
光电探测器8包括一输入端，双偏振双驱动马赫曾德尔调制器7还包括一输出端，所述一输出端与所述光电探测器8的输入端相连。
在本公开其中一个实施例中，所述光源1为半导体激光器。
在本公开其中一个实施例中，所述光电探测器8为光电二极管或光电倍增管，将光信号转换成微波信号，产生多种格式的数模调控微波信号。
请参阅图3，图3为本申请一实施例提供的信号产生方法的流程示意图，该方法可利用如图1和图2所示的信号产生装置实现，该方法主要包括以下步骤：
S301、产生光信号，以及，两个连续单频微波信号和两个电学编码脉冲信号；
S302、接收所述光信号，以及，所述两个连续单频微波信号和两个电学编码脉冲信号
S303、给双驱动双偏振马赫曾德尔调制器的两个偏振态上的子马赫曾德尔调制器提供偏置电压；
S304、根据所述两个连续单频微波信号、所述两个电学编码脉冲信号和所述两个偏置电压，利用双驱动双偏振马赫曾德尔调制器调制所述光载波，得到光信号，所述光信号包括射频-幅移键控信号、射频-频移键控信号、射频-四阶幅度调制信号、射频-二进制相移键控信号、射频-二进制相移键控脉冲信号、射频-四进制相移键控信号、射频-多载频相移键控信号中的至少一种。
在本公开其中一个实施例中，该方法还包括：将所述光信号转化为微波信号。
本发明具有以下有益效果：利用双驱动双偏振马赫曾德尔调制器实现不同调制状态，通过调节所加载的单频微波信号和电学编码脉冲信号的格式及偏置电压，可实现7种不同的数模联合调控的微波信号产生，包括射频-幅移键控信号(RF-ASK)、射频-频移键控信号(RF-FSK)、射频-四阶幅度调制信号(RF-PAM4)、射频-二进制相移键控信号(RF-BPSK)、射频-二进制相移键控脉冲信号(RF-BPSK pulse)、射频-四进制相移键控信号(RF-QPSK)、射频-多载频相移键控信号(RF-multi-frequency PSK)，系统结构简单，并具有很强的可重构性。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的一种信号产生装置及方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种信号产生装置，其特征在于，包括：
一光源，用于产生光载波；
两个微波源，每个所述微波源均用于输出连续单频微波信号；
两个脉冲信号产生器，每个所述脉冲信号产生器均用于产生电学编码脉冲信号；
一两通道直流电压源，每个通道均输出稳定的直流电压，用于给双驱动双偏振马赫曾德尔调制器的两个偏振态上的子马赫曾德尔调制器提供偏置电压；
一双偏振双驱动马赫曾德尔调制器，用于改变所述连续单频微波信号和所述电学编码脉冲信号的信号格式和设置所述偏置电压引入相移的状态，调制所述光载波，得到光信号，所述光信号包括射频-幅移键控信号、射频-频移键控信号、射频-四阶幅度调制信号、射频-二进制相移键控信号、射频-二进制相移键控脉冲信号、射频-四进制相移键控信号、射频-多载频相移键控信号中的至少一种；
双偏振双驱动马赫曾德尔调制器包括两个垂直偏振态的子马赫曾德尔调制器x-MZM和y-MZM，子马赫曾德尔调制器x-MZM具有射频信号输入端RF1、射频信号输入端RF2和直流偏置电压输入端为a，子马赫曾德尔调制器y-MZM具有射频信号输入端RF3、射频信号输入端RF4和直流偏置电压输入端b；
在所述光信号为射频-幅移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0,Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Null，RF4：Null，a端口相移
Figure FDA0004088381750000011
0，b端口相移
Figure FDA0004088381750000012
π；
在所述光信号为射频-频移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0,Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Null，RF4：Null，a端口相移
Figure FDA0004088381750000021
b端口相移
Figure FDA0004088381750000022
在所述光信号为射频-四阶幅度调制信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0,Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Vs2S2(t)＝0,Vπ/6，RF4：V1cos(ω1t)，a端口相移
Figure FDA0004088381750000023
b端口相移
Figure FDA0004088381750000024
在所述光信号为射频-二进制相移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：
Figure FDA0004088381750000025
RF4：V1sin(ω1t)，端口相移
Figure FDA0004088381750000026
b端口相移
Figure FDA0004088381750000027
在所述光信号为射频-二进制相移键控脉冲信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0，Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：
Figure FDA0004088381750000028
RF4：V1sin(ω1t)，a端口相移
Figure FDA0004088381750000029
b端口相移
Figure FDA00040883817500000210
在所述光信号为射频-四进制相移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Vs2S2(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF4：V1sin(ω1t)，a端口相移
Figure FDA00040883817500000211
b端口相移
Figure FDA00040883817500000212
在所述光信号为射频-多载频相移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Vs2S2(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF4：V2cos(ω2t)，a端口相移
Figure FDA00040883817500000213
b端口相移
Figure FDA00040883817500000214
2.根据权利要求1所述的信号产生装置，其特征在于，
所述光源、所述微波源和所述脉冲信号产生器均包括一输出端，所述两通道直流电压源包括两个输出端，所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器包括一光输入端，四个射频信号输入端，两个直流偏置电压输入端；
所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器的所述光输入端与所述光源的输出端相连，所述四个射频信号输入端分别与所述两个微波源和所述两个脉冲信号产生器的输出端一一相连，所述两个直流偏置电压输入端分别与所述两通道直流电压源的两个输出端一一相连。
3.根据权利要求2所述的信号产生装置，其特征在于，所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器包括两个垂直偏振态的子马赫曾德尔调制器，每个子马赫曾德尔调制器包括两个射频输入端以及一个直流偏置电压输入端。
4.根据权利要求3所述的信号产生装置，其特征在于，所述装置还包括光电探测器，所述光电探测器用于将所述光信号转化为微波信号。
5.根据权利要求4所述的微波信号产生装置，其特征在于，所述光电探测器包括一输入端；
所述双偏振双驱动马赫曾德尔调制器还包括一输出端，所述一输出端与所述光电探测器的输入端相连。
6.根据权利要求3所述的信号产生装置，其特征在于，所述光源为半导体激光器。
7.根据权利要求4所述的信号产生装置，其特征在于，所述光电探测器为光电二极管或光电倍增管。
8.一种信号产生方法，利用如权利要求1至7任意一项所述的装置实现，其特征在于，包括：
产生光信号，以及，两个连续单频微波信号和两个电学编码脉冲信号；
接收所述光信号，以及，所述两个连续单频微波信号和两个电学编码脉冲信号；
给双驱动双偏振马赫曾德尔调制器的两个偏振态上的子马赫曾德尔调制器提供偏置电压；
改变所述两个连续单频微波信号和所述两个电学编码脉冲信号的信号格式和设置所述两个偏置电压引入相移的设置状态，利用双驱动双偏振马赫曾德尔调制器调制所述光载波，得到光信号，所述光信号包括射频-幅移键控信号、射频-频移键控信号、射频-四阶幅度调制信号、射频-二进制相移键控信号、射频-二进制相移键控脉冲信号、射频-四进制相移键控信号、射频-多载频相移键控信号中的至少一种；
双偏振双驱动马赫曾德尔调制器包括两个垂直偏振态的子马赫曾德尔调制器x-MZM和y-MZM，子马赫曾德尔调制器x-MZM具有射频信号输入端RF1、射频信号输入端RF2和直流偏置电压输入端为a，子马赫曾德尔调制器y-MZM具有射频信号输入端RF3、射频信号输入端RF4和直流偏置电压输入端b；
在所述光信号为射频-幅移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0,Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Null，RF4：Null，a端口相移
Figure FDA0004088381750000041
b端口相移
Figure FDA0004088381750000042
在所述光信号为射频-频移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0,Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Null，RF4：Null，a端口相移
Figure FDA0004088381750000043
b端口相移
Figure FDA0004088381750000044
在所述光信号为射频-四阶幅度调制信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0,Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Vs2S2(t)＝0,Vπ/6，RF4：V1cos(ω1t)，a端口相移
Figure FDA0004088381750000045
b端口相移
Figure FDA0004088381750000046
在所述光信号为射频-二进制相移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：
Figure FDA0004088381750000047
RF4：V1sin(ω1t)，端口相移
Figure FDA0004088381750000051
b端口相移
Figure FDA0004088381750000052
在所述光信号为射频-二进制相移键控脉冲信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝0，Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：
Figure FDA0004088381750000053
RF4：V1sin(ω1t)，a端口相移
Figure FDA0004088381750000054
b端口相移
Figure FDA0004088381750000055
在所述光信号为射频-四进制相移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Vs2S2(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF4：V1sin(ω1t)，a端口相移
Figure FDA0004088381750000056
b端口相移
Figure FDA0004088381750000057
在所述光信号为射频-多载频相移键控信号的情况下，RF1：Vs1S1(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF2：V1cos(ω1t)，RF3：Vs2S2(t)＝Vπ/2,-Vπ/2，RF4：V2cos(ω2t)，a端口相移
Figure FDA0004088381750000058
b端口相移
Figure FDA0004088381750000059
9.根据权利要求8所述的信号产生方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述光信号转化为微波信号。
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