CN113091795A - 光电器件与信道的测量方法及系统、装置、介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种步骤S1:配置周期性激励源发送周期性激励信号A;步骤S2:在周期性激励信号A的输出点用采样设备AA采集输出信号A+NA,并进行多个周期的平均,过滤噪声;步骤S3:将采集到的输出信号A+NA作为输入接到待测器件或者信道H;步骤S4:在待测器件或者信道H的输出点用采样设备BB采集输出信号B+NB,并进行多个周期的平均值计算,过滤噪声;步骤S5:将采样设备AA和采样设备BB的采样结果传送给分析软件C,计算待测器件或信道H的传递函数。本发明通过对待测器件或通道的输入/输出采样信号的相关计算,解决了光信号到电信号或电信号到光信号或光信号到光信号之间器件或者信道传输函数无法方便实际测量的问题。

Description

光电器件与信道的测量方法及系统、装置、介质
技术领域
本发明涉及光电子技术领域,具体地,涉及一种光电器件与信道的测量方法及系统、装置、介质。
背景技术
电信号到电信号之间的传输特性可以通过网络分析仪或者TDT进行测量,但是这些设备通常只能测量电信号,光电信号或者光信号之间的传输特性无法用常用的试验设备进行测量,而且测量精度也受噪声的影响。
经过检索,专利文献CN108007564A公开了一种大动态范围光电信号测量系统及测量方法,包括光纤束单元、光电传感单元和分析判断单元;所述光纤束单元具有多个光纤输入端和多个光纤输出端,光电传感单元包含多个传感子单元,光纤束单元用光纤束重组的方法把任意一个输入端的光信号按比例同时传输到每一个输出端,每一输出端对应光电传感单元中一个光电传感子单元,每个光电传感子单元把光信号线性地转成电信号输出给分析判断单元,分析判断单元进行分析判断得到一个最终的光电信号测量值。该现有技术的不足之处在于要采用专门的光电信号测量系统才能测量,需要将光信号转化成电信号之后才能进行光电信号的测量。
因此,亟需研发一种既能进行电信号测量,又能进行光电信号或者光信号的测量的系统及方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种光电器件与信道的测量方法及系统、装置、介质。
根据本发明提供的一种光电器件与信道的测量方法,包括如下步骤:
步骤S1:配置周期性激励源发送周期性激励信号A;
步骤S2:在周期性激励信号A的输出点用采样设备AA采集输出信号A+NA,并进行多个周期的平均,过滤噪声;
步骤S3:将采集到的输出信号A+NA作为输入接到待测器件或者信道H;
步骤S4:在待测器件或者信道H的输出点用采样设备BB采集输出信号B+NB,并进行多个周期的平均值计算,过滤噪声;
步骤S5:将采样设备AA和采样设备BB的采样结果传送给分析软件C,计算待测器件或信道H的传递函数。
优选地,步骤S1中的周期性激励信号A是通过脉冲波形和时域中的码型冲击序列进行时域卷积时得到,其中,所述周期性激励信号A能够由码型发生器、任意波发生器、芯片或者具备此类功能的装置产生。
优选地,步骤S2中是通过对采样码型进行多组周期性激励信号A的平均,对噪声信号进行过滤。
优选地,根据被测器件或者信道的要求,选择激励信号是电信号或者光信号,对采样设备选择对应的电接口或者光接口。
优选地,待测器件或信道H的脉冲传递函数是输出信号和输入信号时域冲击序列乘积的归一化结果。
优选地,当周期性激励信号A不属于理想的脉冲输出时,将A和输入信号时域冲击序列乘积,推导出A的脉冲反应传递函数,然后从B点得到的脉冲反应传递函数中将A的脉冲反应效应通过反卷积取消掉,得到仅含待测器件或信道的传递函数。
根据本发明提供的一种光电器件与信道的测量系统,包括:
模块M1:配置周期性激励源发送周期性激励信号A;
模块M2:在周期性激励信号A的输出点用采样设备采集输出信号A+NA,并进行多个周期的平均,过滤噪声;
模块M3:将采集到的输出信号A+NA作为输入接到待测器件或者信道H;
模块M4:在待测器件或者信道H的输出点用采样设备采集输出信号B+NB,并进行多个周期的平均值计算,过滤噪声;
模块M5:将采样设备AA和采样设备BB的采样结果传送给分析软件C,计算待测器件或信道H的传递函数,获得待测器件或者信道的损耗、反射、带宽的性能指标。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
根据本发明提供的一种测量装置,包括上述的光电器件与信道的测量系统或者上述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明通过采用硬件对周期信号的采样及平均,过滤测量中引入的噪声,并通过选择满足随机性和相关性的周期激励。
2、本发明通过对待测器件或通道的输入/输出采样信号的相关计算,可以采样实验室常有的码型发生器和采样示波器得到输入/输出之间的传输函数,解决了光信号到电信号或电信号到光信号或光信号到光信号之间器件或者信道传输函数无法方便实际测量的问题。
3、本发明同样可以常用设备(如信号发生器、示波器)测量电信号和电信号之间器件或者信道的传递函数,无需网络分析仪或者TDT等特别设备。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,本发明提供了一种光电器件与信道的测量方法,包括如下步骤:
步骤S1:配置周期性激励源发送周期性激励信号A;
步骤S2:在周期性激励信号A的输出点用采样设备AA采集输出信号A+NA,并进行多个周期的平均,过滤噪声;
步骤S3:将采集到的输出信号A+NA作为输入接到待测器件或者信道H;
步骤S4:在待测器件或者信道H的输出点用采样设备BB采集输出信号B+NB,并进行多个周期的平均值计算,过滤噪声;
步骤S5:将采样设备AA和采样设备BB的采样结果传送给分析软件C,计算待测器件或信道H的传递函数。
具体地来说,光电器件或信道H是待测器件或传输信道,周期性激励源G受器件/信道相关性分析软件C控制产生周期性激励信号A,A的每个波特周期为T,码型长度为M,以M波特长度为周期重复,NA是激励源的噪声,A+NA经过光电器件或信道H后转变为信号B+噪声NB,噪声NH是待测器件或信道H产生的噪声。信号A和B可以是电信号或者光信号,采样设备AA和采样设备BB采样输入信号和输出信号,并以M波特长度为周期对采样信号进行多次平均,M波特周期平均后的信号中,噪声信号被过滤,信号A和B的采样输入到软件中,通过相关性计算,得出待测器件或信道H的传递函数,该传递函数可以是冲击响应(impulse response)、脉冲响应(pulse response)、频率响应(frequency response),体现待测器件或信道的带宽、增益、反射、阻抗匹配等特性。
传递函数是通常意义的传递函数,即一个系统的冲击响应。下述的脉冲传递函数是系统的脉冲响应。两者的区别在于,第一种情形下,系统的输入是一个冲击(impulse);第二种情形下,系统的输入是一个脉冲(pulse),脉冲是指在指定波特率下,传输一个信号“1”的信号,比如在10Gb/s的速率下,数据周期是100ps,那10Gb/s下的一个脉冲就是一个持续100ps为“1”的波形,其它时刻为“0”,提到脉冲时,都会有一个相关的速率,所以脉冲响应也是和速率相关,在理论上,脉冲响应是一个在某个速率下的脉冲信号和系统的冲击响应的卷积。
其中,所述周期性激励信号A能够由码型发生器、任意波发生器、芯片或者具备此类功能的装置产生。
待测器件或者信道的测量是基于以下两个原理:
1、周期性激励源的随机性和相关性
符合该特征的信号可以是伪随机码(PRBS 27-1,210-1,215-1,223-1…),伪随机码的长度和码型可以通过调整产生该码型的多项式来改变,例如对于PRBS 27-1码(X7+X6+1),它的码型周期长度为127,其序列D(i)为:
1,-1,-1,1,1,-1,1,1,-1,1,-1,1,1,-1....
该序列每127位重复一次,该信号的自相关函数的绝对值具有以下特点
ABS(Correlation(D(i),D(j)))=M,当i=j
ABS(Correlation(D(i),D(j)))=1 or 0,当i≠j
其中M为序列码型周期长度,对于PRBS 27-1码,M=127,当M增大时,其自相关函数(i≠j)对于序列码型周期长度的平均(1/M)趋近于0。
当一个脉冲波形和时域中的码型冲击序列进行时域卷积,就得到图中的信号A,A=CONVOLVE(PULSE,Dt(i)),其中,PULSE是脉冲波形,Dt(i)是码型序列的时域冲击序列。
2、采样信号平均对噪声的过滤
由于采样信号中的噪声不可避免,通过对采样码型进行多组信号的平均,对噪声信号进行过滤:
Average(A+NA)=average(A)+average(NA)
由于噪声信号的非相关性特点,采样信号的平均可以过滤噪声,使得对待测器件或者信道传递函数的计算更加精确。通常采用16组或者更多组采样码型进行平均。
经过采样噪声滤波后,激励源产生的信号A,经过待测器件或信道(H)后变为信号B,可以表达为:
B(t)=H(t)*Dt(i)
其中,Dt(i)和B(t)分别是待测器件或者信道的时域码型冲击序列和输出采样信号,H(t)是待测器件或者信道的脉冲响应传递函数的卷积矩阵,等式两边同时再乘以激励源码型序列D(i)的时域冲击序列Dt(i):
B(t)*Dt(i)=H(t)*Dt(i)*Dt(i)
根据前面D(j)的相关性特性:
Dt(i)*Dt(i)=kM,
其中,k是常数,和每波特的采样点数目相关,因而,H(t)=B(t)*Dt(i)/kM
待测器件或信道的脉冲传递函数是输出信号和输入信号时域冲击序列乘积的归一化结果,kM是常数,其中k由每波特采样点的数目确定,M是输入信号码型的长度。从该脉冲传递函数可以推算出冲击传递函数,及做FFT运算推算出频域的频率响应函数。
当A不是理想的脉冲输出时,可以通过同样的方法将A和输入信号时域冲击序列乘积,推导出A的脉冲反应传递函数,然后从B点得到的脉冲反应传递函数中将A的脉冲反应效应通过反卷积取消掉,得到仅含待测器件或信道的传递函数。
理想的器件或者通道是输入脉冲和输出脉冲完全一样,即器件没有带宽或幅度等其它的限制,但实际器件都不可能把输出的脉冲做到和输入完全一模一样。
通过上述方法,可以方便地获得不同光电器件或者信道之间的传输函数:
(1)电信号到电信号:例如
a.电芯片驱动激光器,光信号通过光纤,然后经过PD/APD或者TIA转换成电信号;
b.电芯片驱动电缆或者PCB走线到另一端电芯片的输入;
c.电芯片内部电路驱动封装到芯片的管脚。
(2)电信号到光信号:例如
a.电芯片驱动激光器,转换成光信号;
b.电芯片驱动激光器,转换成光信号,光信号通过光纤后的光信号。
(3)光信号到电信号
a.光信号经过PD/APD转换成电信号;
b.光信号经过PD/APD转换成电信号,然后经过TIA或者其它电芯片之后的电信号。
(4)光信号到光信号
a.光信号经过光分或者光纤之后的光信号。
本发明还提供了一种光电器件与信道的测量系统,包括:
模块M1:配置周期性激励源发送周期性激励信号A;
模块M2:在周期性激励信号A的输出点用采样设备采集输出信号A+NA,并进行多个周期的平均,过滤噪声;
模块M3:将采集到的输出信号A+NA作为输入接到待测器件或者信道H;
模块M4:在待测器件或者信道H的输出点用采样设备采集输出信号B+NB,并进行多个周期的平均值计算,过滤噪声;
模块M5:将采样设备AA和采样设备BB的采样结果传送给分析软件C,计算待测器件或信道H的传递函数,获得待测器件或者信道的损耗、反射、带宽的性能指标。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以,本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种光电器件与信道的测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:配置周期性激励源发送周期性激励信号A;
步骤S2:在周期性激励信号A的输出点用采样设备AA采集输出信号A+NA,并进行多个周期的平均,过滤噪声;
步骤S3:将采集到的输出信号A+NA作为输入接到待测器件或者信道H;
步骤S4:在待测器件或者信道H的输出点用采样设备BB采集输出信号B+NB,并进行多个周期的平均值计算,过滤噪声;
步骤S5:将采样设备AA和采样设备BB的采样结果传送给分析软件C,计算待测器件或信道H的传递函数。
2.根据权利要求1所述的光电器件与信道的测量方法,其特征在于,所述步骤S1中的周期性激励信号A是通过脉冲波形和时域中的码型冲击序列进行时域卷积时得到。
3.根据权利要求1所述的光电器件与信道的测量方法,其特征在于,所述步骤S2中是通过对采样码型进行多组周期性激励信号A的平均,对噪声信号进行过滤。
4.根据权利要求1所述的光电器件与信道的测量方法,其特征在于,根据被测器件或者信道的要求,选择激励信号是电信号或者光信号,对采样设备选择对应的电接口或者光接口。
5.根据权利要求1所述的光电器件与信道的测量方法,其特征在于,所述待测器件或信道H的脉冲传递函数是输出信号和输入信号时域冲击序列乘积的归一化结果。
6.根据权利要求1所述的光电器件与信道的测量方法,其特征在于,当周期性激励信号A不属于理想的脉冲输出时,将A和输入信号时域冲击序列乘积,推导出A的脉冲反应传递函数,然后从B点得到的脉冲反应传递函数中将A的脉冲反应效应通过反卷积取消掉,得到仅含待测器件或信道的传递函数。
7.一种光电器件与信道的测量系统,其特征在于,包括:
模块M1:配置周期性激励源发送周期性激励信号A;
模块M2:在周期性激励信号A的输出点用采样设备采集输出信号A+NA,并进行多个周期的平均,过滤噪声;
模块M3:将采集到的输出信号A+NA作为输入接到待测器件或者信道H;
模块M4:在待测器件或者信道H的输出点用采样设备采集输出信号B+NB,并进行多个周期的平均值计算,过滤噪声;
模块M5:将采样设备AA和采样设备BB的采样结果传送给分析软件C,计算待测器件或信道H的传递函数,获得待测器件或者信道的损耗、反射、带宽的性能指标。
8.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一种测量装置,其特征在于,包括权利要求7所述的光电器件与信道的测量系统或者权利要求8所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质。
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