CN114019234B - 一种发射机iq两路时延差和频率响应的测量方法和系统 - Google Patents

一种发射机iq两路时延差和频率响应的测量方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114019234B
CN114019234B CN202111231305.XA CN202111231305A CN114019234B CN 114019234 B CN114019234 B CN 114019234B CN 202111231305 A CN202111231305 A CN 202111231305A CN 114019234 B CN114019234 B CN 114019234B
Authority
CN
China
Prior art keywords
time delay
signal
signals
omega
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111231305.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114019234A (zh
Inventor
邓磊
杨宇
李洪雨
程孟凡
杨奇
刘德明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202111231305.XA priority Critical patent/CN114019234B/zh
Publication of CN114019234A publication Critical patent/CN114019234A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114019234B publication Critical patent/CN114019234B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量方法和系统，属于通信领域。本发明在发射端使用两个满足特定关系的信号，在接收端使用一个低带宽光电探测器(PD)接收信号，利用低带宽的特性，提取出包含时延信息的低频信号，实现低成本测量发射机频率响应和IQ两路时延差。而且，接收端只需对信号使用已知频率的单音信号进行简单的相关和期望运算，而无需采用复杂的DSP均衡算法求得发射端的时延，从而降低了接收端信号处理的复杂度。

Description

一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量方法和系统
技术领域
本发明属于通信领域，更具体地，涉及一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量方法和系统。
背景技术
为了支撑现代光通信系统中业务量的快速增长，高阶调制格式和更高的符号速率正在逐步部署中。但随着调制阶数和符号速率的增加，光相干系统对收发机的缺陷越发敏感。其中一个明显影响高速传输系统的因素是发射机同相/正交(IQ)支路间的时延差，除此之外还有系统使用电子器件如任意波形发生器、光电探测器等的带宽限制等不理想因素。
截至目前，已经有包括通过在相干系统中传输特定信号和通过接收端数字信号处理(DSP-Digital Signal Processing)算法均衡等方式来应对损伤。其中前者通过接收发射的多音信号对发射机IQ时延进行测量，但由于此方法每次都需要用到相干接收机，价格在上千甚至上万美元，实现成本较高，不利于大规模采用；而后者基于DSP处理算法求得传输矩阵，并将发射端和接收端系数分离，从而计算出发射端IQ时延的方式对于均衡参数的选取较为复杂，因而在实际应用上还存在问题，除此之外，此方法的测量稳定性也需要提升。
由此可见，研究一种低成本、高精度、易实现的时延差和频率响应测量方法具有重要意义。
发明内容
针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量方法和系统，旨在解决现有技术中测量成本高、稳定性差、实现复杂的问题。
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量方法，包括以下步骤：
发送IQ两路多音信号；其中，所述IQ两路多音信号分别加载有调制信号
Figure GDA0003671873110000021
Figure GDA0003671873110000022
其中dt表示IQ两路的时延差，
Figure GDA0003671873110000023
为初始相位，n是IQ各支路发出信号所包含的单音信号个数，ω是单音信号间的频率间隔，dωi用于标定带宽范围内各个频点的对应信息；
使用特定偏置点对多音信号进行传输；
对数据进行接收，基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应。
进一步地，使用特定偏置点对多音信号进行传输包括：
使用偏置点控制器将IQ两路的子马赫泽德调制器(MZM)的偏置点稳定在线性点；
将母马赫泽德调制器(MZM)中的相位φ设定为0°；
调制后的信号表示为：
Figure GDA0003671873110000024
Figure GDA0003671873110000025
Figure GDA0003671873110000026
aI(ω)和aQ(ω)分别为IQ两路的频率响应。
进一步地，对数据进行接收具体包括：
对接收到的光信号利用低带宽光电探测器进行平方探测，并提取出包含时延信息的信号。
进一步地，基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应包括：
用不同dωi(i＝1～n)频率的余弦、正弦信号分别与接收到的信号做相关运算并求平均，分别得到
Figure GDA0003671873110000031
Figure GDA0003671873110000032
利用θ(iω)＝arg(rI+jrQ)式计算得到的角度θ(iω)，再进行线性拟合求得斜率，即可求得IQ两路的时延差
Figure GDA0003671873110000033
利用AdB(ω)＝5log10(|rI|2+|rQ|2)计算频率响应，得到扫描频段内的幅度谱。
本发明的另一方面还提供了一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量系统，包括：
发送单元，用于发送IQ两路多音信号；其中，所述IQ两路多音信号分别加载有调制信号
Figure GDA0003671873110000034
Figure GDA0003671873110000035
其中dt表示IQ两路的时延差，
Figure GDA0003671873110000036
为初始相位，n是IQ各支路发出信号所包含的单音信号个数，ω是单音信号间的频率间隔，dωi用于标定带宽范围内各个频点的对应信息；
偏置单元，使用特定偏置点对多音信号进行传输；
处理单元，对数据进行接收，基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应。
进一步地，所述偏置单元中使用特定偏置点对多音信号进行传输包括：
使用偏置点控制器将IQ两路的子马赫泽德调制器(MZM)的偏置点稳定在线性点；
将母马赫泽德调制器(MZM)中的相位φ设定为0°；
调制后的信号表示为：
Figure GDA0003671873110000041
Figure GDA0003671873110000042
Figure GDA0003671873110000043
aI(ω)和aQ(ω)分别为IQ两路的频率响应。
进一步地，所述处理单元中对数据进行接收具体包括：
对接收到的光信号利用低带宽光电探测器进行平方探测，并提取出包含时延信息的信号。
进一步地，所述处理单元中基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应包括：
用不同dωi(i＝1～n)频率的余弦、正弦信号分别与接收到的信号做相关运算并求平均，分别得到
Figure GDA0003671873110000044
Figure GDA0003671873110000051
利用θ(iω)＝arg(rI+jrQ)式计算得到的角度θ(iω)，再进行线性拟合求得斜率，即可求得IQ两路的时延差
Figure GDA0003671873110000052
利用AdB(ω)＝5log10(|rI|2+|rQ|2)计算频率响应，得到扫描频段内的幅度谱。
本发明通过设计两个满足特定关系的多音信号在IQ两路进行发射，并且使用特定偏置点对信号进行传输，再在接收端使用低带宽光电探测器进行信号接收，并采用简单的算法对数据进行计算即可求得IQ时延和频率响应曲线。本发明相对现有技术，具有以下优点：
1)在基于发射多音信号测量发射机时延差方法中引入低带宽PD测量的方式，利用PD平方探测和低带宽的特性，提取出包含时延信息的低频信号，相较于现有的采用相干接收机进行时延差测量的方式，极大程度降低了测量成本，拓宽了应用场景。
2)接收端只需对信号使用已知频率的单音信号进行简单的相关和期望运算,而无需采用复杂的DSP均衡算法通过计算传输矩阵进而求得发射机的时延差，降低了计算复杂度，提升了可行性。
3)采用多个单音信号组合发射的方式，同时扫描多个频点的时延和频响信息，实现一次性将发射机时延和频率响应测量，避免引入多次扫描的不稳定性和繁琐。
附图说明
图1是本发明的方案流程图；
图2为发射IQ两路多音信号频谱图；
图3为IQ时延测量原理图；
图4为仿真系统中使用带宽为1GHz低通滤波器时接收到的信号频谱图；
图5为仿真系统中经计算拟合得到的时延测量曲线图；
图6为系统测量的频响曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及的内容进行说明。
本发明实施例提供了一种测量发射机IQ两路时延差和频率响应的方法，包括：
1、设计发射端两个特定关系的多音信号，包括：
设计IQ两路发射信号形式：
Figure GDA0003671873110000061
Figure GDA0003671873110000062
其中aI(ω)和aQ(ω)分别为IQ两路的频率响应，设计中需要根据所需要扫描的带宽范围ωmeasure确定相应的n和ω，满足ωmeasure＝nω。再根据这几个参数设计相应的频率差dωn以适配用于测量的光电探测器带宽ωbandwidth；
首先，确定扫描带宽范围ωmeasure；
其次，根据ωmeasure＝nω和n·dω0＜＜ω两式确定nωdω0三个参数；
紧接着根据
Figure GDA0003671873110000063
确定合适的Tsignal。
其中n是IQ各支路发出信号所包含的单音信号个数，ω是单音信号间的频率间隔，dω0是微小频率差的基础间隔，Nsignal是最小频率差信号周期Tsignal是符号的持续时间；
最后在上述参数确定后，需要对加载的每个单音信号加上一个随机的初始相位
Figure GDA0003671873110000075
需要选取合适的相位值降低峰值平均功率比(PAPR)，以保证测量精度。(PAPR＝10*log10[max(Tx2)/mean(Tx2)])
参数设计方法在于，需要着重注意n和ω的权衡，对于固定设置的扫描范围ωmeasure，n取值越大，则扫描频点数量越多，计算精度越高，但此时ω需要适当减小，这对于ω＞＞n·dω0条件的满足是不利的，也会影响时延测量的准确度；
2、使用偏置点控制器将IQ两路的子马赫泽德调制器(MZM)的偏置点稳定在线性点，接着再将母MZM中的相位φ设定为0°，最后调制器调制后的信号可表示为：
Figure GDA0003671873110000071
Figure GDA0003671873110000072
Figure GDA0003671873110000073
3、在接收端使用低带宽光电探测器进行信号接收：对接收到的光信号通过一个光电探测器(PD-Photodetector)进行平方探测，并提取出包含时延信息的信号，具体步骤如下：
使用PD对接收信号进行平方探测，得到电信号：
Figure GDA0003671873110000074
得到包含直流分量和许多ω的倍频成分，以及前述所设计的dωi(i＝1～n低频分量
由于采用低带宽PD，因而高频部分的信号被滤除，再经过隔直流处理后，剩余低频信号可表示为：
Figure GDA0003671873110000081
4、使用设计算法基于已知的发射多音信号处理接收数据，得到发射时延和频率响应，具体步骤如下：
先使用已知的不同dωi(i＝1～n)频率的余弦、正弦信号分别与接收到的信号做相关运算并求平均，分别得到
Figure GDA0003671873110000082
Figure GDA0003671873110000083
对于发射时延，需要使用θ(iω)＝arg(rI+jrQ)式计算得到的角度θ(iω)，再进行线性拟合求得斜率，即可求得IQ两路的时延差
Figure GDA0003671873110000084
除此之外，使用AdB(ω)＝5log10(|rI|2+|rQ|2)计算频率响应，得到扫描频段内的幅度谱；
本发明实施例的另一方面还提供了一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量系统，包括：
发送单元，用于发送IQ两路多音信号；其中，所述IQ两路多音信号分别加载有调制信号
Figure GDA0003671873110000085
Figure GDA0003671873110000091
其中dt表示IQ两路的时延差，
Figure GDA0003671873110000093
为初始相位，n是IQ各支路发出信号所包含的单音信号个数，ω是单音信号间的频率间隔，dωi用于标定带宽范围内各个频点的对应信息；
偏置单元，使用特定偏置点对多音信号进行传输；
处理单元，对数据进行接收，基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应。
具体每个单元的功能可参见前述方法实施例中的介绍，在此不再赘述。
下面，基于下面几组仿真数据与实验结果对本发明提出的方法进行验证。下表为仿真系统参数。
表1
Figure GDA0003671873110000092
图4为在仿真系统中使用带宽为1GHz低通滤波器时接收到的信号频谱图。可以看到，接收到对应的25个单音信号。
图5为仿真系统中拟合得到的时延测量曲线图，图6为系统测量的频响曲线图。经拟合得到曲线的斜率为1.2585e-10，经t_skew＝slope/2π换算后测得时延等于20.03ps，与仿真中设置的20ps相吻合。
本发明在保证测量精度并实现一次性测量的情况下，降低了测量成本并且降低了计算复杂度，提升了测量效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
发送IQ两路多音信号；其中，所述IQ两路多音信号分别加载有调制信号
Figure FDA0003727389350000011
Figure FDA0003727389350000012
其中dt表示IQ两路的时延差，
Figure FDA0003727389350000013
为初始相位，n是IQ各支路发出信号所包含的单音信号个数，ω是单音信号间的频率间隔，dωi用于标定带宽范围内各个频点的对应信息；
使用特定偏置点对多音信号进行传输；
对数据进行接收，基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应；
对数据进行接收具体包括：
对接收到的光信号利用低带宽光电探测器进行平方探测，并提取出包含时延信息的信号；
基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应包括：
用不同dωi(i＝1～n)频率的余弦、正弦信号分别与接收到的信号做相关运算并求平均，分别得到
Figure FDA0003727389350000021
Figure FDA0003727389350000022
φ为母马赫泽德调制器MZM中的相位；
利用θ(iω)＝arg(rI+jrQ)式计算得到的角度θ(iω)，再进行线性拟合求得斜率，即可求得IQ两路的时延差
Figure FDA0003727389350000023
利用AdB(ω)＝5log10(|rI|2+|rQ|2)计算频率响应，得到扫描频段内的幅度谱。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，使用特定偏置点对多音信号进行传输包括：
使用偏置点控制器将IQ两路的子马赫泽德调制器MZM的偏置点稳定在线性点；
将母马赫泽德调制器MZM中的相位φ设定为0°；
调制后的信号表示为：
Figure FDA0003727389350000024
Figure FDA0003727389350000025
Figure FDA0003727389350000026
aI(ω)和aQ(ω)分别为IQ两路的频率响应。
3.一种发射机IQ两路时延差和频率响应的测量系统，其特征在于，包括：
发送单元，用于发送IQ两路多音信号；其中，所述IQ两路多音信号分别加载有调制信号
Figure FDA0003727389350000031
Figure FDA0003727389350000032
其中dt表示IQ两路的时延差，
Figure FDA0003727389350000033
为初始相位，n是IQ各支路发出信号所包含的单音信号个数，ω是单音信号间的频率间隔，dωi用于标定带宽范围内各个频点的对应信息；
偏置单元，使用特定偏置点对多音信号进行传输；
处理单元，对数据进行接收，基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应；
所述处理单元中对数据进行接收具体包括：
对接收到的光信号利用低带宽光电探测器进行平方探测，并提取出包含时延信息的信号；
所述处理单元中基于所述多音信号对接收到的数据进行算法处理，获取所述时延差和频率响应包括：
用不同dωi(i＝1～n)频率的余弦、正弦信号分别与接收到的信号做相关运算并求平均，分别得到
Figure FDA0003727389350000034
Figure FDA0003727389350000041
φ为母马赫泽德调制器MZM中的相位；
利用θ(iω)＝arg(rI+jrQ)式计算得到的角度θ(iω)，再进行线性拟合求得斜率，即可求得IQ两路的时延差
Figure FDA0003727389350000042
利用AdB(ω)＝5log10(|rI|2+|rQ|2)计算频率响应，得到扫描频段内的幅度谱。
4.如权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述偏置单元中使用特定偏置点对多音信号进行传输包括：
使用偏置点控制器将IQ两路的子马赫泽德调制器MZM的偏置点稳定在线性点；
将母马赫泽德调制器MZM中的相位φ设定为0°；
调制后的信号表示为：
Figure FDA0003727389350000043
Figure FDA0003727389350000044
Figure FDA0003727389350000045
aI(ω)和aQ(ω)分别为IQ两路的频率响应。
CN202111231305.XA 2021-10-22 2021-10-22 一种发射机iq两路时延差和频率响应的测量方法和系统 Active CN114019234B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111231305.XA CN114019234B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种发射机iq两路时延差和频率响应的测量方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111231305.XA CN114019234B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种发射机iq两路时延差和频率响应的测量方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114019234A CN114019234A (zh) 2022-02-08
CN114019234B true CN114019234B (zh) 2022-09-20

Family

ID=80056930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111231305.XA Active CN114019234B (zh) 2021-10-22 2021-10-22 一种发射机iq两路时延差和频率响应的测量方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114019234B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107835053A (zh) * 2017-11-08 2018-03-23 西安电子科技大学 一种高精度瞬时微波频率测量装置
CN113341222A (zh) * 2021-06-01 2021-09-03 南京航空航天大学 基于双音调制的光电探测器频响测量方法及装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6819158B2 (ja) * 2016-09-07 2021-01-27 住友電気工業株式会社 コヒーレント光受信器の測定方法
CN107919905B (zh) * 2016-10-10 2020-05-22 富士通株式会社 光接收机频率响应特性不平衡的测量装置及方法
US9991953B1 (en) * 2017-01-05 2018-06-05 Cisco Technology, Inc. Transmitter self-calibration of time delay and frequency response for high baud-rate QAM transceivers
CN108574527B (zh) * 2017-03-13 2021-01-12 富士通株式会社 同相路和正交路不平衡测量方法和装置
CN109873671B (zh) * 2017-12-04 2020-08-04 中国航天科工集团第四研究院指挥自动化技术研发与应用中心 一种频响特性不平衡的测量方法、光发射机及测量系统
CN113391121B (zh) * 2020-03-13 2022-08-02 西安电子科技大学 一种基于频率响应监测实现瞬时测频的方法
CN113098595B (zh) * 2021-03-12 2022-02-15 华中科技大学 一种少模光纤差分模式群时延测量方法、系统和装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107835053A (zh) * 2017-11-08 2018-03-23 西安电子科技大学 一种高精度瞬时微波频率测量装置
CN113341222A (zh) * 2021-06-01 2021-09-03 南京航空航天大学 基于双音调制的光电探测器频响测量方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114019234A (zh) 2022-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190326998A1 (en) Method and apparatus for transmitter iq skew and insertion loss detection for coherent optical systems
US9647767B2 (en) Estimation and compensation of local oscillator frequency offset and chromatic dispersion using pilot tones in spectral-shaping subcarrier modulation
CN106850066B (zh) 基于双偏振调制器实现多普勒频移测量的方法
CN107947930B (zh) 连续变量量子密钥分发调制补偿系统及其实现方法
CN109387833B (zh) 基于微波光子正交差频复用的mimo雷达探测方法及装置
WO2012105081A1 (ja) コヒーレント光受信器、コヒーレント光受信器におけるチャネル間スキュー検出装置および検出方法
CN102725960B (zh) 用于相位和振荡器频率估计的方法
US10944475B2 (en) Signal transmitting method and apparatus, transmitter, and signal transmission system
CN113346956B (zh) 一种用于iq调制器的基于导频的偏压控制装置和方法
CN108964797A (zh) 一种基于鉴频法的微波信号源相位噪声自动化测量系统及方法
CN108847895B (zh) 一种适用于C-mQAM相干光通信系统的盲相位噪声补偿方法
CN107346993A (zh) 光信号相干检测方法和装置
WO2007131401A1 (fr) Dispositif et procédé de détection de dispersion, et système de transmission de signaux optiques
CN108631882A (zh) 用于相干光学传输中相邻信道代价的监测和校正的方法
Fan et al. Overall frequency response measurement of DSP-based optical transmitter using built-in monitor photodiode
Ju et al. Calibration of in-phase/quadrature amplitude and phase response imbalance for coherent receiver
CN102694593B (zh) 一种光无源器件的谱特性的测试方法
CN114019234B (zh) 一种发射机iq两路时延差和频率响应的测量方法和系统
CN103795669B (zh) 接收光信号的方法以及装置
CN116633441A (zh) 基于iq调制器的发射机校准方法、系统及介质
Tao et al. Characterization, modelling and measurement of device imperfections in advanced coherent transceivers
CN103560990A (zh) 基于滤波器的实时ofdm接入网系统
Zhang et al. Comparison of digital interpolation and phase compensation in asynchronous optical DMT transmission systems
Shao et al. Research on optical 32QAM-OFDM-PON access scheme with different numbers of sub-carriers using DMT modulation
He et al. Joint estimation of transmitter and receiver IQ imbalances based on GSOP and GCM for optical coherent systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant