CN115720113A - 一种收发机频率相关的偏振与iq不平衡的测量方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法及设备，所述方法包括：当第一激光器发射载波至偏振分集IQ调制器接收载波及四路通道信号，将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至单端光电探测器；所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相关响应，对所述频率相关响应的相位谱进行计算得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述通道间相对时延计算出收发机的偏振不平衡与IQ不平衡。本发明通过两个通道之间的相对相位响应斜率，得出两个参考符号在循环前缀中位置不同产生的时延，使得测量过程无需进行符号对齐，一次完成偏振不平衡和IQ不平衡的测试。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法、系统及计算机可读存储介质。
背景技术
相干光通信技术是利用了相干调制和外差检测技术，所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅(不像强度检测那样只是改变光的强度)，这就需要光信号有确定的频率和相位(不像自然光那样没有确定的频率和相位)，即应该是相干光，激光就是一种相干光。所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号，可以支持更高阶的调制格式和更快的信号速率，因此，近些年得到了飞速的发展。在相干光传输系统中，一般需要对光信号进行偏振复用，并对每个偏振进行同相正交调制(IQ，In-phase and Quadrature)以提高光信号的频谱效率；但这种偏振分集相干系统容易受到发射机和接收机硬件缺陷的影响。通常，相干收发机的缺陷包括IQ和偏振不平衡，即两个偏振态之间和每个偏振态上两个IQ支路之间的幅度和相位不平衡，IQ不平衡会导致自身共轭信号的线性自干扰，严重影响相干传输的性能。
目前对偏振与IQ不平衡的主要方法是通过数字信号处理(Digital SignalProcessing，DSP及多入多出(multiple-in multipleout，MIMO)均衡算法对由信道和收发机所引起的偏振与IQ不平衡进行补偿，其中偏振不平衡一般基于恒模算法(Constantmodulus algorithm，CMA)与最小均方算法(Least Mean Square，LMS)进行估计和补偿，IQ不平衡一般基于施密特正交化(Gram-Schmidt orthogonalization，GSOP)进行估计和补偿；但该类MIMO算法复杂度高，而且无法对估计出偏振与IQ不平衡的频率响应特性，故估计与补偿效果有限，因此，对于由收发机硬件所引起的频率相关的偏振与IQ不平衡，目前并没有高效准确且低成本的测量方法。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法及设备，旨在解决现有技术中无法高效准确且低成本的测量收发机硬件所引起的频率相关的偏振与IQ不平衡的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，应用于收发机中的发射机，所述发射机包括第一激光器、第一信号发生器、偏振分集IQ调制器和单端光电探测器，所述方法包括：
所述偏振分集IQ调制器接收所述第一激光器发送的作为通信信号的载波，并接收所述第一信号发生器发送的四路通道信号；
所述偏振分集IQ调制器将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至单端光电探测器；
所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行线性拟合得到斜率，基于所述斜率得到通道间的测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出发射机的偏振不平衡与IQ不平衡。
可选地，所述的方法，其中，所述所述四路通道信号分别为第一偏振态的I路信号、第一偏振态的Q路信号、第二偏振态的I路信号和第二偏振态的Q路信号；
所述输出信号为：
其中，E(t为输出信号，
为第一偏振态的I路信号，
为第一偏振态的Q路信号，
为第二偏振态的I路信号，
为第二偏振态的Q路信号，j为虚数，t为时间变量，τ2为第二通道相对于第一通道的通道时延，τ3为第三通道相对于第一通道的通道时延，τ4为第四通道相对于第一通道的通道时延，
为卷积运算符号，h2(t)为第二通道相对于第一通道的频率相关不平衡。
可选地，所述的方法，其中，所述将所述输出信号发送至单端光电探测器，之后还包括：
预先将四路所述通道信号中所述第一偏振态的I路信号设定为参考通道信号，并将剩余的三路所述通道信号设定为测量通道信号；
单端光电探测器获取所述参考通道信号循环前缀中的第一符号和所述测量通道信号循环前缀中第二符号，并测量所述第一符号与所述第二符号之间的符号时延。
可选地，所述的方法，其中，所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行线性拟合得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出发射机的偏振不平衡与IQ不平衡，具体包括：
所述单端光电探测器对所述输出信号中的四路所述通道测试信号进行傅里叶变换得到第一通道频域、第二通道频域、第三通道频域和第四通道频域，并基于所述第一通道频域得到所述第二通道频率的相对响应、所述第三通道频率的相对响应和所述第四通道频率的相对响应；
分别对所述第二通道的频率相对响应的相位谱、所述第三通道的频率相对响应的相位谱和所述第四通道的频率相对响应的相位谱进行相位解交织操作得到三个通道的目标相位谱，并对每个所述目标相位谱进行线性回归得到三个所述目标相位谱的斜率；
基于每个斜率计算得到三个通道测量时的符号时延，基于每个符号时延得到三个通道时延，并基于每个所述通道时延计算出发射机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
可选地，所述的方法，其中，所述频域相对响应的表达式为：
可选地，所述的方法，其中，所述通道时延的表达式为
其中，Δτi为第i通道相对于第一通道的符号时延，ki为第i通道的斜率；
所述偏振不平衡与IQ不平衡的表达式为：
其中，Hi(f)为所述偏振不平衡与IQ不平衡，Ri(f)为第i通道与第一通道的频率相关响应，j为虚数，f为加载了信号的奇数子载波频率。
本发明提供一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，应用于收发机中的接收机，其中，所述接收机包括第二激光器、IQ调制器、第二信号发生器、偏振控制器、相干探测器和测量装置，所述方法包括：
所述第二激光器将第一路载波作为本振光发射至所述相干探测器，将第二路载波发射至所述单偏振IQ调制器，所述单偏振IQ调制器并接收所述第二信号发生器发送的单边带正交频分复用信号；
所述单偏振IQ调制器将所述单边带正交频分复用信号在所述载波上进行调制得到目标信号，将所述目标信号发送至所述偏振控制器，所述偏振控制器控制所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度；
所述相干探测器基于所述角度发射出四路通信信号至所述测量装置，所述测量装置对所述通信信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行计算得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出接收机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
可选地，所述的方法，其中，所述四路通道信号分别为第一偏振态的I路信号、第一偏振态的Q路信号、第二偏振态的I路信号和第二偏振态的Q路信号。
可选地，所述的方法，其中，所述角度为45度。
可选地，所述的方法，其中，所述频域相对响应的表达式为：
可选地，所述的方法，其中，所述通道时延的表达式为
其中，Δτi为第i通道相对于第一通道的符号时延，ki为第i通道的斜率；
所述偏振不平衡与IQ不平衡的表达式为
其中，Hi(f)为所述偏振不平衡与IQ不平衡，Ri(f)为第i通道与第一通道的频率相关响应，j为虚数，f为加载了信号的子载波频率。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量的系统，其中，所述收发机包括所述发射机和接收机；
所述发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统包括：第一激光器、偏振分集IQ调制器、第一信号发生器和单端光电探测器；
所述第一激光器，用于发射载波至所述偏振分集IQ调制器；
所述第一信号发生器，用于分时发送四路通道信号至所述偏振分集IQ调制器；
所述偏振分集IQ调制器，用于将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至所述单端光电探测器；
所述单端光电探测器，用于对所述输出信号进行处理，测量出发射机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡；
所述接收机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统包括：第二激光器、IQ调制器、第二信号发生器、偏振控制器、相干探测器和测量装置；
所述第二激光器，用于发射载波至所述IQ调制器和所述相干探测器；
所述第二信号发生器，用于发送单边带正交频分复用信号至所述IQ调制器；
所述IQ调制器，用于将所述单边带正交频分复用信号在所述载波上进行调制得到目标信号，将所述目标信号发送至偏振控制器；
所述偏振控制器，用于控制所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度；
所述相干探测器，用于基于所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度发射出四路通信信号至所述测量装置；
所述测量装置，用于对所述通信信号进行处理，测量出接收机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量程序，所述收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量程序被处理器执行时实现如上所述的收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法的步骤。
本发明中，当第一激光器发射载波至偏振分集IQ调制器接收载波及四路通道信号，将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至单端光电探测器；所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相关响应，对所述频率相关响应的相位谱进行计算得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述通道间相对时延计算出收发机的偏振不平衡与IQ不平衡。本发明通过两个通道之间的相对相位响应斜率，得出两个参考符号在循环前缀中位置不同产生的时延，使得测量过程无需进行符号对齐，一次完成偏振不平衡和IQ不平衡的测试。
附图说明
图1是本发明中发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统的较佳实施例的原理示意图；
图2是本发明中发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法的较佳实施例的流程图；
图3是本发明中发射机测试信号的发射时间轴的示意图；
图4是本发明中单端光电探测器接收信号的时序示意图；
图5是本发明中发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法的较佳实施例的原理示意图；
图6是本发明中接收机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统的较佳实施例的原理示意图。
图7是本发明中接收机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法的较佳实施例的流程图；
图8是本发明中接收机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法的结构示意图；
图9是本发明中相干接收机接收信号的时序示意图；
图10是本发明中双偏振相干光接收机的偏振与IQ不平衡测量示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明较佳实施例所述的收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，应用于收发机中的发射机，则发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法如图1所示，图中包括激光器(例如，第一激光器)，信号发生器(例如，第一信号发生器)、偏振分集IQ调制器和单端光电探测器，其中，所述第一激光器与所述偏振分集IQ调制器连接，所述第一信号发生器与所述偏振分集IQ调制器连接，所述偏振分集IQ调制器与所述单端光电探测器连接；具体地如图2所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S100、所述偏振分集IQ调制器接收所述第一激光器发送的作为通信信号的载波，并接收所述第一信号发生器发送的四路通道信号。
具体地，由激光器发射载波进入待测的偏振分集IQ调制器(Polarizationdiversity IQ modulator，PM-IQM)，经过所述PM-IQM对载波进行调制后形成带有信息的通信信号；由信号发生器分时发送4路信号进入PM-IQM(分时发送使得只需利用一个单端光电探测器完成对四路信号的接收，并且整个测量过程仅需测量一次信号，因为这四路信号在时间上是不重叠的)，每路信号之间的时延均为t0，其中，第一偏振态记为X偏振态，第二偏振态记为Y偏振态，第一偏振态的I路信号记为XI信号，第一偏振态的Q路信号记为XQ信号，第二偏振态的I路信号记为YI信号，第二偏振态的Q路信号记为YQ信号，发送的四路信号均为离散多音频信号(Discrete Multi-Tone，DMT)，可在该离散多音频信号的奇数子载波上加载测量信息；利用单端光电探测器完成对测量信号幅度和相位信息的接收，不受单端光电探测器平方律检测产生的非线性信号影响，信号发送时间轴如图3所示；此时由所述PM-IQM输出的信号为：
其中，E(t)为输出信号，
为第一偏振态的I路信号，
为第一偏振态的Q路信号，
为第二偏振态的I路信号，
为第二偏振态的Q路信号，j为虚数，t为时间变量，τ2为第二通道相对于第一通道的通道时延，τ3为第三通道相对于第一通道的通道时延，τ4为第四通道相对于第一通道的通道时延，
为卷积运算符号，h2(t)为第二通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h3(t)为第三通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h4(t)为第四通道相对于第一通道的频率相关不平衡，
为卷积运算符号；其中，频率相关不平衡包括频率相关的幅度不平衡和相位不平衡。
进一步地，X偏振态IQ两路信号时延为τ2，Y偏振态IQ两路信号时延为τ4-τ3，频率相关IQ不平衡为
所述PM-IQM中每个通道发送的信号为：si(t)＝c+s(t)，i＝2，3，4；其中，i为通道数，c为直流分量或者恒定的光载波信号，s(t)为子载波交织的(即加载奇数子载波)DMT信号。
步骤S200、所述偏振分集IQ调制器将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至单端光电探测器。
具体地，通过单端光电探测器(Single ended photodetector，PD)对所述PM-IQM发出的信号进行接收，所述信号包含在时域上不重叠的第一通道的XI信号、第二通道的XQ信号、第三通道的YI信号、第四通道的YQ信号，图4为单端光电探测器接收到的信号时序；以所述第一通道的XI信号为参考，任意通道相对所述第一通道的通道时延τi＝tac-i*t0，其中tac为两个通道DMT信号的准确起始点之间的时间差，i为通道数，y0为每个通道之间测量时的采样间隔，而在实际探测过程中tac基本不可能准确地获取，故可分别选取两个通道的DMT信号循环前缀中任意一个采样点b和d，它们之间的时间差为tbd，tbd＝tac+Δτi，其中Δτ为b、d在循环前缀中相对位置不同而产生的时延，故任意通道相对所述第一通道的时延τi＝tbd-Δτi-i*t0。
步骤S300、所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行线性拟合得到斜率，基于所述斜率得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出发射机的偏振不平衡与IQ不平衡。
所述步骤S300包括：
步骤S301、所述单端光电探测器对所述输出信号中的四路所述通道测试信号进行傅里叶变换得到第一通道频域、第二通道频域、第三通道频域和第四通道频域，并基于所述第一通道频域得到所述第二通道频率的相对响应、所述第三通道频率的相对响应和所述第四通道频率的相对响应；
步骤S302、分别对所述第二通道的频率相对响应的相位谱、所述第三通道的频率相对响应的相位谱和所述第四通道的频率相对响应的相位谱进行相位解交织操作得到三个通道的目标相位谱，并对每个所述目标相位谱进行线性回归得到三个所述目标相位谱的斜率；
步骤S303、基于每个斜率计算得到三个通道测量时的符号时延，基于每个符号时延得到三个通道时延，并基于每个所述通道时延计算出发射机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
具体地，所述单端光电探测器对所述输出信号中的四路所述通道测试信号进行傅里叶变换得到第一通道频域S1(f)、第二通道频域S2(f)、第三通道频域S3(f)和第四通道频域S4(f)，并基于所述第一通道频域S1(f)，将所述第二通道频域S2(f)比上所述第一通道频域S1(f)得到所述第二通道频率的相对响应R2(f)，即
所述第三通道频率的相对响应R3(f)，即
和所述第四通道频率的相对响应R4(f)，即
其中F[s(t)]为对离散多音频信号进行傅里叶变换，f为加载了信号的奇数子载波频率，
为卷积运算符号，Δτ2为第二通道相对于第一通道的符号时延，Δτ3为第三通道相对于第一通道的符号时延，Δτ4为第四通道相对于第一通道的符号时延，h2(t)为第二通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h3(t)为第三通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h4(t)为第四通道相对于第一通道的频率相关不平衡。
接下来，分别对所述第二通道的频率相对响应的相位谱、所述第三通道的频率相对响应的相位谱和所述第四通道的频率相对响应的相位谱进行相位解交织操作得到三个通道的目标相位谱，避免相位的跳变；之后对每个通道的目标相位谱以频率为自变量做线性回归，获得相位响应的斜率k2、k3和k4，分别可得到符号时延
和
因此，任意通道相对第一通道的符号时延为：Δτi＝tac-(i-1)*t0＝tbd-Δτ-(i-1*t0，频率相关的偏振与IQ不平衡(包含幅度和相位不平衡)为：
其中幅度不平衡为Hi(f)的幅度部分，相位不平衡为Hi(f)的相位部分，而Hi(f)的模是幅度部分，角度是相位部分；本发明通过选取两个通道循环前缀中不同位置的符号作为参考点，利用两个通道之间的频率相关响应的相对相位响应斜率估计出两个参考符号在循环前缀中位置不同产生的时延；一般测量方法选取两个通道循环前缀中相同同位置的符号作为参考点，会产生较大误差；由此本发明简化了测量结构和测量方法，降低了测量成本，测量精度由子载波数量决定，可以达到飞秒量级，提高了时延测量准确性。
进一步地，如图5所示，本发明还可以在上述发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法中增加耦合器，通过耦合器将恒定光载波在信号电光调制之后再耦合至光信号，方法为：发射单元发射四路相同的测试信号至PM-IQM的四个调制信号输入端，测试信号格式为DMT，信号不含直流分量，只在奇数子载波上加载测试信息；通过一个耦合器将恒定光载波分量在在信号经过调制器之后耦合至信号光，最终输出信号仍然为：
其中，E(t)为输出信号，
为第一偏振态的I路信号，
为第一偏振态的Q路信号，
为第二偏振态的I路信号，
为第二偏振态的Q路信号，j为虚数，t为时间变量，τ2为第二通道相对于第一通道的通道时延，τ3为第三通道相对于第一通道的通道时延，τ4为第四通道相对于第一通道的通道时延，
为卷积运算符号，h2(t)为第二通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h3(t)为第三通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h4(t)为第四通道相对于第一通道的频率相关不平衡，
为卷积运算符号。
所述PM-IQM中每个通道发送的信号为：si(t＝s(t，(i＝2，3，4)；其中，i为通道数，s(t)为子载波交织的(即加载奇数子载波)DMT信号；通过单端光电探测器对PM-IQM发出的信号进行接收，该接收信号包含在时域上不重叠的XI/XQ/YI/YQ四路信息。以第一通道XI为参考，任意通道相对第一通道的时延τi＝tac-i*t0，其中tac为两个通道DMT信号的准确起始点之间的时间差，实际探测过程中tac基本不可能准确地获取，故可分别选取两个通道DMT信号循环前缀中任意一个采样点b和d，它们之间的时间差为tbd，tbd＝tac+Δτ，其中Δτ为b和d在循环前缀中相对位置不同而产生的时延；对接收到的四个通道测量信号si(t)，i＝1、2、3、4，分别做傅里叶变换得到Si(f)，以第一通道为参考，得到通道之间信号的频率相对响应为：
接下来，对Ri(f)的相位谱进行相位解交织操作，避免相位的跳变；之后对最终获的Ri(f)相位谱以频率为自变量做线性回归，获得相位响应的斜率ki，计算得到符号时延
任意通道相对第一通道的通道时延为：τi＝tab-Δτi，频率相关的偏振与IQ不平衡(包含幅度和相位不平衡)为：
其中幅度不平衡为Hi(f)的幅度部分，相位不平衡为Hi(f)的相位部分。
本发明较佳实施例所述的收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，应用于收发机中的接收机，则为接收机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，所述方法中运用的装置如图6所示，图中包括激光器(例如，第二激光器)、IQ调制器、信号发生器(例如，第二信号发生器)、偏振控制器、相干探测器和测量装置，其中，所述第二激光器与所述IQ调制器及所述测量装置连接，所述第二信号发生器与所述IQ调制器连接，所述IQ调制器与所述偏振控制器连接，所述偏振控制器连接与所述相干探测器连接，所述相干探测器与所述测量装置连接；具体地如图7所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S210、所述第二激光器将第一路载波作为本振光发射至所述相干探测器，将第二路载波发射至所述单偏振IQ调制器，所述单偏振IQ调制器并接收所述第二信号发生器发送的单边带正交频分复用信号。
具体地，由第二激光器发射载波到分光器，所述分光器将所述载波分为两路，一路进入单偏振IQ调制器，另一路进入相干探测器，作为相干接收机的本振光(如图8中的部分结构所示)，并且第二信号发生器发射两路信号分别为单边带正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)信号的实部和虚部进入单偏振IQ调制器，使得信号探测装置为标准相干接收机，测量结果不受探测器的频响影响，可以利用光电探测器完成对测量信号幅度和相位信息的接收。
步骤S220、所述单偏振IQ调制器将所述单边带正交频分复用信号在所述载波上进行调制得到目标信号，将所述目标信号发送至所述偏振控制器，所述偏振控制器控制所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度。
具体地，所述单偏振IQ调制器将所述单边带正交频分复用信号在所述载波上进行调制得到目标信号，将所述目标信号发送至所述偏振控制器，所述偏振控制器控制所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度(例如，45°)，使相干探测器的两个偏振有相同的光/电功率输出，经过相干探测器后输出XI、XQ、YI和YQ四路信号，此时四路信号的时序如图9所示，其中，XI信号为第一偏振态的I路信号，XQ信号为第一偏振态的Q路信号，YI信号为第二偏振态的I路信号，YQ信号为第二偏振态的Q路信号。
进一步地，所述目标信号为：E(t)＝s1(t)+js2(t)，其中，s(t)为单边带正交频分复用信号的实部和虚部，s1(t)为第一偏振态的I路信号，s2(t)为第一偏振态的Q路信号，j为虚数，t为时间变量。
步骤S230、所述相干探测器基于所述角度发射出四路通信信号至所述测量装置，所述测量装置对所述通信信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行计算得到斜率，基于所述斜率得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出接收机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
具体地，所述相干探测器基于所述角度发射出四路通信信号至所述测量装置，所述测量装置接收到的四路通道信号是并行的，四个通道取相同的采样时刻，只需要保证采样时刻都位于四个通道的循环前缀内，故不存在预设时延t0；所述测量装置对所述四路通道信号进行傅里叶变换得到第一通道频域S1(f)、第二通道频域S2(f)、第三通道频域S3(f)和第四通道频域S4(f)，并基于所述第一通道频域S1(f)，将所述第二通道频域S2(f)比上所述第一通道频域S1(f)得到所述第二通道频率的相对响应R2(f)，即
所述第三通道频率的相对响应R3(f)，即
和所述第四通道频率的相对响应R4(f)，即
其中F[s(t)]为对离散多音频信号进行傅里叶变换，f为加载了信号的奇数子载波频率，
为卷积运算符号，Δτ2为第二通道相对于第一通道的符号时延，Δτ3为第三通道相对于第一通道的符号时延，Δτ4为第四通道相对于第一通道的符号时延，h2(t)为第二通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h3(t)为第三通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h4(t)为第四通道相对于第一通道的频率相关不平衡。
接下来，分别对所述第二通道的频率相对响应的相位谱、所述第三通道的频率相对响应的相位谱和所述第四通道的频率相对响应的相位谱进行相位解交织操作得到三个通道的目标相位谱，避免相位的跳变；之后对每个通道的目标相位谱以频率为自变量做线性回归，获得相位响应的斜率k2、k3和k4，分别可得到通道间的符号时延
和
因此，任意通道相对第一通道的通道时延为：τi＝-Δτi，频率相关的偏振与IQ不平衡(包含幅度和相位不平衡)为：
其中幅度不平衡为Hi(f)的幅度部分，相位不平衡为Hi(f)的相位部分，而Hi(f)的模是幅度部分，角度是相位部分；本发明在接收机测量时测量信号为单边带正交频分复用信号，一般测量方法测量信号为QPSK信号，而测量信号为单边带正交频分复用信号使得本发明的测量方法可以一次测量完成偏振和IQ幅度不平衡、相位不平衡测试，并且不需要做精确的符号对齐，符号之间的时延由算法计算获得。
另外，本发明通过选取两个通道循环前缀中不同位置的符号作为参考点，利用两个通道之间的频率相关响应的相对相位响应斜率估计出两个参考符号在循环前缀中位置不同产生的时延；一般测量方法选取两个通道循环前缀中相同同位置的符号作为参考点，会产生较大的时延和相位误差；由此本发明简化了测量结构和测量方法，降低了测量成本，测量精度由子载波数量决定，可以达到飞秒量级，提高了时延测量准确性。
进一步地，本发明还可以应用于双偏振相干光接收机中，所述双偏振相干光接收机不需要本振信号，如图10所示，可测量出双偏振相干光接收机的偏振不平衡和IQ不平衡，方法为：步骤一、由激光器发射载波进入单偏振IQ调制器，信号发生器产生信号进入振IQ调制器，经由单偏振IQ调制器完成调制后通过偏振控制器控制单边带正交频分复用信号的光偏振态与相干探测器的本征偏振态成45°，经过相干探测器后输出XI/XQ/YI/YQ四路信号；步骤二、将四路相同测试信息调制为子载波交织的DMT信号加直流载波并输入所述双偏振相干光接收机的输入端，经所述双偏振相干光接收机接收后得到四路信号，所述四路信号分别为s1(t)、s2(t)、s3(t)和s4(t)，其中，s1(t)为第一偏振态的I路信号，s2(t)为第一偏振态的Q路信号，s3(t)为第二偏振态的I路信号，s4(t)为第二偏振态的Q路信号；步骤三、将所述第一偏振态的I路信号设定为参考通道信号，其他三路信号为测试通道信号，取所述参考通道信号s1(t)信号循环前缀中任意符号a和所述测量通道信号si(t)信号循环前缀中任意符号b，测量a、b之间时延tab；步骤四、对接收到的四个通道测量信号si(t)，i＝1、2、3、4，分别做傅里叶变换得到Si(f0，以第一通道为参考，得到通道之间信号的频率相关响应为：
接下来，对Ri(f)的相位谱进行相位解交织操作，避免相位的跳变；之后对最终获的Ri(f)相位谱以频率为自变量做线性回归，获得相位响应的斜率ki，计算得到通道间的符号时延
任意通道相对第一通道的通道时延为：τi＝tab-Δτi，频率相关的偏振与IQ不平衡(包含幅度和相位不平衡)为：
其中幅度不平衡为Hi(f)的幅度部分，相位不平衡为Hi(f)的相位部分。
进一步地，本发明还可以应用于单偏振相干光接收机，可测量出单偏振相干光接收机的偏振不平衡和IQ不平衡，方法为：步骤一、将两路相同测试信息调制为单边带双偏振OFDM信号并输入单偏振相干光接收机输入端，经接收机接收后得到两路信号si(t)，i＝1、2；步骤二、取参考通道s1(t)信号循环前缀中任意符号a和测量通道s2(t)信号循环前缀中任意符号b，并测量a、b之间时延tab；步骤三、对接收到的两个通道测量信号si(t)分别做傅里叶变换得到Si(f)，i＝1、2，以第一通道为参考，得到通道之间信号的频率相关响应为：
接下来，对R2(f)的相位谱进行相位解交织操作，避免相位的跳变；之后对最终获的R2(f)相位谱以频率为自变量做线性回归，获得相位响应的斜率k2，计算得到通道的符号时延
第二通道相对第一通道的通道时延为：τ2＝tab-Δτ2，频率相关的偏振与IQ不平衡(包含幅度和相位不平衡)为：
其中幅度不平衡为H2(f)的幅度部分，相位不平衡为H2(f)的相位部分。
进一步地，基于上述收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，本发明还相应提供了一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量的系统，其中，所述收发机包括所述发射机和接收机；
如图1所示，所述发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统包括：激光器(例如，第一激光器)、信号器(例如，第一信号发生器)、偏振分集IQ调制器、和单端光电探测器；
所述第一激光器，用于发射载波至所述偏振分集IQ调制器；
所述第一信号发生器，用于分时发送四路通道信号至所述偏振分集IQ调制器；
所述偏振分集IQ调制器，用于将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至所述单端光电探测器；
所述单端光电探测器，用于对所述输出信号进行处理，测量出发射机的偏振不平衡与IQ不平衡；
如图6所示，所述接收机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统包括：激光器(例如，第二激光器)、IQ调制器、信号发生器(例如，第二信号发生器)、偏振控制器、相干探测器和测量装置；
所述第二激光器，用于发射载波至所述IQ调制器和所述相干探测器；
所述第二信号发生器，用于发送正交频分复用信号至所述IQ调制器；
所述IQ调制器，用于将所述正交频分复用信号在所述载波上进行调制得到目标信号，将所述目标信号发送至偏振控制器；
所述偏振控制器，用于控制所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度；
所述相干探测器，用于基于所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度发射出四路通信信号至所述测量装置；
所述测量装置，用于对所述通信信号进行处理，测量出接收机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
综上所述，本发明提供一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，所述方法包括：当第一激光器发射载波至偏振分集IQ调制器接收载波及四路通道信号，将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至单端光电探测器；所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相关响应，对所述频率相关响应的相位谱进行计算得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述通道间相对时延计算出收发机的偏振不平衡与IQ不平衡。本发明通过两个通道之间的相对相位响应斜率，得出两个参考符号在循环前缀中位置不同产生的时延，使得测量过程无需进行符号对齐，一次完成偏振不平衡和IQ不平衡的测试。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的计算机可读存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的计算机可读存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (13)
1.一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，其特征在于，应用于收发机中的发射机，所述发射机包括第一激光器、第一信号发生器、偏振分集IQ调制器和单端光电探测器，所述方法包括：
所述偏振分集IQ调制器接收所述第一激光器发送的作为通信信号的载波，并接收所述第一信号发生器发送的四路通道信号；
所述偏振分集IQ调制器将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至单端光电探测器；
所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行线性拟合得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出发射机的偏振不平衡与IQ不平衡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四路通道信号分别为第一偏振态的I路信号、第一偏振态的Q路信号、第二偏振态的I路信号和第二偏振态的Q路信号；
所述输出信号为：
其中，E(t)为输出信号，
为第一偏振态的I路信号，
为第一偏振态的Q路信号，
为第二偏振态的I路信号，
为第二偏振态的Q路信号，j为虚数，t为时间变量，τ2为第二通道相对于第一通道的通道时延，τ3为第三通道相对于第一通道的通道时延，τ4为第四通道相对于第一通道的通道时延，
为卷积运算符号，h2(t)为第二通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h3(t)为第三通道相对于第一通道的频率相关不平衡，h4(t)为第四通道相对于第一通道的频率相关不平衡。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述输出信号发送至单端光电探测器，之后还包括：
预先将四路所述通道信号中所述第一偏振态的I路信号设定为参考通道信号，并将剩余的三路所述通道信号设定为测量通道信号；
单端光电探测器获取所述参考通道信号循环前缀中的第一符号和所述测量通道信号循环前缀中第二符号，并测量所述第一符号与所述第二符号之间的符号时延。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单端光电探测器对所述输出信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行线性拟合得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出发射机的偏振不平衡与IQ不平衡，具体包括：
所述光电探测器对所述输出信号中的四路所述通道测试信号进行傅里叶变换得到第一通道频域、第二通道频域、第三通道频域和第四通道频域，并基于所述第一通道频域得到所述第二通道频率的相对响应、所述第三通道频率的相对响应和所述第四通道频率的相对响应；
分别对所述第二通道的频率相对响应的相位谱、所述第三通道的频率相对响应的相位谱和所述第四通道的频率相对响应的相位谱进行相位解交织操作得到三个通道的目标相位谱，并对每个所述目标相位谱进行线性回归得到三个所述目标相位谱的斜率；
基于每个斜率计算得到三个通道测量时的符号时延，基于每个符号时延得到三个通道时延，并基于每个所述通道时延计算出发射机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述频域相对响应的表达式为：
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通道时延的表达式为
其中，Δτi为第i通道相对于第一通道的符号时延，ki为第i通道的斜率；
所述偏振不平衡与IQ不平衡的表达式为：
其中，Hi(f)为所述偏振不平衡与IQ不平衡，Ri(f)为第i通道与第一通道的频率相关响应，j为虚数，f为加载了信号的奇数子载波频率。
7.一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法，其特征在于，应用于收发机中的接收机，其中，所述接收机包括第二激光器、IQ调制器、第二信号发生器、偏振控制器、相干探测器和测量装置，所述方法包括：
所述第二激光器将第一路载波作为本振光发射至所述相干探测器，将第二路载波发射至所述单偏振IQ调制器，所述单偏振IQ调制器并接收所述第二信号发生器发送的单边带正交频分复用信号；
所述单偏振IQ调制器将所述单边带正交频分复用信号在所述载波上进行调制得到目标信号，将所述目标信号发送至所述偏振控制器，所述偏振控制器控制所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度；
所述相干探测器基于所述角度发射出四路通信信号至所述测量装置，所述测量装置对所述通信信号进行处理得到频率相对响应，对所述频率相对响应的相位谱进行计算得到斜率，基于所述斜率得到通道间测量时的符号时延，基于所述符号时延得到通道间的相对时延，并基于所述相对时延计算出接收机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述四路通道信号分别为第一偏振态的I路信号、第一偏振态的Q路信号、第二偏振态的I路信号和第二偏振态的Q路信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述角度为45度。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述频域相对响应的表达式为：
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通道时延的表达式为
其中，Δτi为第i通道相对于第一通道的符号时延，ki为第i通道的斜率；
所述偏振不平衡与IQ不平衡的表达式为
其中，Hi(f)为所述偏振不平衡与IQ不平衡，Ri(f)为第i通道与第一通道的频率相关响应，j为虚数，f为加载了信号的子载波频率。
12.一种收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统，其特征在于，所述收发机包括所述发射机和接收机；
所述发射机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统包括：第一激光器、偏振分集IQ调制器、第一信号发生器和单端光电探测器；
所述第一激光器，用于发射载波至所述偏振分集IQ调制器；
所述第一信号发生器，用于分时发送四路通道信号至所述偏振分集IQ调制器；
所述偏振分集IQ调制器，用于将每路所述通道信号调制到所述载波上得到输出信号，并将所述输出信号发送至所述单端光电探测器；
所述单端光电探测器，用于对所述输出信号进行处理，测量出发射机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡；
所述接收机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量系统包括：第二激光器、IQ调制器、第二信号发生器、偏振控制器、相干探测器和测量装置；
所述第二激光器，用于发射载波至所述IQ调制器和所述相干探测器；
所述第二信号发生器，用于发送单边带正交频分复用信号至所述IQ调制器；
所述IQ调制器，用于将所述单边带正交频分复用信号在所述载波上进行调制得到目标信号，将所述目标信号发送至偏振控制器；
所述偏振控制器，用于控制所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度；
所述相干探测器，用于基于所述目标信号的光偏振态与所述相干探测器的所述本振光的偏振态成预定的角度发射出四路通信信号至所述测量装置；
所述测量装置，用于对所述通信信号进行处理，测量出接收机频率相关的偏振不平衡与IQ不平衡。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1-6或7-10中任意一项所述收发机频率相关的偏振与IQ不平衡的测量方法的步骤。
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