ES2300021T3 - Metodo para linealizar un aparato optoelectronico no lineal y aparato correspondiente. - Google Patents
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Abstract
Método de linealización de un aparato electrónico u optoelectrónico no lineal, comprendiendo el método las etapas de: (a) inyectar uno o más tonos de calibración como una señal eléctrica de entrada y obtener una forma digitalizada de la señal de salida de dicho aparato; (b) obtener el espectro de dicha forma digitalizada y medir, en el dominio de la frecuencia, valores espectrales en las frecuencias del tono o tonos de entrada y en las frecuencias de líneas espectrales que surgen de la no linealidad; (c) proporcionar, a partir de dichos valores espectrales, una forma inversa de la no linealidad; y (d) realizar una linealización sobre señales de salida posteriores para señales de entrada arbitrarias aplicando dicha forma inversa de la no linealidad a la señal de salida.
Description
Método para linealizar un aparato
optoelectrónico no lineal y aparato correspondiente.
La presente invención se refiere a un método y
medios de linealización de un aparato electrónico u
optoelectrónico, y en particular, aunque no exclusivamente, a un
método y medios para linealizar un aparato optoelectrónico que
incluye un modulador optoelectrónico.
Un enlace óptico conocido, tal como se muestra
en la figura 1, comprende una onda continua (CW, continuous
wave) o láser 2 pulsado acoplado a un modulador 4
optoelectrónico Mach-Zehnder. El modulador 4 es de
construcción conocida, teniendo dos trayectorias 6 de luz
separadas. Se aplica una señal RF entrante en 8 a las trayectorias
6 para modular la fase respectiva de la luz que pasa a través de
las trayectorias separadas. Tras la recombinación en la salida del
modulador, se produce interferencia constructiva o destructiva,
dando como resultado una modulación de la amplitud de la luz láser
de salida. La luz modulada se transmite a través de una fibra 10
óptica a un fotodetector 12 remoto. La salida del fotodetector se
digitaliza en un conversor 14 analógico-digital
(ADC, Analogue to Digital Converter) para su procesamiento
posterior. El enlace puede incluir adicionalmente otros componentes
tales como filtros o amplificadores.
Un problema que surge con tales enlaces ópticos
es el de no linealidades en el enlace. Una causa principal de la no
linealidad es la característica de transferencia del modulador. El
modulador optoelectrónico Mach-Zehnder, por
ejemplo, tiene una característica de transferencia de onda
senoidal, que surge de la modulación en las trayectorias del
modulador.
En la técnica anterior existe un número de
enfoques de linealización para soluciones ópticas y eléctricas
analógicas pero éstas añaden complejidad y a menudo pueden ofrecer
sólo mejoras de rendimiento limitadas. Por lo tanto, resulta
beneficioso que la linealización pueda realizarse digitalmente, es
decir, después del ADC.
El uso de linealización digital de enlaces
ópticos después del ADC se ha aplicado en "Digitally
Linearised Wide-Band Photonic Link" T.R.
Clark y P.J. Matthews, Journal of Lightwave Technology, volumen 19,
N° 2, febrero de 2001, página 172, en el que se invierte la
característica sinusoidal de buen comportamiento de un modulador
Mach-Zehnder para proporcionar una señal
linealizada. Esta técnica se basa en que el modulador se polariza
en cuadratura, pero en la práctica la polarización precisa es
difícil de conseguir y está sujeta a variación. También está
limitada a corregir la característica de transferencia sinuosoidal
y no puede corregir las no linealidades en otros componentes.
Además también está limitada a frecuencias de aplicación en la
región de O Hz y a moduladores con una respuesta en frecuencia
plana.
Un método conocido de medición de la linealidad
de un sistema es inyectar un tono y entonces muestrear los datos y
obtener el espectro utilizando una transformada rápida de Fourier
(FFT, Fast Fourier Transform). El espectro de salida
contiene una línea en la frecuencia del tono de entrada, pero
también contiene líneas de salida de potencia inferior en múltiplos
de la frecuencia de entrada (armónicos).
Un ejemplo de técnica relacionada que utiliza
linealización para aparatos optoelectrónicos no lineales es
"Wide-band analog-digital
photonic link with third order linearisation", T.R. Clark
et al., Microwave Symposium Digest, junio de 2000, páginas
691 a 694.
En la técnica anterior hay ejemplos en los que
se considera la posibilidad de cálculo directo de la no linealidad
a partir del espectro (por ejemplo, "A/D Converters
Nonlinearity Measurement and Correction by Frequency Analysis and
Dither", F. Adamo, F. Attivissimo, N. Giaquinto, A. Trotta,
IEE Transactions on Instrumentation and Measurement, volumen 52, N°
4, agosto de 2003) pero no se consigue. Estas técnicas tienden a
utilizan polinomios ortogonales debido a su potencial para una
buena representación del sistema no lineal pero añaden complejidad
y están restringidas, en su rendimiento adecuado, a tipos
específicos de señal de entrada. Tampoco están diseñadas para
aprovechar la característica de transferencia sinusoidal conocida
del modulador Mach-Zehnder.
Es un objetivo de la invención proporcionar un
método y medios mejorados para linealizar un aparato electrónico u
optoelectrónico.
En un primer aspecto, la invención proporciona
un método de linealización de un aparato electrónico u
optoelectrónico no lineal, comprendiendo el método las etapas
de:
(a) inyectar uno o más tonos de calibración como
una señal eléctrica de entrada y obtener una forma digitalizada de
la señal de salida de dicho aparato;
(b) obtener el espectro de dicha forma
digitalizada y medir, en el dominio de la frecuencia, valores
espectrales en las frecuencias del tono o tonos de entrada y en las
frecuencias de líneas espectrales que surgen de la no
lineali-
dad;
dad;
(c) proporcionar, a partir de dichos valores
espectrales, una forma inversa de la no linealidad; y
(d) realizar una linealización sobre señales de
salida posteriores para señales de entrada arbitrarias aplicando
dicha forma inversa de la no linealidad a la señal de salida.
En un segundo aspecto, la invención proporciona
un aparato electrónico u optoelectrónico no lineal, que incluye
medios para linealizar el aparato que comprenden:
(a) medios de entrada para recibir uno o más
tonos de calibración como una señal eléctrica de entrada y medios
para obtener una forma digitalizada de la señal de salida
correspondiente de dicho aparato;
(b) medios para obtener el espectro de dicha
forma digitalizada y medir, en el dominio de la frecuencia, valores
espectrales en las frecuencias del tono o tonos de entrada y en
las frecuencias de líneas espectrales que surgen de la no
linealidad;
(c) medios para proporcionar, a partir de dichos
valores espectrales, una forma inversa de la no linealidad; y
(d) medios para realizar una linealización sobre
señales de salida posteriores para señales de entrada arbitrarias
aplicando dicha forma inversa de la no linealidad a la señal de
salida.
En un aspecto más específico, la invención
proporciona un aparato optoelectrónico que incluye un modulador
optoelectrónico para recibir una señal eléctrica entrante y para
modular una señal de luz que pasa a través del modulador, en el que
la característica de transferencia del modulador es conocida, y que
incluye medios para detectar la señal de luz modulada y para
digitalizar la señal detectada, comprendiendo además el
aparato:
(a) medios para inyectar uno o más tonos de
calibración en el aparato como una señal eléctrica de entrada y
medios para obtener una forma digitalizada de la señal de luz
modulada detectada correspondiente;
(b) medios para obtener el espectro de dicha
forma digitalizada de señal de la etapa (a) y para medir, en el
dominio de la frecuencia, valores espectrales, en las frecuencias
del tono o tonos de entrada y en las frecuencias de líneas
espectrales que surgen de una no linealidad en el aparato;
(c) medios para proporcionar, a partir de dichos
valores espectrales, una forma inversa de la no linealidad; y
(d) medios para realizar una linealización sobre
señales de salida posteriores para señales de entrada arbitrarias
aplicando dicha forma inversa de la no linealidad a la señal de
salida.
En una realización preferida, la invención se
refiere se ocupa de un aparato optoelectrónico que incluye un
transmisor de luz, un modulador optoelectrónico para recibir una
señal eléctrica de entrada para modular la luz desde el transmisor,
un receptor de luz, medios para digitalizar la salida eléctrica
desde el receptor de luz, y un procesador para procesar las señales
eléctricas digitalizadas. El método de linealización de la
invención se basa en aplicar una señal de modulación que comprende
uno o más tonos de calibración al modulador y medir los armónicos
generados en las señales eléctricas digitalizadas. Se obtiene una
expresión que cuantifica la no linealidad en términos de las
amplitudes de las señales armónicas. El procesador se emplea para
calcular la no linealidad, y entonces para invertir la no
linealidad y aplicar la inversión a datos entrantes posteriores con
el fin de linealizar los datos.
La invención es aplicable en principio a
cualquier tipo de no linealidad dentro del aparato optoelectrónico,
ya sea láser, fotodetector, amplificadores o modulador. Sin
embargo, la presente invención es particularmente aplicable a
moduladores optoelectrónicos que son la principal causa de la no
linealidad. La presente invención es particularmente aplicable a
moduladores optoelectrónicos del tipo Mach- Zehnder, puesto que
éstos tienen una característica de onda senoidal bien determinada,
y puede obtenerse una expresión precisa que representa la no
linealidad de onda senoidal en términos de arménicos que, cuando se
aplica, da una corrección muy buena. La presente invención puede
aplicarse en principio a otros tipos de moduladores.
La invención también prevé la aplicación de una
linealización de series de potencias para otras no linealidades
existentes en el sistema tales como aquellas para una fuente de luz
láser, amplificadores y un fotodetector.
La invención también es aplicable a aparatos
electrónicos que incluyen no linealidades.
La invención en al menos una realización
preferida consiste en dos fases distintas, calibración y luego
linealización. En una forma, las etapas de calibración son las
siguientes:
1) Ejecutar el sistema para una entrada de tono
y recopilar un lote de datos.
2) Calcular el espectro de los datos (por
ejemplo utilizando una FFT).
3) Medir la salida en la frecuencia de entrada
(valor complejo) y en la frecuencia de los armónicos (valores
complejos).
4) Obtener la no linealidad a partir de las
mediciones espectrales basándose en una característica
senoidal.
5) Invertir la no linealidad.
La fase de linealización aplica la no linealidad
invertida a los datos de entrada en el dominio del tiempo según
llegan.
El espectro puede medirse mediante una FFT, o un
banco de filtros, o cualquier otro método de estimación
espectral.
En una forma preferida de la invención,
utilizando la característica senoidal conocida, se corrigen en gran
medida no linealidades debidas al modulador
Mach-Zehnder, que es normalmente la fuente
dominante de no linealidad. Para corregir las otras fuentes de no
linealidad puede realizarse una fase de linealización adicional,
utilizando los mismos datos recopilados, basándose en una expresión
no lineal más general tal como las series de potencias. Otras
fuentes de no linealidades incluyen, por ejemplo, amplificadores
eléctricos (que pueden incorporarse en cualquiera de las fases
eléctricas del sistema) y el fotodiodo.
Las etapas para esta segunda fase de
linealización son las siguientes:
1) Aplicar la linealización obtenida en la fase
1 al mismo lote de datos.
2) Calcular el espectro de los datos.
3) Medir los armónicos.
4) Obtener la no linealidad a partir de las
mediciones de armónicos basándose en las series de potencias.
5) Invertir la no linealidad.
Las dos no linealidades inversas pueden
aplicarse entonces por separado a los datos o combinarse en una
única no linealidad para la linealización.
Una vez que se ha realizado el cálculo directo
de los parámetros de la no linealidad puede mejorarse
adicionalmente el rendimiento de la linealización, si se varían los
parámetros de sus valores calculados, es decir determinando un
conjunto más refinado para sus valores comparando el rendimiento en
el dominio de la frecuencia. La elección de valores puede elegirse
en un intervalo o elegirse sucesivamente en cada iteración
basándose en los resultados de la iteración anterior para converger
a una solución mejorada. En lugar de iterar basándose en los
resultados de los cálculos directos, como alternativa la no
linealidad inversa podría determinarse completamente mediante
iteración a partir de valores iniciales arbitrarios.
En una forma alternativa de la invención, puede
modificarse el procedimiento de cálculo generando una tabla de
consulta a partir de la expresión para la no linealidad y
obteniendo la inversa directamente a partir de la tabla de
consulta, es decir, mirando la curva representada por la tabla de
consulta desde el otro eje al que se utiliza para mirar la no
linealidad directa.
La invención puede emplear un único tono de
calibración, para mayor simplicidad. Una dificultad potencial con
un único tono de calibración es que los armónicos que han de
medirse pueden superar el ancho de banda de frecuencia del
conversor analógico-digital en ciertas situaciones.
La presente invención propone, en aspecto adicional, la aplicación
de dos o más tonos de calibración simultáneos. Las no linealidades
que han de corregirse crean productos de intermodulación de estos
dos tonos de modulación que están relativamente próximos entre sí
en términos de frecuencia. Se miden las amplitudes de los productos
de intermodulación. Se obtiene una expresión adecuada que define la
no linealidad en términos de estos productos de intermodulación, y
entonces puede aplicarse una corrección, según la invención.
Una variación significativa en la respuesta en
frecuencia en el sistema que surge en el(los)
componente(s) que provoca(n) la no linealidad puede
afectar al rendimiento de la linealización. La invención puede
combinarse con cualquier método para corregir la variación en la
respuesta en frecuencia, por ejemplo escalonar un tono de entrada a
lo largo de la frecuencia para determinar la respuesta en
frecuencia y obtener entonces un filtro a partir de las mediciones.
La corrección de frecuencia puede realizarse con baja intensidad de
señal para minimizar cualquier interdependencia sobre la
linealidad. La linealización puede aplicarse entonces después de la
corrección de la respuesta en frecuencia. En este caso hay sólo una
no linealidad en todo el espectro.
En un procedimiento adicional, la presente
invención reconoce que ciertas no linealidades pueden tener
características diferentes en diferentes regiones de frecuencia del
ancho de banda de interés y, por tanto, que más de una no
linealidad puede representar mejor el sistema. En este caso, el
ancho de banda puede dividirse en una pluralidad de canales de
frecuencia teóricos y puede aplicarse una corrección por separado
para cada canal repitiendo el procedimiento de calibración para
cada canal. Para N bandas de frecuencia el procedimiento de
calibración se realiza N veces utilizando señales de calibración en
frecuencias en cada una de las N bandas respectivamente. El
procedimiento de linealización se aplica de manera similar N veces
para producir N conjuntos de datos de salida. Se calcula el
espectro para cada uno de los N conjuntos de datos linealizados y la
banda de frecuencia correspondiente para cada conjunto utilizado.
Esto se ilustra en la figura 5.
La invención es una mejora sobre enfoques
ópticos o eléctricos analógicos que existen en la técnica anterior
porque éstos añaden complejidad de hardware en la trayectoria de
señal y normalmente sólo ofrecen mejoras de rendimiento limitadas
incluyendo rendimiento de ancho de banda limitado o ruido
aumentado.
La invención tiene ventajas sobre los métodos
digitales de la técnica anterior (Clark et al) puesto que
adicionalmente puede:
(1) Tener en cuenta automáticamente el punto de
polarización del modulador.
(2) Calibrarse utilizando un único tono de
entrada, lo que es beneficioso en sistemas que ya utilizan tonos,
por ejemplo, para calibrar la respuesta en frecuencia.
(3) Mejorar el rendimiento de la linealización,
utilizando los mismos datos de linealización, mediante una
siguiente corrección utilizando una representación de series de
potencias para las no linealidades que quedan.
(4) Calibrar con un tono, o tonos, permite una
determinación más precisa de los parámetros no lineales para un
intervalo de frecuencia específico en lugar de ser sólo válido en
una región próxima a 0 Hz.
(5) Utilizarse para realizar linealización
dependiente de la frecuencia.
Es evidente que puede haber variaciones en el
algoritmo sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo,
durante la calibración alternativamente podría obtenerse
directamente la no linealidad inversa sin la etapa intermedia de
determinar la no linealidad directa.
La señal y los armónicos pueden tener
frecuencias superiores a la frecuencia de Nyquist (mitad de la tasa
de muestreo del sistema) y plegarse en la banda.
Para permitir la desviación del sistema puede
repetirse el procedimiento de calibración a intervalos
regulares.
Si hay no linealidades en cascada en la
arquitectura de hardware, el algoritmo también puede ser en
cascada. Esto puede realizarse mediante la obtención consecutiva de
las no linealidades sucesivas o en una única etapa obteniendo una
única no linealidad combinada.
A continuación se describirá una realización
preferida de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en
los que:
- la figura 1 es una vista esquemática de un
enlace optoelectrónico conocido;
- la figura 2 es un esquema de una
característica de transferencia Mach-Zehnder para
entender la invención;
- la figura 3 es un diagrama esquemático de un
enlace optoelectrónico que incorpora las medidas de calibración y
linealización de la invención;
- la figura 4 es un diagrama esquemático que
muestra el uso de dos tonos de calibración y sus productos de
intermodulación en la presente invención; y
- la figura 5 es una vista esquemática de medios
de linealización de un sistema en el que la no linealidad depende
de la frecuencia.
Para un modulador Mach-Zehnder,
la característica de transferencia es tal como se muestra en la
figura 2, mostrada para 3^{er} orden, en la que la señal de
entrada para un sistema no lineal tiene armónicos presentes en la
salida.
A continuación se describe el algoritmo para
calcular la no linealidad basándose en la función de transferencia
de sinusoide.
La característica de transferencia es:
Donde \gamma representa la tensión de salida,
x representa la tensión de entrada, y \alpha y \beta son
factores de escala, y \Delta es el desfase de polarización del
modulador Mach-Zehnder.
Supóngase una señal de entrada de un único
tono:
Donde b y \phi y f son la amplitud, fase y
frecuencia de la señal de entrada respectivamente, y t es el
tiempo.
Puede demostrarse que, para 3^{er} orden, el
espectro resultante consiste en 4 valores complejos: V_{0} a 0
Hz, V_{1} en la frecuencia de entrada, V_{2} en el segundo
armónico, y V_{3} en el tercer armónico.
Para obtener los parámetros para la no
linealidad, la característica senoidal puede representarse de
manera aproximada mediante sus series de potencias por ejemplo para
dos términos:
Sustituir la ecuación para la señal de entrada
en la ecuación anterior y desarrollar da lugar a expresiones para
los coeficientes de las frecuencias de armónicos que corresponden a
V_{0}, V_{1}, V_{2} y V_{3}. Pueden obtenerse entonces
expresiones para el desfase de fase y de escala de la no
linealidad, es decir,
Donde el ajuste a escala global de la entrada
para la no linealidad es:
La señal linealizada puede entonces
reconstruirse utilizando el seno inverso:
Si puede haber fuentes adicionales de no
linealidades en el sistema se emplea un algoritmo adicional basado
en una serie de potencias sobre los datos de calibración para
calcular no linealidades adicionales.
A continuación se describe el algoritmo para
calcular la no basándose en las series de potencias:
La forma general de las series de potencias para
una función de transferencia asimétrica es:
Puede separarse un factor ((3) de escala
general, y aproximar por términos de hasta 3er orden y también
poner k1 = 1 por lo que beta es el ajuste a escala global.
Como anteriormente, para 3^{er} orden, el
espectro resultante consiste en 4 valores complejos a partir de los
cuales pueden obtenerse los parámetros, es decir, como
anteriormente, sustituir la expresión para la señal en la ecuación
para y, y desarrollar da lugar a las expresiones que multiplican
los armónicos que corresponden a V_{0}, V_{1}, V_{2} y V_{3}
que pueden medirse. Por ejemplo, en un sistema de 3^{er} orden
puede demostrarse que k_{2} y k_{3} son:
\vskip1.000000\baselineskip
El valor de \beta no se conoce pero para
linealizar los datos no se necesita su valor, tal como puede verse
sustituyendo k_{2} y k_{3}, y k_{1} = 1 de nuevo en la
expresión para y, es decir:
La ecuación anterior es una serie de potencias
en \betax. Por lo tanto, calcular la inversa devuelve el
resultado linealizado excepto por un desfase, que no es necesario
calcular.
La inversa de una serie de potencias puede
obtenerse analíticamente. Por ejemplo, para la siguiente no
linealidad de 3^{er} orden:
\vskip1.000000\baselineskip
Con la inversa:
\vskip1.000000\baselineskip
Puede demostrase que:
Sin embargo, una manera más conveniente y
precisa de invertir la no linealidad es generar una tabla de
consulta de la curva directa y obtener la inversa mediante la
consulta inversa de la tabla.
Es evidente que puede haber variaciones sobre
los cálculos anteriores sin apartarse del alcance de la
invención.
Por ejemplo, se dan las expresiones para
3^{er} orden, pero se podrían haber expresado para números de
términos superiores.
En referencia ahora a la figura 3, que es un
diagrama esquemático de un enlace optoelectrónico que incorpora las
medidas de calibración y linealización de la invención, partes
similares a las mostradas en la figura 1 se indican mediante los
mismos números de referencia.
La forma digitalizada de datos obtenida a partir
del ADC 14 se aplica sobre la línea 20 a un procesador de señal que
incluye una sección 22 de calibración y una sección 24 de
linealización. Los bloques en las secciones 22 y 24 representan
etapas de procesamiento sobre los datos entrantes.
En una fase de calibración, se introduce un
único tono de calibración a la entrada 8 del modulador 4. La forma
digitalizada de los datos obtenida a partir del ADC 14 se aplica a
la sección 22 de calibración, en la que una FFT como en 26 realiza
una transformada de Fourier sobre los datos, y proporciona señales
de salida complejas en intervalos (bins) de frecuencia. Estas
salidas se miden como en 28 para determinar la amplitud del tono de
calibración y los armónicos resultantes de las no linealidades en
el modulador.
Utilizando las expresiones dadas anteriormente,
se calcula la no linealidad inversa como en 30 para una función de
transferencia sinusoidal del modulador 4.
En la realización de la figura 3, se proporciona
una función de linealización de series de potencias adicional para
no linealidades adicionales existentes en el enlace 2 a 12 óptico,
y en esta segunda fase de calibración, se aplica el mismo conjunto
de datos muestreados sobre la línea 20 a la unidad 32. La no
linealidad inversa para una función sinusoide, calculada como en
30, se aplica a los datos como en 32. Esto es eficaz para
linealizar los datos para la función sinusoide. Los datos
linealizados se someten entonces a una FFT como en 34, y los
armónicos se miden como en 36, tal como se describió anteriormente
con referencia a los bloques 26, 28. En la unidad 38, se calcula la
no linealidad inversa de series de potencias a partir de los
valores medidos de los armónicos, empleando las expresiones dadas
anteriormente. Esto finaliza la fase de calibración.
En la fase de linealización, se proporciona una
señal que ha de procesarse en la entrada 8 del modulador 4. La
forma digitalizada de la señal sobre la línea 20 se aplica a la
sección 24 de linealización. En el bloque 40, la no linealidad
inversa de sinusoide calculada como en 30 se aplica a la señal
sobre la línea 20 para realizar la primera fase de la
linealización. En el bloque 42, la no linealidad inversa para la
serie de potencias calculada como en 38 se aplica en una segunda
fase de linealización. Los datos completamente linealizados se
emiten sobre la línea 44 de salida.
Tal como se observó anteriormente, una
dificultad potencial de emplear un único tono de calibración que
genera armónicos es que en ciertas circunstancias, el intervalo de
frecuencia de las líneas espectrales puede superar el rango
dinámico del ADC. En una modificación de la invención, tal como se
ilustra esquemáticamente en la figura 4, se aplican dos tonos de
calibración al modulador. Esto se ilustra cuando se aplican los
tonos 50 de calibración a la función 52 sinusoide del modulador. El
espectro 54 de salida incluye productos de intermodulación de los
dos tonos de calibración. Las líneas de intermodulación están
comparativamente próximas a los tonos de calibración básicos en
frecuencia. Por supuesto, hay líneas espectrales de frecuencia
superior que resultan de armónicos y productos de intermodulación
adicionales, pero pueden ignorarse para fines de análisis. Los
valores de las líneas 54 espectrales obtenidas aplicando una FFT a
la forma digitalizada de las señales del ADC se emplean para
calcular no linealidades inversas para el proceso de linealización.
Las ecuaciones equivalentes a las ecuaciones dadas anteriormente
para una entrada de un único tono pueden obtenerse para entradas de
dos o más tonos mediante las mismas etapas descritas anteriormente
por alguien experto en la técnica.
Los procesos de calibración indicados
anteriormente pueden mejorarse mediante un método iterativo basado
en variar los diversos factores para conseguir convergencia.
También, las expresiones dadas son para cuando
se utiliza una señal de calibración de un único tono pero pueden
realizarse cálculos equivalentes utilizando dos tonos (o más de dos
tonos).
Además es posible realizar correcciones a las
variaciones de la respuesta en frecuencia en la no linealidad tal
como se muestra en la figura 5 para el número de canales, N, igual
a 5, lo que ilustra que diferentes frecuencias pasan por diferentes
no linealidades.
Durante la calibración, pueden obtenerse
diferentes no linealidades inversas (las inversas de NL1 a NL5)
para diferentes bandas del espectro de frecuencia, por ejemplo
implementando el procedimiento de calibración utilizando pruebas de
un único tono o de dos tonos en cada banda de frecuencia, y
entonces el espectro se reconstruye a partir de las bandas
separadas durante la linealización.
Claims (20)
1. Método de linealización de un aparato
electrónico u optoelectrónico no lineal, comprendiendo el método
las etapas de:
(a) inyectar uno o más tonos de calibración como
una señal eléctrica de entrada y obtener una forma digitalizada de
la señal de salida de dicho aparato;
(b) obtener el espectro de dicha forma
digitalizada y medir, en el dominio de la frecuencia, valores
espectrales en las frecuencias del tono o tonos de entrada y en las
frecuencias de líneas espectrales que surgen de la no
linealidad;
(c) proporcionar, a partir de dichos valores
espectrales, una forma inversa de la no linealidad; y
(d) realizar una linealización sobre señales de
salida posteriores para señales de entrada arbitrarias aplicando
dicha forma inversa de la no linealidad a la señal de salida.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa (c) comprende calcular directamente, a partir de
expresiones matemáticas en términos de dichos valores espectrales,
parámetros para dicha forma inversa.
3. Método según la reivindicación 1, en el que
la etapa (b) y la etapa (c) se repiten iterativamente a partir de
valores iniciales arbitrarios con el fin de obtener parámetros para
dicha forma inversa.
4. Método según la reivindicación 2, en el que
la etapa (b) y la etapa (c) se repiten iterativamente a partir de
valores iniciales que comprenden los parámetros calculados
directamente para dicha forma inversa.
5. Método según la reivindicación 2, 3 ó 4, en
el que dicha forma inversa comprende una tabla de consulta o
expresión matemática generada a partir de dichos parámetros.
6. Método según la reivindicación 2, en el que
dichos parámetros son parámetros de una función sinusoidal.
7. Método según la reivindicación 2, en el que
dichos parámetros son parámetros de una función de serie de
potencias.
8. Método según la reivindicación 6, en el que,
posteriormente a la etapa (c) se realizan las siguientes
etapas:
i. obtener datos muestreados a partir de dicha
forma digitalizada de la señal de salida en la etapa (a) y
realizar una linealización de esos datos muestreados aplicando
dicha forma inversa de la no linealidad sinusoidal;
ii. obtener el espectro de dichos datos
muestreados linealizados y medir, en el dominio de la frecuencia,
valores espectrales en las frecuencias del tono o tonos de entrada
y en las frecuencias de líneas espectrales que surgen de una no
linealidad adicional; y
iii. proporcionar, a partir de los valores
espectrales de la etapa ii., parámetros para una forma inversa de
la no linealidad adicional, en el que dichos parámetros son
parámetros de una función de serie de potencias.
9. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que la no linealidad del aparato se
representa mediante dos o más no linealidades separadas y en el que
se determina una forma inversa para cada no linealidad separada
por medio de dichas etapas (b) y (c) en un enfoque secuencial
mediante el que se determina la forma inversa aplicable a una no
linealidad dada después de realizar una linealización con respecto
a cualquier no linealidad anterior en la secuencia.
10. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la linealización se combina
con un proceso para calibrar la respuesta en frecuencia del aparato
y en el que se aplica una única no linealidad a lo largo de un
intervalo de frecuencia dado.
11. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que la no linealidad depende de la
frecuencia, comprendiendo además el método las etapas de:
(A) dividir una señal de salida del aparato en
una pluralidad de canales, correspondiendo cada canal a una banda
de frecuencia diferente;
(B) inyectar señales de calibración con respecto
a cada banda de frecuencia y aplicar las etapas (b) y (c) para
obtener una no linealidad inversa para esa banda, y, durante la
linealización, aplicar las diferentes no linealidades inversas a
cada canal respectivo.
12. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que dichos valores espectrales
comprenden armónicos de un único tono de calibración.
13. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que dichos valores espectrales
comprenden productos de intermodulación de al menos dos tonos de
calibración.
14. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las etapas de calibración
(a) a (c) se realizan a intervalos en el tiempo para actualizar
dichas formas inversas de no linealidad.
15. Método según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, aplicado a un aparato optoelectrónico
que incluye un modulador optoelectrónico.
16. Método según la reivindicación 15, en el que
dicho modulador optoelectrónico es un modulador
Mach-Zehnder o cualquier otro dispositivo con la
propiedad de tener una no linealidad sinusoidal.
17. Aparato electrónico u optoelectrónico no
lineal, que incluye medios para linealizar el aparato que
comprenden:
(a) medios (4) de entrada para recibir uno o más
tonos de calibración como una señal eléctrica de entrada y medios
(14) para obtener una forma digitalizada de la señal de salida
correspondiente de dicho aparato;
(b) medios (22) para obtener el espectro de
dicha forma digitalizada y medir, en el dominio de la frecuencia,
valores espectrales en las frecuencias del tono o tonos de entrada
y en las frecuencias de líneas espectrales que surgen de la no
linealidad;
(c) medios (30, 40) para proporcionar, a partir
de dichos valores espectrales, una forma inversa de la no
linealidad; y
(d) medios (24) para realizar una linealización
sobre señales de salida posteriores para señales de entrada
arbitrarias aplicando dicha forma inversa de la no linealidad a la
señal de salida.
18. Aparato optoelectrónico que incluye un
modulador optoelectrónico para recibir una señal eléctrica entrante
y para modular una señal de luz que pasa a través del modulador, en
el que la característica de transferencia del modulador es
conocida, y que incluye medios para detectar la señal de luz
modulada y para digitalizar la señal detectada, comprendiendo
además el aparato:
(a) medios para inyectar uno o más tonos de
calibración en el aparato como una señal eléctrica de entrada y
medios (14) para obtener una forma digitalizada de la señal de luz
modulada detectada correspondiente;
(b) medios (22) para obtener el espectro de
dicha forma digitalizada de señal de la etapa (a) y para medir, en
el dominio de la frecuencia, valores espectrales en las frecuencias
del tono o tonos de entrada y en las frecuencias de líneas
espectrales que surgen de una no linealidad en el aparato;
(c) medios (30, 40) para proporcionar, a partir
de dichos valores espectrales, una forma inversa de la no
linealidad; y
(d) medios (24) para realizar una linealización
sobre señales de salida posteriores para señales de entrada
arbitrarias aplicando dicha forma inversa de la no linealidad a la
señal de salida.
19. Aparato según la reivindicación 17 o la
reivindicación 18, que comprende además medios para llevar a cabo
etapas de método tal como se expone en una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 16.
20. Aparato según la reivindicación 18, en el
que dicho modulador es un modulador
Mach-Zehnder.
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