一种比特精度改善的光子模数转换方法及系统技术方案

技术编号:20175644 阅读:30 留言:0更新日期:2019-01-23 00:02
本发明专利技术公开了一种比特精度改善的光子模数转换方法及系统,利用飞秒脉冲激光器提供脉冲光源,由光纤分束器分成两路并行采样脉冲源,在电光调制器完成对模拟射频信号采样,通过光电探测器进行光电转换成为电信号,经射频运算电路模块运算处理后由比较器阵列进行阈值判决,判决完成后得到的四路数字信号即为模拟信号数字化后的信号。该光子模数转换系统与传统光子模数转换系统相比,不需要额外采用大量的比较器阵列来进行多阈值判决,只利用射频运算电路模块对射频信号进行加减运算来等效增加量化通道数,从而可以有效提高模数转换系统的比特精度,同时该系统具有结构简单、易集成等特点。

A Photon-to-Digital Conversion Method and System for Improving Bit Accuracy

The invention discloses a photonic analog-to-digital conversion method and system for improving bit accuracy. A femtosecond pulse laser is used to provide a pulse light source. The optical fiber splitter is divided into two parallel sampling pulse sources. The analog radio frequency signal is sampled by an electro-optic modulator. The analog radio frequency signal is converted into an electric signal by a photoelectric detector and processed by a comparator after operation by a radio frequency operation circuit module. The array carries out threshold judgment, and the four digital signals obtained after the judgment are the digitized signals of analog signals. Compared with the traditional photon analog-to-digital conversion system, the photon analog-to-digital conversion system does not need a large number of additional comparator arrays for multi-threshold decision, and only uses the radio frequency operational circuit module to add and subtract the radio frequency signal to increase the number of quantization channels, which can effectively improve the bit accuracy of the analog-to-digital conversion system. At the same time, the system has simple structure and easy integration. Characteristic.

【技术实现步骤摘要】
一种比特精度改善的光子模数转换方法及系统
本专利技术涉及光通信的信号处理领域,具体涉及一种比特精度改善的光子模数转换方法及系统。
技术介绍
模数转换器(ADC)是连接现实模拟世界和数字化世界的桥梁。具有高采样率和高比特精度的模数转换器是现代模拟传感器和数字信号处理系统之间不可或缺的核心器件之一,在宽带雷达、电子侦察、软件无线电、实时测量等领域中发挥着重要作用。然而,由于存在固有的定时抖动和带宽瓶颈,传统的电子ADC的性能很难满足现代应用的需求,急需寻找一种新的技术来提高模数转换器的性能。相比于电子ADC,光子ADC具有较大的优势,可以避免一系列电域固有的麻烦。首先,光子技术具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等特性,可以突破电子ADC的带宽瓶颈;其次,脉冲光源的时钟抖动已经达到飞秒量级,比电子时钟抖动低两个数量级,这使得实现采样速率达到100GS/s的ADC成为可能。因此,光子模数转换技术在信号处理方面具有很大的研究空间和巨大的应用前景。早在1979年,Taylor首次提出基于马赫曾德尔调制器(MZM)阵列来实现光量化编码的方案。在方案中,各路调制器的传递函数不同,对于不同的输入电压,会得到不同的量化编码。但由于现有制造工艺的限制,调制器阵列的半波电压不可能随着ADC比特位数增加而呈2的倍数减小,因而此方案所获得的比特位数是有限的。为了避免这一问题,Stigwall提出利用空间MZ干涉结构来实现相移光量化。在他的方案中,空间干涉仪的其中一条臂上带有一个相位调制器,调制上模拟射频信号后与另一条臂的光信号发生空间干涉。由于光信号在空间的不同位置处具有不同的干涉输出,在一些特定位置处放置光电探测器(PD)阵列,可以得到所需的多路输出。但空间光干涉易受环境影响,为了提高系统的稳定性,一种采用偏振相关相位调制器的方案被提了出来,其利用光脉冲经过相位调制器产生两个偏振态正交的脉冲序列,对一个偏振方向的序列调制,达到和Stigwall空间MZ干涉类似的结构。在此基础上,采用半波电压相同的调制器阵列且通过控制调制器阵列的偏置电压来实现不同通道相移的方案可同样实现量化编码。但相移光量化方案的不足之处在于码元利用率不高,对于一个3比特精度ADC,需要四路通道来接收,而在Taylor方案中,实现相同比特精度的ADC只需要3路通道来接收。因此,通道数相同时相移光量化方案的比特精度较低。为了解决码元浪费的问题,可以引入折叠码(SNS)的编码方式,即每一路信号经过光电转换成电信号后由多个阈值不同的比较器进行量化,不过系统的结构较为复杂,尤其是比特数较大时,成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决传统相移光量化方案中比特精度较低的问题,提供一种结构简单、易集成、比特精度改善的光子模数转换系统。本专利技术解决其技术问题所采用的方案如下:一种比特精度改善的光子模数转换方法,包括以下步骤:步骤一、由飞秒脉冲激光器发出的采样光脉冲经过光纤分束器,分成两路并行的采样脉冲源;步骤二、两路采样脉冲分别在第一电光调制器、第二电光调制器同时对模拟射频信号进行采样,使采样光脉冲携带有模拟信号的信息,得到两个通道的输出光;步骤三、两个通道的输出光分别在第一光电探测器、第二光电探测器中完成光电转换;步骤四、第一光电探测器和第二光电探测器输出的两路电信号经射频运算电路模块运算处理后由比较器阵列进行阈值判决,判决完成后得到的四路数字信号即为模拟信号数字化后的信号。进一步的,其中步骤二中,模拟射频信号是由信号发生器产生并同步输入到第一电光调制器和第二电光调制器。进一步的,所述第一电光调制器和第二电光调制器的偏置电压由直流电源控制,分别偏置在调制器的最大点和线性点。进一步的,步骤三中,两个通道的输出光在第一光电探测器、第二光电探测器中完成光电转换后,输出电流信号I1、I2表达式分别为:其中,I0是与输入光功率和探测器响应度有关的常数,为输入模拟信号引起的相移。进一步的,步骤四中、两路电流信号在射频运算电路模块中进行加减运算,输出的四路电流信号C1、C2、C3、C4表达式分别为:其中,I0是与输入光功率和探测器响应度有关的常数,为输入模拟信号引起的相移。进一步的,一种比特精度改善的光子模数转换系统,包括飞秒脉冲激光器、光纤分束器、第一电光调制器、第二电光调制器、信号发生器、直流电源、第一光电探测器、第二光电探测器、射频运算电路模块和比较器阵列;所述的飞秒脉冲激光器与光纤分束器相连;光纤分束器的一个输出端、第一电光调制器、第一光电探测器依次相连;光纤分束器的另一个输出端、第二电光调制器、第二光电探测器依次相连;第一电光调制器和第二电光调制器的射频口与信号发生器相连;第一电光调制器和第二电光调制器的直流偏置口与直流电源相连;第一光电探测器和第二光电探测器的输出端与射频运算电路模块的输入端相连;射频运算电路模块的输出端与比较器阵列相连。由于采用上述技术方案,本专利技术的有益效果为:本专利技术提出的一种比特精度改善的光子模数转换系统,和传统光子模数转换系统相比,不需要额外采用大量的比较器阵列来进行多阈值判决,只利用射频运算电路模块对射频信号进行加减运算来等效增加量化通道数,从而可以有效提高模数转换系统的比特精度,同时该系统具有结构简单、易集成等特点。附图说明图1是本专利技术提出的一种比特精度改善的光子模数转换系统结构示意图。图2是本专利技术提供的一种比特精度改善的光子模数转换系统的量化编码原理图。图中:1、飞秒脉冲激光器,2、光纤分束器,3、光纤分束器第一个输出端口,4、光纤分束器第二个输出端口,5、第一电光调制器,6、第二电光调制器,7、信号发生器,8、直流电源,9、第一光电探测器,10、第二光电探测器10,11、射频运算电路模块,12、比较器阵列。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点比较清楚明白,以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示,本专利技术提出的一种比特精度改善的光子模数转换系统,包括飞秒脉冲激光器1、光纤分束器2、第一电光调制器5、第二电光调制器6、信号发生器7、直流电源8、第一光电探测器9、第二光电探测器10、射频运算电路模块11和比较器阵列12;所述的飞秒脉冲激光器1与光纤分束器2相连;光纤分束器2的输出端3、第一电光调制器5、第一光电探测器9依次相连;光纤分束器2的输出端4、第二电光调制器6、第二光电探测器10依次相连;第一电光调制器5和第二电光调制器6的射频口与信号发生器7相连;第一电光调制器5和第二电光调制器6的直流偏置口与直流电源8相连;第一光电探测器9和第二光电探测器10的输出端与射频运算电路模块11的输入端相连;射频运算电路模块11的输出端与比较器阵列12相连。本专利技术所涉及的比特精度改善的光子模数转换系统的方法,具体如下:如图1所示,三比特的ADC需要两路移相通道。步骤一、由飞秒脉冲激光器1发出的采样光脉冲经过光纤分束器2,分成两路并行的采样脉冲源;步骤二、两路采样脉冲分别在第一电光调制器5、第二电光调制器6同时对模拟射频信号进行采样,使采样光脉冲携带有模拟信号的信息,得到两个通道的输出光;步骤三、两个通道的输出光分别在第一光电探测器9、第二光电探测器(10)中完成光电转换。每个通道中的光电调制器的传输函数与输入模拟信号的大小和偏置位置有关本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种比特精度改善的光子模数转换方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、由飞秒脉冲激光器(1)发出的采样光脉冲经过光纤分束器(2),分成两路并行的采样脉冲源;步骤二、两路采样脉冲分别在第一电光调制器(5)、第二电光调制器(6)同时对模拟射频信号进行采样,使采样光脉冲携带有模拟信号的信息,得到两个通道的输出光;步骤三、两个通道的输出光分别在第一光电探测器(9)、第二光电探测器(10)中完成光电转换;步骤四、第一光电探测器(9)和第二光电探测器(10)输出的两路电信号经射频运算电路模块(11)运算处理后由比较器阵列(12)进行阈值判决,判决完成后得到的四路数字信号即为模拟信号数字化后的信号。

【技术特征摘要】
1.一种比特精度改善的光子模数转换方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、由飞秒脉冲激光器(1)发出的采样光脉冲经过光纤分束器(2),分成两路并行的采样脉冲源;步骤二、两路采样脉冲分别在第一电光调制器(5)、第二电光调制器(6)同时对模拟射频信号进行采样,使采样光脉冲携带有模拟信号的信息,得到两个通道的输出光;步骤三、两个通道的输出光分别在第一光电探测器(9)、第二光电探测器(10)中完成光电转换;步骤四、第一光电探测器(9)和第二光电探测器(10)输出的两路电信号经射频运算电路模块(11)运算处理后由比较器阵列(12)进行阈值判决,判决完成后得到的四路数字信号即为模拟信号数字化后的信号。2.根据权利要求1所述的一种比特精度改善的光子模数转换方法,其特征在于:其中步骤二中,模拟射频信号是由信号发生器(7)产生并同步输入到第一电光调制器(5)和第二电光调制器(6)。3.根据权利要求1所述的一种比特精度改善的光子模数转换方法,其特征在于:所述第一电光调制器(5)和第二电光调制器(6)的偏置电压由直流电源(8)控制,分别偏置在调制器的最大点和线性点。4.根据权利要求1所述的一种比特精度改善的光子模数转换方法,其特征在于:步骤三中,两个通道的输出光在第一光电探测器(9)、第二光电探测器(10)中完成光电转换后,输出电流信号I1、...

【专利技术属性】
技术研发人员:池灏杨淑娜李齐良毕美华
申请(专利权)人:杭州电子科技大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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