基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置及方法，所述装置包括待测信号输入端、本振脉冲光源，待测信号输入端、本振脉冲光源均连接到3×3光耦合器，3×3光耦合器的输出分为三路，其中第一路输出经光电探测器一、模数转换器一连接到数字信号处理单元，第二路输出经光电探测器二、模数转换器二连接到数字信号处理单元，第三路输出经光电探测器三、模数转换器三连接到数字信号处理单元。本申请的基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置及方法，具有高灵敏度、高保真度、高分辨率；简化了线性光采样的光学前端，降低了硬件开销；光电探测器不平衡度易补偿，简单可靠；可测量任意强度调制光信号，对本振脉冲光源的要求低。

【技术实现步骤摘要】
基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置及方法
本专利技术涉及强度调制光信号眼图测量领域，特别是涉及基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置及方法。
技术介绍
随着光纤通信系统的容量快速提升，高级调制格式应用受到广泛关注。多级幅度调制信号出现，特别是四电平脉冲幅度调制(PAM-4)信号有望成为未来超大容量光互连的优选调制格式。对于强度调制信号，精确测量眼图对分析光信号质量非常关键。传统电域上的信号眼图测量技术已经很成熟，但主要受限于硬件带宽。特别对于高速强度调制光信号，需要大带宽光电探测器(PD)和高速模数转换器(ADC)。例如使用实时采样示波器测量56GbaudPAM-4信号眼图时，需要一个40GHz以上带宽的光电探测器和相应的高速模数转换器，这对硬件产生了巨大的压力，测量成本很高。全光采样使用窄脉宽、低重复频率的光脉冲序列在光域上对待测光信号进行采样，只需窄带光电探测器和低速模数转换器即可实现高速信号准确采样，有效地突破了传统测量的电子瓶颈。测量强度调制信号眼图一般利用高非线性光纤和半导体放大器的非线性效应进行非线性光采样，但该技术由于非线性效应存在固有的低转换效率导致采样系统灵敏度较低。线性光采样借鉴于相干探测，利用90°混频器和平衡探测器在光域上对待测光信号进行相干采样，可以极大提升采样灵敏度，结合数字信号处理(DSP)可以实现高带宽、高分辨率和高保真度的光采样，通常用于探测具有相位调制的高速信号。使用线性光采样技术只需几百MHz带宽的光电探测器和低速模数转换器即可测量56GbaudPAM-4信号眼图。现有线性光采样装置如图1所示，基本原理为：待测光信号与采样光脉冲在90°混频器中进行混频，输出四路混合信号，经两个窄带宽平衡探测器进行光电转换分别输出同相分量(I)和正交相分量(Q)，进行低速数模转换后即可进行相应数字信号处理算法得到待测信号的强度、相位等信息。如果待测信号带有偏振调制，则须在待测光信号与采样光脉冲进入90°混频器前添加偏振分束器(PBS)，并增加同等采样结构。现有线性光采样装置需要使用昂贵的90°混频器和多个平衡探测器，造成系统成本高，与传统电域采样相比竞争力不高，无法推广应用，不适合实际测量单一强度调制光信号。采样精准度很依赖平衡探测器的共模抑制比，平衡探测器的响应度不平衡对采样影响大且不易调节。因此实际应用中，希望基于简化线性光采样架构和相应的数字信号处理方法对高速强度调制信号进行眼图测量。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述不足，本专利技术提出了基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置及方法，解决现有线性光采样装置存在的成本高的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置，包括待测信号输入端、本振脉冲光源，所述待测信号输入端、本振脉冲光源均连接到3×3光耦合器，所述3×3光耦合器的输出分为三路，其中第一路输出经光电探测器一、模数转换器一连接到数字信号处理单元，第二路输出经光电探测器二、模数转换器二连接到数字信号处理单元，第三路输出经光电探测器三、模数转换器三连接到数字信号处理单元。进一步的，所述待测信号输入端与3×3光耦合器之间连接有偏振控制器一，本振脉冲光源与3×3光耦合器之间连接有偏振控制器二。进一步的，所述数字信号处理单元包括依次连接设置的分量恢复子单元、幅值补偿子单元、峰值提取子单元、眼图重建子单元、眼图测量子单元；所述分量恢复子单元用于恢复混合信号中同相分量和正交相分量；所述幅值补偿子单元用于消除本振脉冲光与待测待测强度调制光信号间的频偏和相偏的影响；所述峰值提取子单元用于提取与实际待测信号采样点相符的有效数值点。进一步的，所述3×3光耦合器的功率分配比为1:1:1。进一步的，所述光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三均为单端光电探测器。进一步的，所述模数转换器一、模数转换器二、模数转换器三均为低速模数转换器。基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量方法，具体包括以下步骤：S1：将待测强度调制光信号与本振脉冲光源一起输入到3×3光耦合器进行混频；S2：3×3光耦合器输出三路混合光信号分别由光电探测器一、光电探测器二、光电探测器三转换为三路电信号；S3：三路电信号再分别经过模数转换器一、模数转换器二、模数转换器三进行转换得到三路数字信号；S4：三路数字信号输入到数字信号处理单元，经信号分析、处理后得到待测信号眼图的分析信息。进一步的，S1中所述本振脉冲光源发出的采样光脉冲的光谱，与待测强度调制光信号的光谱充分重叠，且采样光脉冲的3dB带宽大于待测强度调制光信号的两倍。进一步的，S4中在所述数字信号处理单元进行的具体处理步骤包括：S41：通过数字信号处理，恢复出混合信号的同相分量和正交相分量；S42：对上述恢复的两路信号信号进行幅值补偿；S43：从采样点幅值中提取峰值点作为实际采样值；S44：将提取的峰值点进行方差变换、快速傅里叶变换，得到等效采样周期数S，重建待测信号眼图；S45：根据重建的信号眼图进行眼图测量。进一步的，S44中将峰值点进行方差变换、快速傅里叶变换后得到的等效采样周期数S是粗略的采样周期数S，进一步的，在[S-0.5,S+0.5]范围内进行线性调频Z变换，得到准确的等效采样周期数，然后重建待测信号眼图。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置及方法，基于线性光采样进行信号眼图测量，突破了传统电域测量的电子瓶颈，灵敏度高，且具有高保真度和高分辨率；利用3×3光耦合器和单端光电探测器代替90°混频器和平衡探测器，降低了线性光采样系统成本；采样光脉冲的重复频率远低于待测信号的信号速率，只需400MHz带宽的光电探测器和5GS/s采样率的模数转换器即可完成PAM-4光信号的眼图精确测量，大大低于传统电域测量的硬件要求，降低了硬件开销；光电探测器不平衡度易补偿，简单可靠；满足采样光脉冲的光谱与待测信号的光谱充分重叠，且采样脉冲的3dB带宽大于待测信号的两倍时，可测量多波长PAM-4光信号，对采样光脉冲功率要求低且对采样脉冲的频偏和相偏不敏感，降低了对本振脉冲光源的要求。附图说明图1为现有线性光采样装置的原理图；图2为本专利技术实施例所述基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置的原理图；图3为本专利技术实施例所述的56GbaudPAM-4光信号仿真测试中恢复的同相分量和正交相分量时序图；图4为本专利技术实施例所述的56GbaudPAM-4光信号仿真测试中提取的与实际采样点相符的峰值点；图5为本专利技术实施例所述的56GbaudPAM-4光信号仿真测试的重建眼图。图中：1、待测信号输入端；2、本振脉冲光源；3、偏振控制器一；4、偏振控制器二；5、3×3光耦合器；6、光电探测器一；7、光电探测器二；8、光电探测器三；9、模数转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置，其特征在于，包括待测信号输入端(1)、本振脉冲光源(2)，所述待测信号输入端(1)、本振脉冲光源(2)均连接到3×3光耦合器(5)，所述3×3光耦合器(5)的输出分为三路，其中第一路输出经光电探测器一(6)、模数转换器一(9)连接到数字信号处理单元(100)，第二路输出经光电探测器二(7)、模数转换器二(10)连接到数字信号处理单元(100)，第三路输出经光电探测器三(8)、模数转换器三(11)连接到数字信号处理单元(100)。/n

【技术特征摘要】
1.基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置，其特征在于，包括待测信号输入端(1)、本振脉冲光源(2)，所述待测信号输入端(1)、本振脉冲光源(2)均连接到3×3光耦合器(5)，所述3×3光耦合器(5)的输出分为三路，其中第一路输出经光电探测器一(6)、模数转换器一(9)连接到数字信号处理单元(100)，第二路输出经光电探测器二(7)、模数转换器二(10)连接到数字信号处理单元(100)，第三路输出经光电探测器三(8)、模数转换器三(11)连接到数字信号处理单元(100)。


2.根据权利要求1所述的基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置，其特征在于，所述待测信号输入端(1)与3×3光耦合器(5)之间连接有偏振控制器一(3)，本振脉冲光源(2)与3×3光耦合器(5)之间连接有偏振控制器二(4)。


3.根据权利要求1-2任意一项所述的基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置，其特征在于，所述数字信号处理单元(100)包括依次连接设置的分量恢复子单元(101)、幅值补偿子单元(102)、峰值提取子单元(103)、眼图重建子单元(104)、眼图测量子单元(105)；
所述分量恢复子单元(101)用于恢复混合信号中同相分量和正交相分量；
所述幅值补偿子单元(102)用于消除本振脉冲光与待测待测强度调制光信号间的频偏和相偏的影响；
所述峰值提取子单元(103)用于提取与实际待测信号采样点相符的有效数值点。


4.根据权利要求1所述的基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置，其特征在于，所述3×3光耦合器(5)的功率分配比为1:1:1。


5.根据权利要求1所述的基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装置，其特征在于，所述光电探测器一(6)、光电探测器二(7)、光电探测器三(8)均为单端光电探测器。


6.根据权利要求1所述的基于线性光采样的强度调制光信号眼图测量装...

【专利技术属性】
技术研发人员：付松年，何欢，黄秋元，马超，
申请(专利权)人：武汉普赛斯电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42