一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于一种激光通信系统偏压控制方法，为解决目前能够兼顾调制器偏压控制和高速数据流通信的控制架构，存在硬件成本高、控制方法不灵活，且功耗和体积均较大的技术问题，提供一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统及方法，FPGA中设置软核，采用软核便于实现对外设的简单方便控制，灵活性强，实现灵活反馈调整，可快速迭代，大大提高了开发效率。同时，设置FPGA能够处理高速数据流，软核配合设置耦合器、探测器、光电转换模块、模数转换模块和数模转换模块，能够在不采用处理器的条件下，实现偏压控制，采用的部件简单，整体结构复杂度低，提供了一种既能够实现偏压控制，又能够兼顾成本、体积和功耗的控制系统。体积和功耗的控制系统。体积和功耗的控制系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统及方法


[0001]本专利技术属于空间激光通信领域，涉及一种偏压控制方法，具体涉及一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统及方法。

技术介绍

[0002]随着信息时代的来临，传统的无线通信系统受带宽和传输速度限制，已经难以满足当下日益增长的高速和大容量需求。因此，以激光为载波的激光通信系统应运而生。
[0003]激光通信调制方式分为内调制和外调制两种。在外调制激光通信系统中，主要采用电光调制器，具有带宽高、电压低、调制信号的频率啁啾小、光损耗较低、电光系数高、适用于多种码型等优势，被广泛应用于激光通信系统中。
[0004]激光通信系统依据不同的卫星轨道高度，可以分为低轨、中轨及高轨卫星激光通信系统。在不同的通信系统中采用的的调制方式也不相同。如采用BPSK(二进制移相键控)或者DPSK(差分移相键控)调制方式时，电光调制器需要工作在Min(最小)点或者Max(最大)点，如采用OOK(二进制振幅键控)调制方式时，电光调制器需要工作在Qaud+或者Qaud
‑
工作点，如采用QPSK(正交相移键控)调制方式时，电光调制器需要工作在NULL点及Qaud点。
[0005]为了避免电光调制器输出的光信号失真，影响激光通信系统性能，必须使调制器工作在最佳工作点。然而，由于外加电场的改变，以及受温度、湿度、自然老化等一系列因素的影响，会引起调制器偏置工作点发生漂移，为了减小调制器偏置工作点的漂移，需要实时控制调制器工作点。激光通信系统的调制器偏压控制方法多为反馈式控制，适合通过ARM、单片机、DSP等处理器来控制，但是，由于激光通信系统通信速率很高，通信数据多为高速数据流，现有的ARM、单片机、DSP等处理器又不适合处理高速数据，就需要采用FPGA来配合处理高速数据流。因此，目前多采用FPGA加处理器或FPGA加偏压控制模块的架构控制调制器偏置工作点，但是，这类控制架构硬件成本高、控制方法不灵活，且功耗和体积均较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决目前能够兼顾调制器偏压控制和高速数据流通信的控制架构，存在硬件成本高、控制方法不灵活，且功耗和体积均较大的技术问题，提供一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统及方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0008]一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统，其特殊之处在于，包括激光器、调制器、耦合器、探测器、光电转换模块、模数转换模块、FPGA和数模转换模块；
[0009]所述激光器的输出端连接调制器的光口；
[0010]所述耦合器的输入端与调制器的输出端相连，耦合器的一个输出端连接探测器的输入端；
[0011]所述探测器的输出端连接光电转换模块的一个输入端、光电转换模块的输出端连接模数转换模块的输入端、模数转换模块的输出端连接FPGA的一个输入端，光电转换模块
用于将探测器输出的电流信号转换为电压信号，并进行放大和滤波，模数转换模块用于将采集到的电压信号转换为数字信号；
[0012]所述FPGA的第一控制端连接数模转换模块的输入端，数模转换模块的输出端连接调制器，FPGA的第二控制端分别连接光电转换模块的另一输入端，FPGA的第三控制端连接调制器，FPGA中设置有软核，FPGA用于向调制器输出高速数据和正弦微扰信号，软核用于控制数模转换模块的输出电压、光电转换模块中电流信号转换为电压信号的幅度值、以及FPGA是否向调制器输出高速数据和正弦微扰信号。
[0013]进一步地，所述光电转换模块包括数字电位器、第一放大器、带通滤波器和第二放大器；
[0014]所述模数转换模块设置有两个通道；
[0015]所述数字电位器的一个输入端连接探测器的输出端，数字电位器的输出端连接第一放大器的输入端；FPGA的一个控制端连接数字电位器的另一输入端；
[0016]所述第一放大器的输出端分别连接带通滤波器的输入端和模数转换模块的一个通道，带通滤波器的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接模数转换模块的另一个通道。
[0017]进一步地，所述带通滤波器采用RC+CR带通滤波器。
[0018]进一步地，还包括激光通信发射模块和激光通信接收模块；
[0019]所述激光通信发射模块的输入端与耦合器的另一输出端相连；
[0020]所述激光通信接收模块的输出端与FPGA的另一输入端相连，激光通信接收模块的输入端用于接收外部的激光通信信号。
[0021]一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制方法，采用上述基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0022]S1，得到调制器的特征曲线
[0023]S1.1，使激光器发射激光进入调制器，同时，通过FPGA的软核控制数模转换模块向调制器输出不同电压，并通过FPGA的软核记录数模转换模块的输出电压；
[0024]S1.2，调制器输出的调制信号依次经耦合器、探测器、光电转换模块和模数转换模块后，通过FPGA的软核采集模数转换模块输出的电压信号；
[0025]S1.3，软核根据步骤S1.1中记录的输出电压，和经步骤S1.2采集的电压信号，得到调制器的特征曲线；
[0026]S2，获取特征曲线上各工作点对应的数模转换模块输出的电压，根据对应的调制方式，通过软核控制数模转换模块向调制器输出对应的电压；
[0027]S3，偏压控制
[0028]S3.1，通过FPGA向调制器发送高速数据信号和正弦微扰信号；
[0029]S3.2，通过软核对采集的模数转换模块输出的电压信号数据进行傅里叶变换处理；
[0030]S3.3，根据模数转换模块输出的电压信号数据点总数、模数转换模块的采样率、正弦微扰信号的频率、步骤S3.2的傅里叶变换结果，得到一次谐波频率位置n；
[0031]S3.4，以n对应的傅里叶变换结果作为一次谐波值；
[0032]S3.5，通过软核比较一次谐波值和目标值，根据比较结果，控制数模转换模块向调
制器输出对应电压，实现对调制器的偏压控制。
[0033]进一步地，步骤S3.3具体为，通过下式得到n：
[0034]F
n
＝(n
‑
1)*F
s
/N
[0035]其中，F
n
表示正弦微扰信号的频率，F
s
表示模数转换模块的采样率，N表示模数转换模块采样的数据点总数。
[0036]进一步地，步骤S3.1中，所述正弦微扰信号通过外部的开发工具生成，封装为IP核后，导入FPGA。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0038]1.本专利技术提供了一种基于软核的电光调制器多工作点自动偏压控制系统及方法，在激光通信中实现了既能处理高速数据流，又能灵活反馈调整电光调制器偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统，其特征在于：包括激光器(1)、调制器(2)、耦合器(3)、探测器(4)、光电转换模块(5)、模数转换模块(6)、FPGA(7)和数模转换模块(8)；所述激光器(1)的输出端连接调制器(2)的光口；所述耦合器(3)的输入端与调制器(2)的输出端相连，耦合器(3)的一个输出端连接探测器(4)的输入端；所述探测器(4)的输出端连接光电转换模块(5)的一个输入端、光电转换模块(5)的输出端连接模数转换模块(6)的输入端，模数转换模块(6)的输出端连接FPGA(7)的一个输入端，光电转换模块(5)用于将探测器(4)输出的电流信号转换为电压信号，并进行放大和滤波，模数转换模块(6)用于将采集到的电压信号转换为数字信号；所述FPGA(7)的第一控制端连接数模转换模块(8)的输入端，数模转换模块(8)的输出端连接调制器(2)，FPGA(7)的第二控制端连接光电转换模块(5)的另一输入端，FPGA(7)的第三控制端连接调制器(2)，FPGA(7)中设置有软核(11)，FPGA(7)用于向调制器(2)输出高速数据和正弦微扰信号，软核(11)用于控制数模转换模块(8)的输出电压、光电转换模块(5)中电流信号转换为电压信号的幅度值、以及FPGA(7)是否向调制器(2)输出高速数据和正弦微扰信号。2.根据权利要求1所述基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统，其特征在于：所述光电转换模块(5)包括数字电位器(501)、第一放大器(502)、带通滤波器(503)和第二放大器(504)；所述模数转换模块(6)设置有两个通道；所述数字电位器(501)的一个输入端连接探测器(4)的输出端，数字电位器(501)的输出端连接第一放大器(502)的输入端；FPGA(7)的一个控制端连接数字电位器(501)的另一输入端；所述第一放大器(502)的输出端分别连接带通滤波器(503)的输入端和模数转换模块(6)的一个通道，带通滤波器(503)的输出端连接第二放大器(504)的输入端，第二放大器(504)的输出端连接模数转换模块(6)的另一个通道。3.根据权利要求2所述基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统，其特征在于：所述带通滤波器(503)采用RC+CR带通滤波器。4.根据权利要求1至3任一所述基于软核的电光调制器多工作点偏压控制系统，其特征在于：还包括激光通信发射模块(9)和激光通信接收模块(10)；所述激光通信发射模块(9)的输入端与耦合器(3)的另...

【专利技术属性】
技术研发人员：武军霞，蔚停停，王宇飞，贺元晨，孟佳成，郑运强，刘欢，袁站朝，汪伟，谢小平，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：