【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤通信领域，涉及一种基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法。
技术介绍
1、云计算、物联网、车联网及虚拟现实等新兴技术的出现使得全球通信数据网络流量每年以指数形式快速增长，而根据思科公司的白皮书，全球通信数据网络流量的99％与数据中心相关，这就给数据中心的光互联带来了巨大的挑战和机遇。传统的直接调制、直接检测(直调直检)方案凭借着结构简单、成本低廉、低功耗等优点备受青睐，但是受限于频谱效率低、色散容忍度差等缺陷，直调直检方案越来越难以满足数据中心光互联的需求。后续发展的单边带调制、直接检测的传输技术(单边带技术)凭借着结构简单、低成本，光纤色散容忍度高，频谱利用率高等优势被认为是目前可以满足数据中心光互联需求的最佳方案之一。
2、目前典型的单边带信号实现方案有光滤波器法、光iq调制器法、双臂独立调制马赫-曾德调制器法等，在这些方案中，基于iq调制器的光ssb发射机具有结构简单、信号质量高、载波信号功率比(cspr)调节范围广等优点，因此得到了广泛的应用。在该方案中，实数信号及其希尔伯特变换信号驱动iq调制器的i和q路径以合成光单边带信号，而光载波则通过略微偏移调制器的零点来产生。这与iq调制器的典型操作不同，在典型的iq调制器传输方案中，i和q路径的偏置通常设置为零偏置点，才能使得最终的信号质量最佳。通常，iq调制器需要三个偏置控制器来稳定这些偏置点，并通过使用自动偏置控制(abc)技术消除由温度、机械振动和其他外部环境变化引起的偏置电压漂移。然而，在基于iq调制器的光单边带信号发射机中，i
3、现阶段常见的偏压控制方案主要有两种，一个是基于功率监测的自动偏压控制技术，通常是对输出信号的功率或平均功率进行监测，不断地找功率极值等方式，将偏置电压控制在最佳偏置点。还有一种是基于导频的自动偏压控制技术，在两个mzm的偏置电压中加入一对正交的低频导频信号，在接收端对光电流信号进行fft运算，通过监测一阶谐波分量来对偏置电压进行追踪和控制。但基于导频的方案由于引入了fft运算，增加了运算的复杂度，且无法做到任意偏置点的稳定。后来又在导频的方案基础上提出了相干检测的方案，避免了fft运算带来的复杂度，具有更高的灵敏度。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，基于iqm实现对光ssb发射机偏置自适应的控制，并基于cspr与偏置电压的闭式表达式，构建iq调制器任意偏置位置和单边带信号cspr值之间的关系即cspr–偏置电压模型，通过cspr–偏置电压模型确定调制器偏置电压稳定位置，能够弥补使用自动偏置控制abc方法稳定点受限的不足，进而实现对光ssb发射机偏置自适应的控制。本专利技术具有控制效果稳定可靠、稳定点范围宽等优点。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下方案：
3、本专利技术公开的基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，在粗调阶段，获取iq调制器输出的光功率信号，根据光功率的最小值或中位值，调整i、q两路和相位调制器的偏置电压值；在细调阶段，产生一对幅度相同，频率不同的导频信号，加载在i、q两路的直流偏置端口。通过将采样后的光电流信号与相应的导频信号进行相干探测运算，得到三种导频探测量。通过对导频探测量进行相应运算，计算iq调制器的反馈控制信号；构建iq调制器任意偏置位置和单边带信号cspr值之间的关系，根据确定的cspr值计算iq调制器相应的偏置电压，达到预期的传输效果；通过监测任意导频信号的二阶谐波分量大小，扩展iq调制器偏置的稳定范围，基于iq调制器实现光单边带发射机偏置自适应控制。
4、本专利技术公开的基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，包括以下步骤：
5、步骤一、对调制器的偏置电压进行粗略调节，此时不需要加载导频信号。激光器工作后，光电探测器pd仅接收经过iq调制器后的光信号，光信号经过光电转换得到光电流信号，光电流信号po通过高速模数转换器(adc)采样后在微控制单元mcu中进行监测和处理，得到iq调制器输出光功率随时间变化的离散化采样序列。
6、采样序列代表的光功率信号如式(1)所示：
7、
8、其中：p0表示输出光强度，e0为输出光场，ei是输入光场，φiq为i路和q路之间的相位差，vπ是iq调制器的半波电压，vbias,i(q)是i路或q路的直流偏置电压。
9、步骤二：根据光功率的最小值或中位值，对iq调制器的vbias,i、vbias,q和vbias,p三路偏置电压进行粗略调整。首先根据iq调制器输出光功率的最小值，调节i、q两路的偏置电压；再根据iq调制器输出光功率的中位值，调节相位调制器的偏置电压；最后通过数模转换器dac将vbias,i、vbias,q和vbias,p三路偏置电压转换为模拟信号加载到iq调制器对应的直流偏置端口。
10、步骤二的具体实现方法包括如下步骤：
11、步骤2.1：固定q路的偏置电压vbias,q和相位调制器的偏置电压vbias,p，在mcu中设置给定步长，使用梯度下降法迭代更新i路的偏置电压vbias,i，将偏置电压vbias,i通过数模转换器dac转换为模拟信号加载到iq调制器i路的直流偏置端口。同时将迭代过程中产生的每个vbias,i对应的光电流信号po(t)通过adc采样后送到mcu中处理，在mcu找到功率的最小值po(t)min对应的偏置电压目标值v′bias,i，将目标值v′bias,i通过数模转换器dac加载到iq调制器i路的直流偏置端口。
12、步骤2.2：固定i路的偏置电压vbias,i和相位调制器的偏置电压vbias,p，在mcu中设置给定步长，使用梯度下降法迭代更新q路的偏置电压vbias,q，将偏置电压通过数模转换器dac转换为模拟信号加载到iq调制器q路的直流偏置端口。同时将迭代过程中产生的每个vbias,q对应的光电流信号po(t)通过adc采样后送到mcu中处理，在mcu找到功率的最小值po(t)min对应的偏置电压目标值v′bias,q，将目标值v′bias,q通过数模转换器dac加载到iq调制器q路的直流偏置端口，进而找到使iq调制器输出功率最小对应的偏置电压v′bias,i和v′bias,q。
13、步骤2.3：按照给定步长均匀扫描相位调制器的偏置电压vbias,p，将相应的偏置电压vbias,p通过数模转换器dac转换为模拟信号加载到相位调制器的直流偏置端口。同时将每个vbias,p对应的光电流信号po(t)通过adc采样后送到mcu中处理，在mcu中找到功率的最小值po(t)min和最大值po(t)max，计算功率的中值po(t)m＝(po(t)min+po(t)max)/2。
14、由mcu找到功率最接近po(t)m对应的偏置电压目标值v′bias,p。
【技术保护点】
1.基于IQ调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的基于IQ调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：步骤一中，采样序列代表的光功率信号如式(1)所示：
3.如权利要求2所述的基于IQ调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：步骤二的具体实现方法包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的基于IQ调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：步骤三实现方法包括如下步骤：
5.如权利要求4所述的基于IQ调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：步骤四中，
6.基于IQ调制器的光单边带发射机偏置自适应控制系统，用于实现如权利要求1、2、3、4或5所述的基于IQ调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：包括激光器、耦合器、IQ调制器、导频信号源、低带宽光电探测器PD、高精度示波器ADC、处理器单元MCU；
【技术特征摘要】
1.基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：步骤一中，采样序列代表的光功率信号如式(1)所示：
3.如权利要求2所述的基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应控制方法，其特征在于：步骤二的具体实现方法包括如下步骤：
4.如权利要求3所述的基于iq调制器的光单边带发射机偏置自适应...
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