一种光iq调制器自动偏压控制系统及方法
【专利摘要】一种光IQ调制器自动偏压控制系统，涉及光通信系统中的光信号调制领域，包括光IQ调制器、耦合器、光电探测器和数字信号处理器，光电探测器探测输出光信号的部分能量并转换为电信号，经由1个模数转换器采样后，输入数字信号处理器，数字信号处理器通过3个数模转换器分别调节I路偏置电压、Q路偏置电压和光移相器的正交偏置电压；控制方法包括粗调I路偏置电压和Q路偏置电压，在I、Q两臂加上抖动信号，再得出2倍抖动信号频率的二阶谐波信号对应功率，进一步得出抖动信号频率的一阶谐波信号对应功率。本发明将偏压控制在最佳点，使得IQ调制器输出的信号接近无失真，减少系统性能的损失。
【专利说明】—种光IQ调制器自动偏压控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信系统中的光信号调制领域，具体来讲是一种光IQ调制器自动偏压控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]光通信系统中，高阶调制的光信号通常需要采用基于MZM (Mach-ZehnderModulator,马赫-曾德尔)调制器的光IQ调制器。但是，温度等条件会影响光IQ调制器稳定性，导致其静态工作点产生偏移，使得系统性能恶化。为了保证信号质量不影响系统性能，需要对直流偏压进行监测和控制，使光IQ调制器工作在最佳静态工作点上。此外，为了保证IQ两路信号的相互正交性，还需要调制光移相器的偏压在最佳值。针对这个问题已有不少研究，例如，针对QPSK (Quadrature Phase Shift Keying,正交相移键控)和16-QAM(16- Quadrature Amplitude Modulation, 16阶正交幅度调制)等单载波系统,提出了一种基于不对称抖动技术来监测和控制其偏压；对于单载波系统还可以采取微分相位信息进行偏压控制。
[0003]随着100G 光通信技术的逐渐普及，0-0FDM (Optical Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,光正交频分复用)技术已经有广泛的应用。然而,对于OFDM系统的偏压控制的研究目前还比较缺乏，只有少量文献提及通过检测OFDM调制信号的输出光信号功率来控制偏压。已有的单载波偏压控制以及OFDM偏压控制的方法，基本上均采取的是功率检测的方式。但是，在实际研究中发现，这些方法虽然在理论上可行，由于光信号功率在最佳静态工作点附近区域内的变化不明显，器件噪声很容易会导致偏压没有控制在最佳点，从而导致系统性能的损失。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光IQ调制器自动偏压控制系统及方法，将偏压控制在最佳点，使得IQ调制器输出的信号接近无失真，减少系统性能的损失。
[0005]为达到以上目的，本发明提供一种光IQ调制器自动偏压控制系统，包括光IQ调制器、耦合器、光电探测器和数字信号处理器，IQ调制器的两臂分别设有I路马赫-曾德尔调制器和Q路马赫-曾德尔调制器，Q路马赫-曾德尔调制器还连接I个光移相器，其特征在于:1路马赫-曾德尔调制器和光移相器的输出，经过I禹合器I禹合后输出光信号，光电探测器探测输出光信号的部分能量并转换为电信号，经由I个模数转换器采样后，输入数字信号处理器，数字信号处理器通过3个数模转换器分别调节光I路马赫-曾德尔调制器的I路偏置电压、Q路马赫-曾德尔调制器的Q路偏置电压和光移相器的正交偏置电压。
[0006]本发明还提供一种光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，包括如下步骤:S1.保持Q路电压和正交偏置电压不变，粗调I路偏置电压，数字信号处理器记录模数转换器发送的采样信号，直至采样信号直流分量功率为最小值，保持此时I路偏置电压后，再粗调Q路偏置电压，保持所述直流分量功率为最小值时对应的Q路偏置电压；S2.在I路偏置电压上加入第一抖动信号，在Q路偏置电压上加入第二抖动信号，两个抖动信号幅度均不超过正交频分复用系统信号平均幅度的10%，抖动信号的频率均小于正交频分复用系统相邻载波的频率间隔；S3.改变正交偏置电压，数字信号处理器得到2倍抖动信号频率的二阶谐波信号并记录对应功率，固定此功率最小时对应的正交偏置电压；S4.分别保持Q路偏置电压或I路偏置电压不变，改变另外一路偏置电压，数字信号处理器得到抖动信号频率的一阶谐波信号并记录对应功率，保持该功率最小时的另外一路偏置电压。
[0007]在上述技术方案的基础上，所述SI中，首先入射光分别送入I路马赫-曾德尔调制器和Q路马赫-曾德尔调制器，二者将输入电信号的实部和虚部分别调制到光域，Q路马赫-曾德尔调制器输出信号经过光移相器后，和I路马赫-曾德尔调制器输出信号经耦合器耦合后输出光信号，光电探测器将探测到的光信号能量转换为电信号，经由模数转换器输出采样信号，并将采样光信号送入数字信号处理器处理。
[0008]在上述技术方案的基础上，所述数字信号处理器连接的3个数模转换器分别设有初始电压值，且3个模数转换器的输出分别对应I路马赫-曾德尔调制器、Q路马赫-曾德尔调制器、光移相器，用以控制I路偏置电压、Q路偏置电压和正交偏置电压。
[0009]在上述技术方案的基础上，所述SI中，所述采样信号直流分量的功率最小值所对应的偏置电压，比最佳偏置电压具有±5%的误差。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述SI中，分别在I路偏置电压和Q路偏置电压的可调范围内，粗调I路偏置电压和Q路偏置电压。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述S3中，固定正交偏置电压时，光相移器的角度达到最佳值H/2。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述S4中，数字信号处理器对Q路马赫-曾德尔调制器的输出电压保持不变，改变对I路马赫-曾德尔调制器的输出电压，数字信号处理器将采样信号，通过中心频率为抖动信号频率进行滤波，得到抖动信号频率的一阶谐波信号，记录对应的一阶谐波信号功率，调节对I路马赫-曾德尔调制器输出的电压，得到一阶谐波信号最小值对应的I路偏置电压，该I路偏置电压为最优的I路偏置电压。
[0013]在上述技术方案的基础上，所述S4中，数字信号处理器对I路马赫-曾德尔调制器的输出电压保持不变，改变对Q路马赫-曾德尔调制器的输出电压，数字信号处理器将采样信号，通过中心频率为抖动信号频率进行滤波，得到抖动信号频率的一阶谐波信号，记录对应的一阶谐波信号功率，调节对Q路马赫-曾德尔调制器输出的电压，得到一阶谐波信号最小值对应的Q路偏置电压，该Q路偏置电压为最优的Q路偏置电压。
[0014]本发明的有益效果在于:
[0015]1、通过在I路偏置电压和Q路偏置电压上分别添加一个低频率的抖动信号，随后分别监测直流分量、一阶分量、二阶分量的功率，精确控制I路偏置电压、Q路偏置电压和正交偏置电压，从而使得IQ调制器输出的信号接近无失真，减少系统性能的损失。
[0016]2、由于添加的抖动信号的频率与OFDM信号的载波频率错开，并且幅度相对于OFDM信号非常小，其带来的噪声近乎可以忽略。
[0017]3、本发明中，光IQ调制器自动偏压控制系统结构简单，结合控制方法可用低速电器件实现精确控制偏置电压。【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明光IQ调制器自动偏压控制系统结构示意图；
[0019]图2为本发明光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法流程图；
[0020]图3为本发明方法控制偏压系统的误码率性能示意图。
[0021]附图标记:光IQ调制器1，I路MZM调制器11，Q路MZM调制器12，光移相器13 ；耦合器2，光电探测器3，模数转换器4，数字信号处理器5，第一数模转换器61，第二数模转换器62，第二数模转换器63。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0023]如图1所示，本发明光IQ调制器自动偏压控制系统，包括光IQ调制器1、耦合器
2、光电探测器(PD，Photo-detector ) 3和数字信号处理器5，IQ调制器I的两臂分别设有I路MZM调制器11和Q路MZM调制器12，Q路MZM调制器12还连接一个光移相器13，IQ调制器I输出连接一个耦合器2，耦合器2耦合I路MZM调制器11和光移相器13的输出，并输出光信号。光电探测器3探测到输出光信号的部分能量并转换为电信号，再经过模数转换器4采样后，送入数字信号处理器5，数字信号处理器5通过第一数模转换器61调制I路MZM调制器11的I路偏置电压，通过第二数模转换器62调制Q路MZM调制器12的Q路偏置电压，通过第三数模转换器63调制光移相器13的正交偏置电压。
[0024]如图1和图2所示，本发明光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，包括如下步骤:
[0025]Sll.首先，入射光被分为两路，分别送入光IQ调制器I两臂的MZM调制器，I路MZM调制器11的I路偏置电压由第一数模转换器61控制，I路MZM调制器11将输入电信号的虚部V1调制到光域；Q路MZM调制器12的Q路偏置电压由第二数模转换器62控制，Q路MZM调制器12将输入电信号的实部Vq调制到光域。随后，Q路MZM调制器12的输出信号进入光移相器13,由第三数模转换器63控制光移相器13输出信号与I路输出信号正交。I路MZM调制器11和光移相器13的输出信号经过I禹合器2 f禹合后,形成输出光信号,其光场强度E。表不为:
[0026]
【权利要求】
1.一种光IQ调制器自动偏压控制系统，包括光IQ调制器、耦合器、光电探测器和数字信号处理器，IQ调制器的两臂分别设有I路马赫-曾德尔调制器和Q路马赫-曾德尔调制器，Q路马赫-曾德尔调制器还连接I个光移相器，I路马赫-曾德尔调制器和光移相器的输出，经过I禹合器I禹合后输出光信号，其特征在于:光电探测器探测输出光信号的部分能量并转换为电信号，经由I个模数转换器采样后，输入数字信号处理器，数字信号处理器通过3个数模转换器分别调节I路马赫-曾德尔调制器的I路偏置电压、Q路马赫-曾德尔调制器的Q路偏置电压和光移相器的正交偏置电压。
2.一种基于权利要求1中光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 51.保持Q路电压和正交偏置电压不变，粗调I路偏置电压，数字信号处理器记录模数转换器发送的采样信号，直至采样信号直流分量功率为最小值，保持此时I路偏置电压后，再粗调Q路偏置电压，保持所述直流分量功率为最小值时对应的Q路偏置电压； 52.在I路偏置电压上加入第一抖动信号，在Q路偏置电压上加入第二抖动信号，两个抖动信号幅度均不超过正交频分复用系统信号平均幅度的10%，抖动信号的频率均小于正交频分复用系统相邻载波的频率间隔； 53.改变正交偏置电压，数字信号处理器得到2倍抖动信号频率的二阶谐波信号并记录对应功率，固定此功率最小时对应的正交偏置电压； 54.分别保持Q路偏置电压或I路偏置电压不变，改变另外一路偏置电压，数字信号处理器得到抖动信号频率的一阶谐波信号并记录对应功率，保持该功率最小时的另外一路偏置电压。
3.如权利要求2所述的光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于:所述SI中，首先入射光分别送入I路马赫-曾德尔调`制器和Q路马赫-曾德尔调制器，二者将输入电信号的实部和虚部分别调制到光域，Q路马赫-曾德尔调制器输出信号经过光移相器后，和I路马赫-曾德尔调制器输出信号经耦合器耦合后输出光信号，光电探测器将探测到的光信号能量转换为电信号，经由模数转换器输出采样信号，并将采样光信号送入数字信号处理器处理。
4.如权利要求2所述的光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于:所述数字信号处理器连接的3个数模转换器分别设有初始电压值，且3个模数转换器的输出分别对应I路马赫-曾德尔调制器、Q路马赫-曾德尔调制器、光移相器，用以控制I路偏置电压、Q路偏置电压和正交偏置电压。
5.如权利要求2所述的光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于:所述SI中，所述采样信号直流分量的功率最小值所对应的偏置电压，比最佳偏置电压具有±5%的误差。
6.如权利要求2所述的光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于:所述SI中，分别在I路偏置电压和Q路偏置电压的可调范围内，粗调I路偏置电压和Q路偏置电压。
7.如权利要求2所述的光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于:所述S3中，固定正交偏置电压时,光相移器的角度达到最佳值π /2。
8.如权利要求2所述的光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于:所述S4中，数字信号处理器对Q路马赫-曾德尔调制器的输出电压保持不变，改变对I路马赫-曾德尔调制器的输出电压，数字信号处理器将采样信号，通过中心频率为抖动信号频率进行滤波，得到抖动信号频率的一阶谐波信号，记录对应的一阶谐波信号功率，调节对I路马赫-曾德尔调制器输出的电压，得到一阶谐波信号最小值对应的I路偏置电压，该I路偏置电压为最优的I路偏置电压。
9.如权利要求2所述的光IQ调制器自动偏压控制系统的控制方法，其特征在于:所述S4中，数字信号处理器对I路马赫-曾德尔调制器的输出电压保持不变，改变对Q路马赫-曾德尔调制器的输出电压，数字信号处理器将采样信号，通过中心频率为抖动信号频率进行滤波，得到抖动信号频率的一阶谐波信号，记录对应的一阶谐波信号功率，调节对Q路马赫-曾德尔调制器输出的电压，得到一阶谐波信号最小值对应的Q路偏置电压，该Q路偏置电压为最优 的Q路偏置电压。
【文档编号】H04L27/20GK103873152SQ201210551721
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】黎偲, 杨奇, 张旭, 王元祥, 孟令恒 申请人:武汉邮电科学研究院