一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方法及系统与流程

本发明涉及信号处理，具体涉及一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方法及系统。

背景技术：

1、如今，随着我国各种宽带业务的蓬勃发展，虚拟现实、自动驾驶、物联网、远程医疗等各种新兴产业快速发展壮大。这些新兴的产业和应用背后，是光纤通信和光网络技术的发展在提供有力支撑。光纤通信系统朝着超大容量、超高速、超长距离方向发展，在数据传输中发挥关键作用。海量数据与业务对光通信系统提出更高要求，带来新的挑战。光纤系统超大容量，超高速的指标离不开高速信号测量技术，高速信号的测量是未来光纤通信发展的保障。

2、采样技术是信号测量与分析的重要一环，传统的电光采样由于电子瓶颈，制约了大容量超高速通信系统的发展。传统的光信号采样，将光信号转换为电信号后，再进行模数转换，光信号的速率很高，为满足采样定理无失真恢复，模数转换器的速率通常会是信号的数十倍，这要求模数转换器能够处理更高速的信号速率,这对模数转换器的要求更为苛刻。由于模数转换器的带宽无法无限提高，因此需要采取新的采样方式来应对高速信号测量的挑战。

3、线性采样技术可以克服电子瓶颈，降低模数转换器所需带宽，减少系统成本，相比电光采样具有显著优势，因此线性光采样技术越来越成为光信号检测的前沿技术。线性光采样是一种欠采样方法,可以有效地利用低速光脉冲采集高速信号,再通过数字信号处理算法,对信号进行较高程度监测和恢复。然而线性光采样方法对于含有短脉冲信号恢复较为困难，这是由于短脉冲信号占空比非常小，采样脉冲的速率又远低于信号速率，如果短脉冲信号归零的部分比较多，采样脉冲采集的全是零，提取不到待测信号的主瓣，光电探测器的输出是无效信号，无法进行后续数字信号处理。

4、因此，提供一种全新的基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方案，解决现有的线性光采样问题，成为行业亟待解决的事情。

技术实现思路

1、鉴于此，本申请实施例提供了一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方法及系统，能够基于线性光采样实现超短脉冲光信号的有效采样。

2、本发明的第一方面，提供了一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方法，该采样方法包括：将超短脉冲光信号通过色散光纤，使该超短脉冲光信号发生展宽，生成展宽脉冲光信号；将该展宽脉冲光信号和采样脉冲信号输入光学混频器；将该光学混频器的输出接入两个光电探测器，经由两个光电探测器生成第一电信号和第二电信号；将该第一电信号和该第二电信号输入模数转换器，生成数字信号；对该数字信号进行峰值提取，并将该数字信号恢复为原始的超短脉冲光信号。

3、在本发明一些实施例中，对该数字信号进行峰值提取，并将该数字信号恢复为原始的超短脉冲光信号，包括：对该数字信号进行峰值提取，得到峰值点序列；对该峰值点序列执行软件同步算法，恢复原始的超短脉冲光信号。

4、在本发明一些实施例中，对该峰值点序列执行软件同步算法，恢复原始的超短脉冲光信号，包括：对该峰值点序列中的每一个峰值点确定归一化时间，绘制重构脉冲信号散点图，根据该散点图恢复的信号，生成色散展宽信号；对该色散展宽信号进行色散补偿，恢复原始的超短脉冲光信号。

5、在本发明一些实施例中，该光学混频器是90度光学混频器。

6、在本发明一些实施例中，将该光学混频器的输出接入相应的光电探测器，生成第一电信号和第二电信号，包括：将该90度光学混频器的0度相位偏移输出口和180度相位偏移输出口接入第一光电探测器；将该90度光学混频器的90度相位偏移输出口和270度相位偏移输出口接入第二光电探测器；该第一光电探测器和该第二光电探测器分别生成第一电信号和第二电信号。

7、在本发明一些实施例中，该超短脉冲光信号的重复频率为几十兆至几百兆赫兹，脉宽为几皮秒至几十皮秒。

8、在本发明一些实施例中，该色散光纤的色散系数是500ps/nm.km。

9、在本发明一些实施例中，该色散补偿为时域补偿。

10、本发明的第二方面，提供了一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样系统，该系统包括：色散光纤、光学混频器、光电探测器、模数转换器和数字信号处理模块；该色散光纤，用于使通过其传输的超短脉冲光信号发生展宽，生成展宽脉冲光信号；该光学混频器，用于输入该展宽脉冲光信号和采样脉冲信号；该光电探测器，用于接入该光学混频器的相应的输出，生成第一电信号和第二电信号；该模数转换器，用于输入该第一电信号和该第二电信号，生成数字信号；该数字信号处理模块，用于对该数字信号进行峰值提取，并将该数字信号恢复为原始的超短脉冲光信号。

11、在本发明一些实施例中，该数字信号处理模块进一步用于：对该数字信号进行峰值提取，得到峰值点序列；对该峰值点序列中的每一个峰值点确定归一化时间，绘制重构脉冲信号散点图，根据该散点图恢复的信号，生成色散展宽信号；对该色散展宽信号进行色散补偿，恢复原始的超短脉冲光信号。

12、在本发明一些实施例中，该光学混频器是90度光学混频器；该光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器；该90度光学混频器的0度相位偏移输出口和180度相位偏移输出口接入该第一光电探测器；该90度光学混频器的90度相位偏移输出口和270度相位偏移输出口接入该第二光电探测器。

13、本发明实施例提供的基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方法及系统，通过将待测超短脉冲光信号经过色散光纤，使该待测超短脉冲光信号产生较大展宽，生成展宽脉冲光信号，然后使用线性光采样方法对该展宽脉冲光信号进行采集，接着通过数字信号处理技术对该展宽脉冲光信号进行复原，恢复原始的超短脉冲光信号。由于展宽脉冲光信号的脉冲主瓣有效部分占信号周期的绝大部分，因此能很容易地提取到脉冲主瓣，实现有效脉冲采样，由此降低模数转换器的带宽，减少系统成本。

14、本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

15、本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

技术特征：

1.一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的采样方法，其特征在于，所述对所述数字信号进行峰值提取，并将所述数字信号恢复为原始的超短脉冲光信号，包括：

3.根据权利要求2所述的采样方法，其特征在于，所述对所述峰值点序列执行软件同步算法，恢复原始的超短脉冲光信号，包括：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的采样方法，其特征在于，

5.根据权利要求1至3中任一项所述的采样方法，其特征在于，所述超短脉冲光信号的重复频率为几十兆至几百兆赫兹，脉宽为几皮秒至几十皮秒。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的采样方法，其特征在于，所述色散光纤的色散系数是500ps/nm.km。

7.根据权利要求3所述的采样方法，其特征在于，所述色散补偿为时域补偿。

8.一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样系统，其特征在于，所述系统包括：色散光纤、光学混频器、光电探测器、模数转换器和数字信号处理模块；

9.根据权利要求8所述的采样系统，其特征在于，所述数字信号处理模块进一步用于：

10.根据权利要求8或9所述的采样系统，其特征在于，

技术总结
本申请实施例提供了一种基于线性光采样的超短脉冲光信号采样方法及系统。将超短脉冲光信号通过色散光纤，使超短脉冲光信号发生展宽，生成展宽脉冲光信号；将展宽脉冲光信号和采样脉冲信号输入光学混频器；将光学混频器的输出接入两个光电探测器，经由两个光电探测器生成第一电信号和第二电信号；将第一电信号和第二电信号输入模数转换器，生成数字信号；对数字信号进行峰值提取，并将数字信号恢复为原始的超短脉冲光信号。上述方案通过将待测超短脉冲光信号经过色散光纤，产生较大展宽，对展宽脉冲光信号进行采集，通过数字信号处理技术进行复原，恢复原始的超短脉冲光信号。由此，实现了有效采样，降低模数转换器的带宽，减少系统成本。

技术研发人员：滕云,刘小东,刘晓静,田红丽,胡清容,韩伟丹
受保护的技术使用者：北京安科慧生科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4