CN101350674A - 一种相位调整的方法、装置及光调制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相位调整的方法、装置及光调制器。本发明的方法包括：获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙，在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值；获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值，按照所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度。使低频扰动信号和响应信号之间的相位差保持恒定。本发明还公开了一种相位调整的装置和光调制器。

Description

一种相位调整的方法、装置及光调制器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是指一种相位调整的方法、装置及光调制器。

背景技术

随着光学和电子通信研究的不断深入，光通信得到快速发展。在光传输***中无电中继传输的距离已经达到数百公里。光纤传输时，采用外调制器使激光器工作在连续波方式，简单又比较彻底的克服频率啁啾影响。此外，它还能提供更高的速度、更高的消光比和更大的功率。因此，外调制技术为超高速、长距离光传输的理想选择。

目前的光调制器大部分为马赫-曾德尔调制器，其中，主要是铌酸锂(LiNbio3)调制器。下面介绍铌酸锂调制器的工作原理。

铌酸锂调制器的工作原理利用特殊材料的折射率会随着外加电场的变化而变化的特性来实现调制功能。外加电场引起材料折射率的变化，折射率的变化引起所承载调制光信号的相位变化，光信号相位的变化再结合特定的铌酸锂马赫(MZ)干涉仪，会使输出信号产生干涉效应，从而实现光强度的调制，即光功率的调制。

铌酸锂调制器工作的特性曲线如图1所示，V坐标表示调制器的外加直流偏置(Bias)电压。不同的外加直流偏置电压对应不同的输出光功率。Bias电压可工作在各个电压点，以达到输出光功率达到最大(MAX)、最小(MIN)、两个Quad点(即Quad-、Quad+)以及其它光功率点。在调制器的工作过程中，当光源被高速非归零(NRZ)码电信号调制下，调制器工作在两个Quad点时，对数字信号***来说误码率最低，对模拟***来说畸变最小。所以尽量把外加直流偏置电压的电压值稳定在Vpi/2上，以保证光功率稳定在Quad点，这时输出的光调制信号是最佳的。但是，在实际情况中，铌酸锂调制器的Bias电压会因为温度发生漂移(即直流电压随温度发生变化)，即输入电压Vin(Bias电压)会在发生变化。因此，需要不断对直流Bias电压的漂移进行补偿，使光功率的输出值锁定在Quad点。现有技术对Bias电压进行偏置控制时主要采用以下两种方式。

第一种方式是采用调幅偏置控制，调幅偏置控制的原理是采用高频数据信号(RF)进行幅度调制，通过计算调制器的反馈信号的反馈值来实现Bias电压控制。具体实现过程可参见图2，低频扰动信号(周期性的正弦信号)加载在幅度驱动器的调幅端实现对RF的幅度调制。通过背光检测光电二极管(PD)提取调制后的信号，即PD响应信号。对PD响应信号进行放大，并以低频扰动信号的频率范围进行选频滤波，得到以低频扰动频率存在的PD响应信号。

当低频扰动信号为正向扰动或负向扰动时，可通过偏置控制模块同步解调计算正向扰动和负向扰动幅度的最大和最小值，并得到幅度的差值(Vpp)。当Vpp较小并接近于零时，说明调制器的Bias电压工作在±Vpi/2上，即光功率工作在±Quad点；当Vpp较大时，说明调制器的Bias电压工作偏离±Vpi/2，即光功率已经偏离±Quad点。通过Vpp的大小，即可将得出Bias电压所需的补偿值，从而实现Bias电压的补偿。

第二种方式加入低频扰动信号与第一种方式不同，不是通过驱动器的调幅管脚加入，而是通过调制器的Bias端加入。通过计算低频扰动信号在其扰动频率下的PD响应信号的Vpp以及在低频二次谐波频率下输出信号的Vpp来判断Bias电压的偏移量，从而得出对Bias电压的补偿值。

上述第一种方式和第二种方式在实现计算Bias电压补偿值的过程中，只有在PD响应信号和低频扰动信号的相位差同步时，才能准确的计算出Vpp，从而实现对Bias电压的补偿。为使从调制器获得的PD响应信号在信噪比很低时也能得到满足计算Vpp的幅度信号，这两种方式均采用多级滤波和多级放大电路，由于多级滤波和多级放大电路在不同温度下相位变化不同，这样会引起PD响应信号和低频扰动信号之间的不同步，并出现相位差，从而造成计算Vpp的偏差，降低对Bias电压的控制精度；如果去除部分放大电路、滤波电路以降低相位差，又会造成PD信号的劣化。因此，PD响应信号和低频扰动信号之间存在相位差的问题总是困扰着对Bias电压的控制精度。

发明内容

本发明的实施例提供一种相位调整的方法，包括：

获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙，在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值；

获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值，按照所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度。

本发明的实施例提供一种相位调整的装置，包括：

信号提取单元，用于获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

标准时钟单元，用于预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙并提供标准时钟信号；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

采样单元，用于在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

运算单元，用于利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值，获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值；

判断单元，用于判断所述调整差值是否超过预定阈值，并得到判断结果；

调整单元，按照所述判断结果、所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度。

本发明的实施例提供一种光调制器，包括：

输入装置，用于将低频扰动信号和RF信号输入到光调制器中；

光电转换装置，用于获得调制后的存在低频扰动信号的光响应信号，并将光响应信号转换为响应信号；

相位调节装置，包括：

信号提取单元，用于从所述光电转换装置获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

标准时钟单元，用于将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙并提供标准时钟信号；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

采样单元，用于在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

运算单元，用于利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值，获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值；

判断单元，用于判断所述调整差值是否超过预定阈值，并得到判断结果；

调整单元，按照所述判断结果、所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度；

偏置电压控制装置，用于通过所述低频扰动信号、所述响应信号进行计算，利用计算结果提高或降低偏置电压。

本发明实施例中的方法和装置能够调节低频扰动信号和响应信号之间的相位差，使低频扰动信号和响应信号之间的相位差保持恒定，且相位差不受温度和器件的影响，降低硬件设计的成本。本发明实施例中的光调制器能够通过低频扰动信号和响应信号进行计算，利用计算结果提高或降低偏置电压，提高锁定偏置电压的可靠性。使光调制器的偏置电压、功率工作在稳定的工作点，从而输出稳定的光调制信号。

附图说明

图1是铌酸锂调制器工作的特性曲线示意图；

图2是铌酸锂调制器的结构示意图；

图3是本发明实施例一的调制器结构图；

图4是本发明实施例一的流程图；

图5是本发明实施例一中标准信号和响应信号同步时的波形示意图；

图6是本发明实施例一中响应信号波形向左偏离标准信号波形的示意图；

图7是本发明实施例一中响应信号波形向右偏离标准信号波形的示意图；

图8是本发明实施例二中装置的结构图；

图9是本发明实施例三中光调制器的结构图。

具体实施方式

下面通过本发明的实施例详细说明调整响应信号和低频扰动信号之间相位差的具体实现方案。首先结合图3和图4详细说明本发明的实施例一，参见图3，在该实施例中，调制器采用MZ类型调制器，可以是铌酸锂调制器。在该调制器中，通过PD端进行光电转换后获得电信号，经过滤波、放大后进行AD采样，数字处理芯片利用采样值判断，利用判断后的结果调整低频扰动信号。具体的实现过程参见图4，包括以下步骤：

步骤401：获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

通过调制器的PD端获得光响应信号，光响应信号进行光电转换获得响应信号，将获得的响应信号进行滤波，滤波包括选频、带通，过滤出只存在低频扰动信号频率的响应信号。

获得PD响应信号后，将执行下面的AD采样过程。采样时，标准时钟和采样时钟的频率是可以变化的，在该实施例中，标准时钟为1K、采样时钟为20K。即在一个标准时钟信号的周期内可采样20次。

步骤402：将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙，并对时隙内的响应信号采样；

所采用的预定长度可以是一个标准时钟周期的二分之一、或四分之三、或一个标准时钟周期、或多个标准时钟周期等。在预定长度的标准时钟周期内对于响应信号进行采样时，需要将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙，划分出的两个时隙并非要连续。但这两个时隙要满足在响应信号与标准时钟同步时，两个时隙内的响应信号波形对称，可以是镜像对称或原点对称。

为便于说明，本实施例中，所采用的标准时钟周期长度为二分之一的标准时钟周期长度，并将该长度划分出两个连续且相等的时隙。在标准时钟周期划分出的时隙内对响应信号采样的波形示意图可参见5，图5是标准时钟和响应信号同步时的波形示意图，图中的方形波形是标准的时钟信号波形，每个方波即标准时钟周期的信号时隙，曲线波形为响应信号的波形。在采样时，对方波的时隙内对响应信号的正向(即图5中的上半轴)、负向(即图5中的下半轴)进行采样。在一个方波的时隙内，获取10次采样值，并分别统计两个时隙内的采样值。

步骤403：将获得的采样值记录在数组中；

步骤404：判断每次采样的次数是否小于最大采样次数；

在该实施例中，每次采样结束后，判断当前采样的次数是否小于最大的采样次数，即判断是否不等于10，如果不等于，则继续执行步骤402，直到采样10次结束；如果采样次数大于10后，则不再执行采样操作，执行步骤405。

步骤405：分别计算所述两个时隙内响应信号采样结果的表征值。

当标准信号和响应信号失去同步时，可能会出现如图6或图7所示的波形偏差。在图6中，响应信号的波形在标准时钟的方波时隙内向左发生偏移，采样时，在负向，会采集到响应信号的反向采样值，而在正向，会采集到与标准时钟同向的采样值；在图7中，响应信号的波形在标准时钟的方波时隙内向右发生偏移，采样时，也会出现与图6相似的采样结果。

分别计算所划分的两个时隙内对响应信号采样结果的表征值，计算过程是将每个时隙内的所有采样值进行和、差、积、对数、积分任意一种数学运算或其组合运算。优选的，是将采样值进行和运算，得到各个时隙的表征值。

在该实施例中，以图6的波形示意图为例，由于响应信号向左偏移，在方波左侧的时隙中可得出正向的5次采样值，将采样值进行和运算后得到表征值记为SUMA；对于右侧有阴影的时隙内，可得出负向的5次采样值，由于响应信号在负向，因此，得到的采样值进行和运算后得到表征值记为SUMB，为负值。

步骤406：判断两个表征值之间的表征差值是否大于预定阈值，如果大于，则执行步骤407；如果小于，则执行步骤408；

其中，预定的阈值是在响应信号与标准时钟同步时，按照划分出的时隙所获得的表征差值。预定的阈值与划分出时隙内的响应信号的波形有关，如果在划分时隙时，所划分出响应信号的波形是左右对称，则通过两个时隙相减后的表征差值，即阈值为0；如果在划分时隙时，所划分出响应信号的波形是原点对称，则通过两个时隙相减后的表征差值不为0。

在该实施例中，划分的两个时隙相等，每个时隙的采样次数相同，两个时隙内的响应信号波形属于镜像对称，因此预定阈值为0。对于判断过程，以图6为例，响应信号刚好在标准时钟左侧的时隙内，此时，SUMB的值为负值，用SUMA减去SUMB的结果记为SUMC，用正值减去负值的结果必为大于阈值0的正值，说明低频扰动信号的相位相对于标准时钟的相位发生向右的偏移。

步骤407：将低频扰动时钟的相位向左偏移相应的度数；

将低频扰动时钟的相位向左调节时，需要获得表征差值与预定阈值之间的调整差值，通过调整差值移动相应的度数。

在本实施例中，如果得到的调整差值SUMC对应于标准时钟信号的左侧部分的响应信号的相位差是45度，则将低频扰动信号的相位向左偏移45度，将相位的度数减少45度。

步骤408：判断两个表征值之间的表征差值是否小于预定阈值，如果小于，则执行步骤409；否则说明没有发生相位偏移，结束调整或重新执行步骤401。

以图7为例，如果出现小于阈值的情况，出现如图7所示的波形示意图，这时在标准时钟波形(即方波)的响应信号在无阴影的区域内为负向，因此记采样结果SUMA为负值，在有阴影的区域内响应信号的抽样结果记为SUMB，获得SUMB为正值。SUMA减去SUMB的结果SUMC必小于阈值0的负值。

步骤409：将低频扰动时钟的相位向右偏移相应的度数。

将低频扰动时钟的相位向右调节时，需要获得表征差值与预定阈值之间的调整差值，通过调整差值移动相应的度数。

在本实施例中，可按照得出的差值SUMC获得相对应的相位度数，并将低频扰动信号的相位增加相应的度数，使低频扰动信号的波形向右偏移。

至此，该实施例中的相位调节过程结束。

上面的实施例详细说明调节相位差的过程，下面给出实施例二，即实现上述相位差调整过程的装置实施例，参见图8，该实施例中，相位差调整装置包括：信号提取单元801、标准时钟单元802、采样单元803、运算单元804、判断单元805、调整单元806，

信号提取单元801，用于获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

标准时钟单元802，用于将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙并提供标准时钟信号；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

采样单元803，用于在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

运算单元804，用于利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值，获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值；

判断单元805，用于判断所述调整差值是否超过预定阈值，并得到判断结果；

调整单元806，按照所述判断结果、所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度。

其中，所述运算单元804利用每个时隙内的所有采样值获得表征值的过程包括：

将每个时隙内的所有采样值进行和、差、积、对数、积分任意一种数学运算或其组合运算获得表征值。

其中，所述调整单元806包括：

第一调整单元807，用于所述判断结果为差值大于所述预定阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位减少相应的角度；

第二调整单元808，用于所述判断结果为所述调整差值小于所述阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位增加相应的角度。

本发明实施例中的方法和装置能够调节低频扰动信号和响应信号之间的相位差，使低频扰动信号和响应信号之间的相位差保持同步。且可通过多种方式获得表征值，计算方式灵活，易于实现，相位差的控制精度准确。

上述的相位差控制的装置可用于各类电子设备的当中，如应用于光调制器中，但不局限于光调制器。下面给出本发明的装置应用与光调制器时的实施例三。

参见图9，图9是光调制器的结构图，该实施例的光调制器包括输入装置901、偏置电压控制装置902、相位调整装置903、光电转换装置904，其中，光调制器可以是MZ调制器。

输入装置901，用于将低频扰动信号和RF信号输入到光调制器中；

光电转换装置904，用于将获得调制后的存在低频扰动信号的光响应信号，并将光响应信号转换为响应信号；

相位调节装置903，包括：信号提取单元905、标准时钟单元906、采样单元907、运算单元908、判断单元909、调整单元910；

信号提取单元905，用于从所述光电转换装置904获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

标准时钟单元906，用于将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙并提供标准时钟信号；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

采样单元907，用于在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

运算单元908，用于利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值，获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值；

判断单元909，用于判断所述调整差值是否超过预定阈值，并得到判断结果；

调整单元910，按照所述判断结果、所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度；

偏置电压控制装置902，用于通过所述低频扰动信号、所述响应信号进行计算，利用计算结果提高或降低偏置电压。

其中，所述调整单元910包括：

第一调整单元911，用于所述判断结果为所述调整差值大于所述预定阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位减少相应的角度；

第二调整单元912，用于所述判断结果为所述调整差值小于所述预定阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位增加相应的角度。

在该实施例中，可不间断调节相位差；还可添加控制开关，当偏置电压不稳定时执行调节相位差的工作。

本发明实施例中的光调制器能够低频扰动信号和响应信号进行计算，利用计算结果提高或降低偏置电压，使光调制器的偏置电压、功率工作在稳定的工作点，从而输出稳定的光调制信号。

对于本领域技术人员而言，能够通过多种现有的方式实现偏置电压控制装置的计算过程，如通过低频扰动信号、响应信号的幅度关系计算偏置电压的偏离值；还有通过控制偏置电压工作在如图1所示的MAX或MIN时计算偏置电压的偏离值以进行相应调节的技术。这些技术均可通过本发明实施例中的方案进行相位控制，以实现对偏置电压较稳定的控制。

对于本发明各个实施例中所阐述的方法、装置和光调制器，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种相位调整的方法，其特征在于，包括：

获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙，在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值；

获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值，按照所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用每个时隙内的所有采样值获得表征值的过程包括：

将每个时隙内的所有采样值进行和、差、积、对数、积分任意一种数学运算或其组合运算获得表征值。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照所述调整差值将低频扰动信号的相位移动相应的角度的步骤包括：

当所述表征差值大于所述阈值时，按照所述调整差值将所述低频扰动信号的相位减少相应的角度；

当所述表征差值小于所述阈值时，按照所述调整差值将所述低频扰动信号的相位增加相应的角度。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定阈值为所述响应信号与所述标准时钟同步时，所获得的表征差值。

5、一种相位调整的装置，其特征在于，包括：

信号提取单元，用于获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

标准时钟单元，用于将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙并提供标准时钟信号；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

采样单元，用于在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

运算单元，用于利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值，获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值；

判断单元，用于判断所述调整差值是否超过预定阈值，并得到判断结果；

调整单元，按照所述判断结果、所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述运算单元利用每个时隙内的所有采样值获得表征值的过程包括：

将每个时隙内的所有采样值进行和、差、积、对数、积分任意一种数学运算或其组合运算获得表征值。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括：

第一调整单元，用于所述判断结果为所述调整差值大于所述预定阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位减少相应的角度；

第二调整单元，用于所述判断结果为所述调整差值小于所述预定阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位增加相应的角度。

8、一种光调制器，其特征在于，包括：

输入装置，用于将低频扰动信号和高频数据RF信号输入到光调制器中；

光电转换装置，用于获得调制后的存在低频扰动信号的光响应信号，并将光响应信号转换为响应信号；

相位调节装置，包括：

信号提取单元，用于从所述光电转换装置获得存在低频扰动信号的响应信号，通过所述响应信号得到低频扰动信号频率的响应信号；

标准时钟单元，用于将预定长度的标准时钟周期划分出两个相等的时隙并提供标准时钟信号；其中，所述响应信号与所述标准时钟同步时，所述两个时隙内的响应信号波形对称；

采样单元，用于在所述时隙内通过采样时钟对所述响应信号进行采样；在所述划分的两个时隙内，获取所述响应信号的采样值；

运算单元，用于利用每个时隙内的所有采样值获得表征值，获得两个表征值之间的表征差值，获得所述表征差值与预定阈值之间的调整差值；

判断单元，用于判断所述调整差值是否超过预定阈值，并得到判断结果；

调整单元，按照所述判断结果、所述调整差值将所述低频扰动信号的相位移动相应的角度；

偏置电压控制装置，用于通过所述低频扰动信号、所述响应信号进行计算，利用计算结果提高或降低偏置电压。

9、根据权利要求8所述的光调制器，其特征在于，所述调整单元包括：

第一调整单元，用于所述判断结果为所述调整差值大于所述预定阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位减少相应的角度；

第二调整单元，用于所述判断结果为所述调整差值小于所述预定阈值时，按照所述差值将所述低频扰动信号的相位增加相应的角度。

10、根据权利要求8所述的光调制器，其特征在于，所述光调制器为马赫-曾德尔调制器。

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