CN102412906A - 差分四相相移键控接收机及其增益控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种差分四相相移键控接收机及其增益控制方法，该DQPSK接收机还包括依次相连的峰值检测器、叠加模块和增益控制器，该峰值检测器，与该TIA的输出端相连，用于获得该TIA输出的电压信号的最大值；该叠加模块，用于根据该TIA输出的电压信号的最大值和预设的固定电压信号获得误差信号，并向该增益控制器发送该误差信号；该增益控制器，用于根据该误差信号，采用控制算法产生控制该TIA增益的增益控制信号，并向该TIA的增益控制端发送该增益控制信号。上述DQPSK接收机及其自动增益控制方法，实现了DQPSK接收机输出的电压信号幅度恒定，进而使得进入数据恢复电路的信号稳定，提高了数据恢复电路的性能。

Description

差分四相相移键控接收机及其增益控制方法
技术领域
本发明涉及数字光纤传输***技术领域，尤其涉及一种差分四相相移键控接收机及其增益控制方法。
背景技术
近几年来，随着光传输***速度的提高和容量的增大，以差分四相相移键控(differential quadrature phase shift keying，DQPSK)为代表的光相位调制方法越来越受到业界的重视。DQPSK是以光波的四个不同相位来代表不同的数据信号，因此其码元速度只有传统光幅度调制方法的一半，对于光器件的要求小了许多。此外DQPSK调制相比幅度调制还具有更加优越的色散容限和偏振模色散容限性能，更加适用于大容量、长距离的光传输***。
DQPSK调制格式的接收端光接收器包括DQPSK解调器和DQPSK接收机。DQPSK调制格式的解调原理为：通过DQPSK解调器对接收到的光信号进行解调。DQPSK解调器包括两个差分相移键控(Differential Phase ShiftKeying，DPSK)解调器，分别为I臂和Q臂；光解调器将DPSK信号在一个输出端转换为调幅光信号，并在另一个输出端转换为反相调幅光信号。因此DQPSK解调器输出I臂相长端幅度光信号EI，cos，I臂相消端幅度光信号EI，des，Q臂相长端幅度光信号EQ，cos，Q臂相消端幅度光信号EQ，des。这些信号用两个DQPSK接收机进行检测。两个接收机包括4个高速探测器，分别为PD1、PD2、PD3和PD4。PD1和PD2的输出彼此电相减获得差分电流1，PD3和PD4的输出彼此电相减获得差分电流2，差分电流1和差分电流2分别通过后续的跨阻放大器转换成两路差分电压信号，然后送到数据恢复电路。
目前，DQPSK接收机输出的电压信号随外界环境的变化而变化，比如输入光功率大小变化和温度变化等因素都会影响DQPSK接收机输出的电压信号，从而导致进入数据恢复电路的信号不稳定，从而影响数据恢复电路的性能。
发明内容
本发明提出了一种DQPSK接收机及其增益控制方法，以解决DQPSK接收机输出的电压信号幅度随外界环境的变化而变化的问题。
本发明提出了一种DQPSK接收机，该DQPSK接收机包括跨阻放大器(TIA)，该DQPSK接收机还包括依次相连的峰值检测器、叠加模块和增益控制器，其中：
所述峰值检测器，与所述TIA的输出端相连，用于获得所述TIA输出的电压信号的最大值；
所述叠加模块，用于根据所述TIA输出的电压信号的最大值和预设的固定电压信号获得误差信号，并向所述增益控制器发送所述误差信号；
所述增益控制器，用于根据所述误差信号，采用控制算法产生控制所述TIA增益的增益控制信号，并向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号。
优选地，所述控制算法为比例积分控制算法。
优选地，该DQPSK接收机还包括：
驱动模块，位于所述增益控制器和所述TIA之间，用于对所述增益控制器输出的增益控制信号进行驱动，并将驱动后的增益控制信号输出给所述TIA的增益控制端。
优选地，所述驱动模块采用射随电路实现。
优选地，所述DQPSK接收机位于光接收器中。
本发明还提供了一种差分四相相移键控(DQPSK)接收机的增益控制方法，所述DQPSK接收机包括跨阻放大器(TIA)，该方法包括：
获得所述TIA输出的电压信号的最大值；
根据所述TIA输出的电压信号的最大值和预设的固定电压信号获得误差信号；
根据所述误差信号，采用控制算法产生控制所述TIA增益的增益控制信号，并向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号。
优选地，所述控制算法为比例积分控制算法。
优选地，所述向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号之前，所述方法还包括：
对产生的增益控制信号进行驱动。
上述DQPSK接收机及其自动增益控制方法，实现了DQPSK接收机输出的电压信号幅度恒定，进而使得进入数据恢复电路的信号稳定，提高了数据恢复电路的性能。
附图说明
图1为本发明DQPSK接收机实施例的原理框图；
图2为本发明自动增益控制器实施例的结构示意图；
图3为本发明自动增益控制方法实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，为本发明DQPSK接收机实施例的原理框图，所述DQPSK接收机包括：PD管11、跨阻放大器(TIA)12、峰值检测器13、叠加模块14和自动增益控制器15。所述PD管用于感应DQPSK光解调器输出到跨阻放大器的光信号，并根据输入的光功率转换为对应的监测光电流；所述跨阻放大器TIA用于将光电流信号转换成电压信号。峰值检测器，用于采集跨阻放大器输出的峰值信号。叠加模块，用于将一固定设定电压和峰值检测器输出的信号相减，得到误差信号。自动增益控制器，用于根据输入的误差信号，采用控制算法，产生自动增益控制信号，用来控制TIA跨阻放大器的增益，从而保证跨阻放大器输出信号的稳定。
上述DQPSK接收机是通过峰值检测器获取DQPSK接收机输出信号的最大值，该值和一固定电压相减得到误差信号。自动增益控制器根据误差信号，采用控制算法，产生自动增益控制信号，该信号经驱动模块放大后，用来控制跨阻放大器的增益。
DQPSK接收机内部结构包括实现平均光功率检测的2个PD管、跨阻放大器TIA和峰值检测器。光DQPSK接收机内部的2个PD管分别将检测到的光信号转换为光电流信号，两个光电流信号电相减得到差分电流信号，跨阻放大器用于将差分电流信号转换成差分电压信号。峰值检测器，用于对跨阻放大器输出的差分电压信号进行最大值检测。
叠加模块，用于将一固定电压信号和峰值检测器输出的电压信号相减，得到误差信号VERR。固定电压信号由现场可编程门阵列(FPGA)通过往数字模拟转换器写数值来实现，峰值检测器的输出电压信号进入模拟数字转换器进行采样，叠加模块通过在FPGA里面做减法来实现。
自动增益控制器，用于根据误差信号，采用控制算法，产生自动增益控制信号，用来控制TIA跨阻放大器的增益，从而保证跨阻放大器输出信号的稳定。本实施例采用比例积分控制算法，包括两个环节，一个是比例环节，一个是积分环节，再用加法器实现比例环节和积分环节的相加，比例积分控制算法框图见图2所示，采用软件在FPGA内部实现，加法器的输出通过数字模拟转换器转换为控制信号VCON。
上述接收机还可以包括驱动模块，该驱动模块，用于自动增益控制器单元数字模拟转换器输出的控制电压信号进行驱动，采用射随电路实现。
上述DQPSK接收机可以位于光接收器或其他设备中。
上述DQPSK接收机，实现了DQPSK接收机输出的电压信号幅度恒定，进而使得进入数据恢复电路的信号稳定，提高了数据恢复电路的性能。
如图3所示，为本发明自动增益控制方法实施例的流程图，该DQPSK接收机包括跨阻放大器(TIA)，该方法包括：
步骤301、获得所述TIA输出的电压信号的最大值；
步骤302、根据所述TIA输出的电压信号的最大值和预设的固定电压信号获得误差信号；
步骤303、根据所述误差信号，采用控制算法产生控制所述TIA增益的增益控制信号，并向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号。
其中，所述控制算法为比例积分控制算法，实现过程可参见图2，此处不再赘述。
另外，在所述向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号之前，所述方法还可以包括：对产生的增益控制信号进行驱动。
上述DQPSK接收机的自动增益控制方法，实现了DQPSK接收机输出的电压信号幅度恒定，进而使得进入数据恢复电路的信号稳定，提高了数据恢复电路的性能。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种差分四相相移键控(DQPSK)接收机，包括跨阻放大器(TIA)，其特征在于，该DQPSK接收机还包括依次相连的峰值检测器、叠加模块和增益控制器，其中：
所述峰值检测器，与所述TIA的输出端相连，用于获得所述TIA输出的电压信号的最大值；
所述叠加模块，用于根据所述TIA输出的电压信号的最大值和预设的固定电压信号获得误差信号，并向所述增益控制器发送所述误差信号；
所述增益控制器，用于根据所述误差信号，采用控制算法产生控制所述TIA增益的增益控制信号，并向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号。
2.根据权利要求1所述的DQPSK接收机，其特征在于：
所述控制算法为比例积分控制算法。
3.根据权利要求1或2所述的DQPSK接收机，其特征在于，该DQPSK接收机还包括：
驱动模块，位于所述增益控制器和所述TIA之间，用于对所述增益控制器输出的增益控制信号进行驱动，并将驱动后的增益控制信号输出给所述TIA的增益控制端。
4.根据权利要求3所述的DQPSK接收机，其特征在于：
所述驱动模块采用射随电路实现。
5.根据权利要求4所述的DQPSK接收机，其特征在于：
所述DQPSK接收机位于光接收器中。
6.一种差分四相相移键控(DQPSK)接收机的增益控制方法，所述DQPSK接收机包括跨阻放大器(TIA)，该方法包括：
获得所述TIA输出的电压信号的最大值；
根据所述TIA输出的电压信号的最大值和预设的固定电压信号获得误差信号；
根据所述误差信号，采用控制算法产生控制所述TIA增益的增益控制信号，并向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述控制算法为比例积分控制算法。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：
所述向所述TIA的增益控制端发送所述增益控制信号之前，所述方法还包括：
对产生的增益控制信号进行驱动。
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