相干接收機反饋控制方法、裝置及系統的製作方法

2023-09-10 20:25:20

專利名稱：相干接收機反饋控制方法、裝置及系統的製作方法
技術領域：
本發明實 施例涉及通信技術，特別涉及一種相干接收機反饋控制方法、裝置及系 統。
背景技術：
隨著高速光通信技術的發展，人們對各種業務的需求也在提升，例如對光通 信單一通道信息容量需求的提升，使得密集波分復用(DenseWavelength-Division Multiplexing, DWDM)系統由單波IOGbps發展到單波40Gbps。目前，單波IOOGbps的技術 已經出現並處於不斷的改進中。其中，相干電處理方法是目前公認的一種較為理想的單波IOOGbps速率系統的 接收方法。相干電處理方法需要在數模轉換後再進行相干電處理算法才能完成解調發射 機發出的數據信息。相干電處理的關鍵點就在模數轉換的數據與數位訊號處理(Digital Signal Processing，DSP)算法的正確性。為了儘量給DSP算法提供一個最佳的電信號數 據，模數轉換器器採集模擬數據的信息量大小直接決定整個接收裝置的解調性能。目前公開的相干接收機的主要部分模型如圖1所示，相干接收機的主要特點是利 用90度的光學混頻器把信號光與本地雷射進行相干混頻，本地雷射器由相應的驅動器調 節輸出波長與功率；信號進入偏振分束器後輸出兩個正交偏振態的信號光，其分別與分束 後的本地光同時送入90度光學混頻器，光學混頻器輸出4組差分信號光，每組差分信號光 利用平衡探測器進行光電轉換後，經過跨阻放大器(transimpedance amplifier,TIA)進行 信號線性放大，最後進入模數轉換器把模擬的電信號轉換成數位訊號送入後續的數位訊號 處理(DSP)單元進行相關的處理並解調出信號光信息。在現有的技術中，在公開的反饋控 制方法中，其原理如下反饋控制中被調製的信號光輸入到信號光處理器後，通過可調的光耦合器進行信 號光與本地雷射的混頻，經過耦合器耦合後的雙端光信號進入平衡探測器內完成光電轉 換，轉換後的射頻信號通過射頻信號處理器進行反饋量計算並輸出到各個執行器件，如頻 率相位鎖定器、射頻峰值檢測器、自動掃描電路等，通過電路上的執行器件對光學可調器件 或是本地雷射器進行光上的調節。通過這個閉環控制後的射頻信號經過某種處理後即為所 需要的接收電信號。其它反饋方法也有通過DSP單元反饋相關控制參數來調節雷射器的輸 出頻率使之本地雷射器輸出與信號光的頻率偏差最小。由此可見，現有技術中反饋控制會用到光可調節的器件、電學的射頻處理器等器 件；光路與電路射頻信號兩種反饋環路同時工作；只針對輸出的射頻信號進行處理並反 饋。在DSP單元制反饋頻率控制信號給本地雷射器。發明人在實施本發明的過程中發現現有技術存在一定的缺陷，例如反饋控制未考 慮到模數轉化器對相干電處理算法的影響。

發明內容
本發明實施例提供一種相干接收機反饋控制方法、裝置及系統，以調節ADC採樣 前的模擬信號，使之最佳適應ADC的採集，讓ADC採集到的有效信息量最大並更好的支撐後 續DSP單元的處理，從而提高相干接收性能。本發明實施例提供了一種相干接收機反饋控制方法，該方法包括 根據經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量；根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量， 直至進入模數轉換器的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內，其中，所述跨阻放大器和偏 置T器件串聯後與所述模數轉換器連接。本發明實施例提供了一種相干接收機反饋控制裝置，該裝置包括獲取模塊，用於根據接收的經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量；調節模塊，用於根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T 器件的直流量，直至進入模數轉換器的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內，其中，所述跨 阻放大器和偏置T器件串聯後與所述模數轉換器連接。本發明實施例提供了一種相干接收機反饋控制系統，該系統包括數位訊號處理單 元、模數轉換器、跨阻放大器和偏置T器件；其中，所述數位訊號處理單元，用於接收經模數 轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量；並根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出 的信號幅度和偏置T器件的直流量，直至進入模數轉換器的模擬信號在模數轉換器的採樣 範圍內，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串聯後與所述模數轉換器連接；所述偏置T器件，用於接收來自所述數位訊號處理單元的反饋控制量，並輸出調 節後的偏置T器件的直流量，以調節進入模數轉換器的模擬信號；所述跨阻放大器，用於接收來自所述數位訊號處理單元的反饋控制量，並輸出調 節後的跨阻放大器的信號幅度，以調節進入模數轉換器的模擬信號。上述相干接收機反饋控制方法、裝置及系統，根據獲得的反饋控制量調節跨阻放 大器輸出的信號幅度和偏置τ器件的直流量，以調節ADC採樣前的模擬信號幅度，使之最佳 適應ADC的採集，讓ADC採集到的有效信息量最大並更好的支撐後續DSP單元的處理，從而 提高了相干接收性能。


圖1為現有相干接收機模型的結構示意圖；圖2為本發明相干接收機反饋控制方法實施例一的流程圖；圖3為本發明相干接收機反饋控制方法實施例二的流程圖；圖4為本發明相干接收機反饋控制裝置實施例的結構示意圖；圖5為本發明相干接收機反饋控制系統實施例一的結構示意圖；圖6為本發明相干接收機反饋控制系統實施例二的結構示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。如圖2所示，為本發明相干接收機反饋控制方法實施例一的流程圖，該相干接收機反饋控制方法包括步驟101、接收經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量；DSP單元根據接收的經ADC轉換後的數位訊號獲得反饋控制量，獲得反饋控制量的方法有多種，例如可以根據DSP單元的誤碼率、某種專門的誤差函數等方法獲得；步驟102、根據上述反饋控制量調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的 直流量，直至進入模數轉換器前的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內。DSP單元根據上述反饋控制量進行處理並輸出兩個控制信號，一個控制信號調節 本地雷射器的輸出狀態和/或調節TIA增益大小，使TIA輸出的信號幅度在適合ADC的幅 度範圍內；另一個調節數模轉換器來控制偏置T器件的直流量，以使進入ADC前的模擬信號 偏置在ADC的量化範圍最佳位置處，即調節ADC前端採集信號在ADC器件固有採集範圍內 的偏置位置。由於ADC是相干接收電處理的關鍵器件，其對相干接收的模擬信號進行數位化轉 換，並將轉換後的數位訊號提供給DSP單元。所以，信號轉換的質量直接影響整個接收機。上述相干接收機反饋控制方法，根據獲得的反饋控制量調節TIA輸出的信號幅度 和偏置T器件的直流量，以調節ADC採樣前的模擬信號，使之最佳適應ADC的採集，讓ADC 採集到的有效信息量最大並更好的支撐後續DSP單元的處理，從而提高了相干接收性能， 且實現時光路上用到的光器件結構簡單，需要的光學特殊器件少，易實現。如圖3所示，為本發明相干接收機反饋控制方法實施例二的流程圖，該方法包括步驟201、DSP單元接收經模數轉換器轉換後的數位訊號；步驟202、DSP單元根據該轉換後的數位訊號獲得數位訊號的均值和ADC量化中間 值，得到數位訊號均值和ADC量化中間值的差值，再得到該差值與該ADC量化中間值的比值；上述ADC量化中間值就是ADC採樣範圍中值，即為ADC採樣範圍除以二 ；步驟203、判斷該比值是否大於設定閾值，若是，則執行步驟204，否則執行步驟 205 ；上述設定閾值可根據接收機的性能進行設置，同時該閾值的大小可根據需要進行 調整；步驟204、調節偏置T器件的直流量，並轉向步驟202 ；若上述比值大於該設定閾值，則調節偏置T器件的直流量，使得步驟202中的數字 信號的均值發生變化，進而使得上述比值發生變化，若該比值大於設定閾值，則重複上述操 作，直至該比值小於該設定閾值；步驟205、調節本地雷射器的驅動器和/或TIA的增益大小；步驟206、判斷誤差函數是否報錯，若是，則轉向步驟205，否則，執行步驟207 ；上述誤差函數根據相干電處理算法獲得；其反映的是TIA輸出的信號的好壞，且 該誤差函數輸出反饋控制的相關控制量信息，並有報錯功能；若調節本地雷射器的驅動器 和/或TIA的增益大小，使得TIA輸出的信號不好，則該誤差函數會報錯，需繼續調節調節 本地雷射器的驅動器和/或TIA的增益大小，直至誤差函數不報錯；相干電處理算法內編寫 一種用於反饋控制用的誤差函數。步驟207、將調節後的信號輸入模數轉換器。經過步驟201-206調節後的信號為在模數轉換器採樣範圍內的最佳信號，即在ADC採樣範圍的中間位置，信號幅度符合模數轉換器要求的最佳信號。
需要指出的是，上述判斷步驟202-204和上述判斷步驟205-206是兩個並列的判 斷步驟，它們沒有特定固定的順序；上述相干接收機反饋控制方法，ADC器件採集其前端輸入的模擬信號，通過DSP單 元計算信號的均值，用此均值去比較ADC的中間量化值得到一個差值，再用此差值除以ADC 量化中間值，得到一個比值，然後將該比值與設定閾值進行比較，如果大於該閾值，則調節 偏置T器件的直流輸入分量，直到該比值小於閾值。調節好偏置T器件後，再調節雷射器的 驅動器來增加雷射器的輸出功率或是調節TIA的參數，從而在TIA輸出端得到滿足採集幅 度的輸出電平；輸出電平大小的調節是根據DSP單元的某種專門的誤差函數來處理，當誤 差函數報錯時，繼續調節雷射器或TIA的增益大小，直到沒有報錯提示。此時，ADC採集到 的模擬信號為最佳信號。上述相干接收機反饋控制方法，通過檢測信號輸出與目標輸出之間的差異，調節 本地雷射器的輸出功率和/或TIA的增益大小改變本地光與信號光的耦合比來調節上述的 差異使之達到最佳；通過調節偏置T器件的直流分量去偏置射頻信號，使進入ADC前的模擬 信號偏置在ADC的量化範圍最佳位置處，從而讓ADC採集到的有效信息量最大並更好的支 撐後續DSP單元的處理，因而提高了相干接收性能；且上述方法無需昂貴的光學器件，僅需 增加幾個電器件即可實現。如圖4所示，為本發明相干接收機反饋控制裝置實施例的結構示意圖，該裝置包 括獲取模塊11，用於接收經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量；調節模塊 12，用於根據所述反饋控制量調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量，直 至進入模數轉換器前的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內。為了調節跨阻放大器輸出的信號幅度，上述調節模塊12可以包括第一調節單元 121，用於根據所述反饋控制量調節雷射器的輸出功率和波長；和/或，第二調節單元122， 用於根據所述反饋控制量調節跨阻放大器的增益大小。為了使進入ADC前的模擬信號為最佳信號，上述獲取模塊11可以包括第一獲取 單元111，用於獲得所述數位訊號的均值和所述模數轉換器的量化中間值；第二獲取單元 112，用於根據所述數位訊號的均值和量化中間值獲得差值和所述差值與所述量化中間值 的比值；上述調節模塊12可以包括第一判斷單元123，用於判斷所述差值與量化中間值的 比值是否大於設定閾值，若是，則調節偏置T器件的直流量，直至所述差值與量化中間值的 比值小於設定閾值；否則，調用第一調節單元121調節雷射器的輸出功率和波長，和/或，調 用第二調節單元122調節跨阻放大器的增益大小；第二判斷單元124，用於判斷誤差函數是 否報錯，若是則執行所述調用第一調節單元121調節雷射器的輸出功率和波長，和/或，調 用第二調節單元122調節跨阻放大器的增益大小，否則，確定進入模數轉換器前的模擬信 號在模數轉換器的採樣範圍內。其中，上述第一獲取單元、第二獲取單元、第一判斷單元、第二判斷單元、第一調節 單元及第二調節單元之間通過互相交互獲得進入模數轉換器前的在模數轉換器的採樣範 圍內的最佳模擬信號的過程與本發明相干接收機反饋控制方法實施例的過程相同，在此不 贅述。另外，上述反饋處理裝置可以位於數位訊號處理單元中，且上述數位訊號處理單元可以位於可編程邏輯器件或ASIC晶片中。上述相干接 收機反饋控制裝置，通過調節模塊根據獲取模塊獲得的反饋控制量調 節信號幅度和偏置T器件的直流量，以調節ADC採樣前的模擬信號，使之最佳適應ADC的採 集，讓ADC採集到的有效信息量最大並更好的支撐後續DSP單元的處理，從而提高了相干接 收性能，且實現時需要的光學特殊器件少，易實現。如圖5所示，為本發明相干接收機反饋控制系統實施例一的結構示意圖，該系統 包括數位訊號處理單元1、模數轉換器(ADC) 2和跨阻放大器(TIA)，還包括偏置T器件4 ； 其中，上述數位訊號處理單元1，用於接收經模數轉換器2轉換後的數位訊號，獲得反饋控 制量；並根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件4的直流量， 直至進入模數轉換器2前的模擬信號在模數轉換器2的採樣範圍內，其中，所述跨阻放大器 和偏置T器件4串聯後與所述模數轉換器2連接；所述偏置T器件4，用於接收來自所述信 號處理單元的反饋控制量，並輸出調節後的偏置T器件的直流量量，以調節進入模數轉換 器的模擬信號；所述跨阻放大器，用於接收來自所述數位訊號處理單元1的反饋控制量，並 輸出調節後的跨阻放大器的信號幅度，以調節進入模數轉換器的模擬信號。針對圖5所示的系統，可通過調節跨阻放大器來調節跨阻放大器輸出的信號幅 度。其中，調節跨阻放大器具體是通過調節跨阻放大器的增益大小來實現的。另外，上述系統還可以包括雷射器3，用於接收來自所述數位訊號處理單元1的 反饋控制量，並輸出自身的功率和波長；雙偏振光學混頻器7，用於將所述雷射器3輸出的 功率和波長轉發至跨阻放大器，以調節進入模數轉換器2的模擬信號；具體結構如圖6所
7J\ ο針對圖6所示的系統，可通過調節雷射器調節跨阻放大器的輸出信號，也可以通 過調節雷射器和跨阻放大器來調節跨阻放大器的輸出信號。其中，調節跨阻放大器具體是 通過調節跨阻放大器的增益大小來實現的。為了利用直流電平去偏置被採集的模擬信號， 即抬高或降低被採集的模擬信號，上述相干接收機反饋控制系統還可以包括數模轉換器 (DAC)5，用於接收來自數位訊號處理單元1的反饋控制量，根據上述反饋控制量設置輸出 電平值，並將上述輸出電平值以功率驅動方式加到偏置T器件4的直流引腳上。其中，上述數位訊號處理單元和模數轉換器集成並固化在ASIC晶片中，上述雷射 器3位於雷射器控制系統中，上述跨阻放大器位於平衡接收機中；同時，上述雷射控制裝置 中還包括驅動器6，用於接收來自數位訊號處理單元1的反饋控制量，並根據上述反饋控 制量驅動雷射器3調節輸出功率和波長。另外，上述ASIC晶片通過控制埠去控制數模轉換器與雷射器的驅動器，上述控 制埠可以為滿足相關協議的控制總線，如兩線式串行總線(Inter-Integrated Circuit, I2C)、串行外圍設備接口(serial peripheralinterface，SPI)總線、串行數據總線 (RS232)等。通過DSP的計算獲得一個最佳的雷射器輸出功率值與波長值後，雷射器控制系 統通過改變內部相關電路來響應反饋的指令；最後使ADC前端的採集信號量幅度在一個最 優的幅度上。同時，也可以直接通過控制平衡接收機內的TIA的增益大小來調節ADC前端 的採集信號。上述偏置T器件或者類似裝置的作用就是在交流信息上加入直流分量，從而 去偏置RF信號。由此可見，上述系統無需昂貴的光學器件，且僅增加幾個電器件，且易實現；上述系統通過自適應調整過程，使進入ADC前的信號達到最優的ADC偏置電壓和幅度範圍，提高 了相干接收系統的性能。上述相干接收機反饋控制系統，通過數位訊號處理單元根據獲得的反饋控制量調 節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量，以調節ADC採樣前的模擬信號，使之 最佳適應ADC的採集，讓ADC採集到的有效信息量最大並更好的支撐後續DSP單元的處理， 從而提高了相干接收性能；且該系統增加幾個電器件，只需要的光學特殊器件少，易實現。最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參 照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明 的技術方案進行修改 或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
一種相干接收機反饋控制方法，其特徵在於包括根據經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量；根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量，直至進入模數轉換器的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串聯後與所述模數轉換器連接。
2.根據權利要求1所述的相干接收機反饋控制方法，其特徵在於所述根據所述反饋控 制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度包括根據所述反饋控制量調節雷射器的輸出功率和波長；和/或， 根據所述反饋控制量調節跨阻放大器的增益大小。
3.根據權利要求1所述的相干接收機反饋控制方法，其特徵在於所述獲得反饋控制量 包括獲得所述數位訊號的均值和所述模數轉換器的量化中間值，根據所述數位訊號的均值 和量化中間值獲得差值和所述差值與所述量化中間值的比值。
4.根據權利要求3所述的相干接收機反饋控制方法，其特徵在於所述根據所述反饋控 制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量，直至進入模數轉換器的模 擬信號在模數轉換器的採樣範圍內包括判斷所述差值與量化中間值的比值是否大於設定閾值，若是，則調節偏置T器件的直 流量，直至所述差值與量化中間值的比值小於設定閾值；否則，調節雷射器輸出功率和波 長，和/或，調節跨阻放大器的增益大小；判斷誤差函數是否報錯，若是則執行所述調節雷射器輸出功率和波長，和/或，調節跨 阻放大器的增益大小，否則，確定進入模數轉換器前的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍 內。
5.一種相干接收機反饋控制裝置，其特徵在於包括獲取模塊，用於根據接收的經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量； 調節模塊，用於根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件 的直流量，直至進入模數轉換器的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內，其中，所述跨阻放 大器和偏置T器件串聯後與所述模數轉換器連接。
6.根據權利要求5所述的相干接收機反饋控制裝置，其特徵在於所述調節模塊包括 第一調節單元，用於根據所述反饋控制量調節雷射器的輸出功率和波長；和/或，第二調節單元，用於根據所述反饋控制量調節跨阻放大器的增益大小。
7.根據權利要求5所述的相干接收機反饋控制裝置，其特徵在於所述獲取模塊包括 第一獲取單元，用於獲得所述數位訊號的均值和所述模數轉換器的量化中間值；第二獲取單元，用於根據所述數位訊號的均值和量化中間值獲得差值和所述差值與所 述量化中間值的比值。
8.根據權利要求7所述的相干接收機反饋控制裝置，其特徵在於所述調節模塊包括 第一判斷單元，用於判斷所述差值與量化中間值的比值是否大於設定閾值，若是，則調節偏置T器件的直流量，直至所述差值與量化中間值的比值小於設定閾值；否則，調用第一 調節單元調節雷射器的輸出功率和波長，和/或，調用第二調節單元調節跨阻放大器的增 益大小；第二判斷單元，用於判斷誤差函數是否報錯，若是則執行所述調用第一調節單元調節 雷射器的輸出功率和波長，和/或，調用第二調節單元調節跨阻放大器的增益大小，否則， 確定進入模數轉換器前的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內。
9.根據權利要求5-8任一所述的相干接收機反饋控制裝置，其特徵在於所述相干接收 機反饋控制裝置位於數位訊號處理單元中，且所述數位訊號處理單元位於可編程邏輯器件 或ASIC晶片中。
10.一種相干接收機反饋控制系統，其特徵在於包括數位訊號處理單元、模數轉換 器、跨阻放大器和偏置T器件；其中，所述數位訊號處理單元，用於接收經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量； 並根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量，直至進 入模數轉換器的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內，其中，所述跨阻放大器和偏置T器 件串聯後與所述模數轉換器連接；所述偏置T器件，用於接收來自所述數位訊號處理單元的反饋控制量，並輸出調節後 的偏置T器件的直流量，以調節進入模數轉換器的模擬信號；所述跨阻放大器，用於接收來自所述數位訊號處理單元的反饋控制量，並輸出調節後 的跨阻放大器的信號幅度，以調節進入模數轉換器的模擬信號。
11.根據權利要求10所述的相干接收機反饋控制系統，其特徵在於還包括雷射器，用於接收來自所述數位訊號處理單元的反饋控制量，並輸出自身的功率和波長；雙偏振光學混頻器，用於將所述雷射器輸出的功率和波長轉發至跨阻放大器，以調節 進入模數轉換器的模擬信號。
12.根據權利要求10或11所述的相干接收機反饋控制系統，其特徵在於還包括 數模轉換器，用於接收來自數位訊號處理單元的反饋控制量，根據所述反饋控制量設置輸出電平值，並將所述輸出電平值以功率驅動方式加到所述偏置T器件的直流引腳上。
13.根據權利要求12所述的相干接收機反饋控制系統，其特徵在於所述數位訊號處理 單元和模數轉換器集成在ASIC晶片中，所述雷射器位於雷射器控制系統中，所述跨阻放大 器位於平衡接收機中。
14.根據權利要求13所述的相干接收機反饋控制系統，其特徵在於所述雷射器控制系 統中還包括驅動器，用於接收來自數位訊號處理單元的反饋控制量，並根據所述反饋控制量驅動 雷射器調節輸出的功率和波長。
全文摘要
本發明實施例涉及一種相干接收機反饋控制方法、裝置及系統。其中，相干接收機反饋控制方法包括根據經模數轉換器轉換後的數位訊號，獲得反饋控制量；根據所述反饋控制量，調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量，直至進入模數轉換器的模擬信號在模數轉換器的採樣範圍內，其中，所述跨阻放大器和偏置T器件串聯後與所述模數轉換器連接。上述相干接收機反饋控制方法、裝置及系統，根據獲得的反饋控制量調節跨阻放大器輸出的信號幅度和偏置T器件的直流量，以調節ADC採樣前的模擬信號幅度，使之最佳適應ADC的採集，讓ADC採集到的有效信息量最大並更好的支撐後續DSP單元的處理，從而提高了相干接收性能。
文檔編號H04B10/69GK101888274SQ200910084418
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月14日 優先權日2009年5月14日
發明者萬文通, 趙嬋 申請人:華為技術有限公司