一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法

2023-08-10 03:19:51 1

專利名稱：一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種光通信傳輸信號的穩定控制方法，尤其是涉及一種光載波抑制歸零 碼調製器的自動控制方法。
背景技術：
採用光信號來傳輸數位訊號，最簡單的辦法是以有光代表信號"1"，無光代表信號 "0"。這種數字光信號傳輸碼型由於技術方式簡單，成本低廉而普遍應用於目前的光通 信領域，並被稱為非歸零碼(NRZ)。它可以採用光源直接調製方式來簡單地實現，也可 以釆用外調製器加以實現。然而隨著傳輸速率與傳輸距離的提高，這種傳輸碼型的弱點 也迅速凸顯，與歸零碼(RZ)和載波抑制歸零碼(CSRZ)相比，它的載波效率，非線性 閾值以及對碼間幹擾與偏振模色散抵抗能力都要低不少。特別是載波抑制歸零碼，在無 需改動接收機的情況下，表現出了較強的傳輸能力和較高的接收靈敏度，從而成為一種 商用高速光通信系統的優選傳輸碼型。由於抑制了不帶信息的載波信號，所以其載波效 率高，具有較高的非線性閾值，而且其脈衝寬度不象RZ碼那麼窄，所以其色散容限特 性也比較好。
但是載波抑制歸零碼必須採用兩級外調製器進行調製， 一級調製出普通的非歸零 碼，另一級對此非歸零碼進行鄰碼光學反相調製，以實現載波抑制功能。由鈮酸鋰(LiNb03) 製成的馬赫-曾德(Mach-Zehnder)光調製器(Modulater)，因其具有調製速率高、啁啾 性能可控、消光比高、插入損耗低等特性，目前已經成為光學外調製器的主體。但該光 調製器的電光特性具較大的溫度敏感性，這也使得信號碼發送器的溫度穩定性較差。為 保持信號調製的穩定，鈮酸鋰調製器通常都設置有一個偏置控制端，以補償調製曲線的 偏移。對於非歸零碼等只要求單級調製的信號發送器中，只需要根據輸出光眼圖設定好 輸出光功率，並控制偏置電壓以保持輸出光功率穩定即可。由於監測控制簡單，所以並 不存在多少技術障礙。但對載波抑制歸零碼，由於要求兩級調製，並需要這兩級調製之間的信號保持一定的關聯關係，這就造成了調製控制的複雜化，原有的控制輸出光功率 穩定的方法就不再適用於這種調製方式。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法， 能夠使輸出信號穩定可靠地將載波信號抑制到最低，使光信號中所攜帶的數位訊號清晰 區分無混淆，並不受環境條件變化的影響而保持穩定。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為 一種光載波抑制歸零碼調製器的自 動控制方法，該調製器主要包括直流光源、信號光調製器和半速率時鐘光調製器，設置 一個單片機和光電檢測裝置，使所述的光電檢測裝置經模數轉換後與所述的單片機連 接，所述的單片機通過數模轉換後分別與所述的信號光調製器的第一偏置信號發生電路 和所述的半速率時鐘光調製器的第二偏置信號發生電路連接，所述的光電檢測裝置對光 信號進行監測並輸出監測電信號，監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，經 所述的單片機處理後，按照預設的程序將控制信號分別經過數模轉換後傳送到所述的第 一偏置信號發生電路和所述的第二偏置信號發生電路，通過調整所述的第一偏置信號發 生電路輸出的偏置電壓使輸出光信號的功率保持穩定，通過調整所述的第二偏置信號發 生電路輸出的偏置電壓使輸出的光信號的功率保持在設定的峰值功率。
所述的光電檢測裝置包括設置在所述的半速率時鐘光調製器後的光耦合器和光功率 探測器，所述的時鐘光調製器的輸出光信號經過所述的光耦合器後分為兩路光信號，一 路為器件的輸出光信號，另一路為檢測光信號進入所述的光功率探測器，具體的控制步 驟為1)所述的單片機啟動時，程序初始化，所述的單片機輸出預設的第一偏置信號 發生電路初始控制值和第二偏置信號發生電路初始控制值，第一偏置信號發生電路初始 控制值控制所述的第一偏置信號產生電路輸出第一初始偏置電壓，使所述的信號光調製 器在常溫下將輸出光信號的功率調製在最佳工作範圍內，第二偏置信號發生電路初始控 制值控制所述的第二偏置信號產生電路輸出第二初始偏置電壓使所述的時鐘光調製器 在常溫下將輸出光信號的功率調製在設定的峰值功率；2)所述的光功率探測器輸出監 測電信號，監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，通過對監測電信號的分析 和處理，所述的單片機輸出第一偏置控制信號經數模轉換後到所述的第一偏置信號發生 電路，使所述的第一偏置信號發生電路輸出第一偏置電壓，控制所述的信號光調製器，直至使輸出光信號的功率達到初始設定的最佳範圍內；3)所述的光功率探測器輸出監 測電信號監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，通過對監測電信號的分析和 處理，所述的單片機輸出第二偏置控制信號經數模轉換後到所述的第二偏置信號發生電 路，使所述的第二偏置信號發生電路輸出第二偏置電壓，控制所述的時鐘光調製器，直 至使輸出光信號的功率達到設定的峰值功率；重複步驟2)和步驟3)，持續監測輸出光 信號的功率，使光載波抑制歸零碼調製器始終工作於最佳工作狀態。
所述的光電檢測裝置包括包括集成在所述的信號光調製器內的信號光功率探測器和 集成在所述的半速率時鐘光調製器內的時鐘光功率探測器，調製器具體的控制步驟為 1)所述的單片機啟動時，程序初始化，所述的單片機輸出預設的第一偏置信號發生電 路初始控制值和第二偏置信號發生電路初始控制值，第一偏置信號發生電路初始控制值 控制所述的第一偏置信號產生電路輸出第一初始偏置電壓使所述的信號光調製器在常 溫下將所述的信號光調製器輸出的光信號的功率調製在最佳工作範圍內，第二偏置信號 發生電路初始控制值控制所述的第二偏置信號產生電路輸出第二初始偏置電壓使所述 的時鐘光調製器在常溫下將所述的時鐘光調製器輸出的光信號的功率調製在設定的峰 值功率；2)所述的信號光功率探測器輸出信號光監測電信號，信號光監測電信號經模 數轉換後傳送到所述的單片機中，通過對信號光監測電信號的分析和處理，所述的單片 機輸出第一偏置控制信號經數模轉換後到所述的第一偏置信號發生電路，使所述的第一 偏置信號發生電路輸出第一偏置電壓，控制所述的信號光調製器，直至使所述的信號光 調製器輸出的光信號的功率達到初始設定的最佳範圍內；3)所述的時鐘光功率探測器 輸出時鐘光監測電信號，時鐘光監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，通過 對時鐘光監測電信號的分析和處理，所述的單片機輸出第二偏置控制信號經數模轉換後 到所述的第二偏置信號發生電路，使所述的第二偏置信號發生電路輸出第二偏置電壓， 控制所述的半速率時鐘光調製器，直至使所述的半速率時鐘光調製器輸出的光信號的功 率達到設定的峰值功率；重複步驟2)和步驟3)，分別持續監測所述的信號光調製器輸 出的光信號的功率和所述的半速率時鐘光調製器輸出的光信號的功率，使光載波抑制歸 零碼調製器始終工作於最佳工作狀態。
光信號功率的最佳工作範圍由光示波器對信號進行眼圖監測來得到，眼圖觀察圖象
的消光比為10 20dB,眼圖形狀保持在ITU-T G.957標準規定的眼圖模板要求範圍內。 輸出光信號的峰值功率為輸出光信號中的任意峰值功率。
與現有技術相比，本發明的優點在於本發明在基本光載波抑制歸零碼調製碼電路的
6基礎上，以輸出光功率的監測為基礎，分析輸出光功率的變化特徵並加以區分，以分別 控制信號光調製器的偏置電壓和時鐘光調製器的半速率時鐘信號的偏置電壓，從而實現 輸出光信號碼型的穩定可靠；本發明的關鍵在於通過控制半速率時鐘光調製器的偏置電 壓，使輸出光信號的光功率位於一個峰值，這可以保證在半速率時鐘的"0"、 "1"兩個 狀態時，使相差180度相位的相鄰輸出信號達到均衡，從而將載波信號抑制到最低，並 反饋控制此配置控制，使輸出光信號的載波信號始終抑制為最低，同時反饋控制信號光 調製器的偏置電壓，使輸出光信號的光功率穩定到設定值，以保證輸出光眼圖的消光比、 眼圖形狀始終穩定。


圖1為本發明實施例一的調製器的控制基本流程圖2為本發明實施例一的調製器的結構示意圖3為採用級聯封裝調製器的調製器的結構示意圖4為具有光功率監測功能的調製器的結構示意圖5為具有光功率監測功能的級聯封裝調製器的結構示意圖6為本發明實施例二的分級監測光功率的調製器的結構示意圖7為本發明實施例二的分級監測光功率調製器的控制基本流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
實施例一如圖2所示，這是單級監測的典型抑制歸零碼調製器，該調製器主要包 括直流光源l、信號光調製器2和半速率時鐘光調製器3，半速率時鐘光調製器3後設 置有光耦合器4和光功率探測器5，光功率探測器5通過模數轉換電路6與單片機8連 接，單片機8通過數模轉換電路7分別與信號光調製器2的第一偏置信號發生電路9和 半速率時鐘光調製器3的第二偏置信號發生電路10連接，直流光源1通常為雷射器， 它輸出的光信號送給信號光調製器2，由信號光調製器2通過調製信號將該光信號調製 成非歸零碼的光信號，其輸出的非歸零碼的光信號送到半速率時鐘光調製器3，由半速 率時鐘光調製器3通過半速率時鐘信號將此非歸零碼的光信號調製成抑制歸零碼的光信 號後輸出，光耦合器4將半速率時鐘光調製器3輸出的抑制歸零碼的光信號分出一部分 送光功率探測器5，而主要部分則作為調製器的抑制歸零碼的光信號輸出。如圖l所示，自動控制方法的具體的控制步驟為1)調製器開機後，單片機8啟動，程序初始化，
單片機8通過兩個數模轉換電路7輸出預設的第一偏置信號發生電路初始控制值和第二
偏置信號發生電路初始控制值，第一偏置信號發生電路初始控制值控制第一偏置信號產
生電路9輸出第一初始偏置電壓，使信號光調製器2在常溫下將輸出光信號的功率調製 在最佳工作範圍內，此時用光示波器(未顯示)對光信號進行眼圖監測，得到眼圖觀察 圖象的消光比達到1(T20dB之間，眼圖形狀則保持在ITU-T G. 957標準規定的眼圖模板 要求範圍內，第二偏置信號發生電路初始控制值則控制第二偏置信號產生電路10輸出 第二初始偏置電壓使時鐘光調製器3在常溫下將輸出光信號的功率調製在設定的峰值功 率；2)光功率探測器5將監測電信號傳送到模數轉換電路6轉換為數位訊號後送單片 機8進行數據分析處理，通過對監測電信號的分析和處理，單片機8輸出第一偏置控制 信號經數模轉換電路7進行數模轉換後到第一偏置信號發生電路9，使第一偏置信號發 生電路9輸出第一偏置電壓，控制信號光調製器2的調製狀態，直至使輸出光信號的功 率達到初始設定的最佳範圍內；3)光功率探測器5將監測電信號傳送到模數轉換電路6 轉換為數位訊號後送單片機8進行數據分析處理，通過對監測電信號的分析和處理，單 片機8輸出第二偏置控制信號經數模轉換電路7進行數模轉換後到第二偏置信號發生電 路10，使第二偏置信號發生電路10輸出第二偏置電壓，控制半速率時鐘光調製器3的 調製狀態，直至使輸出光信號的功率達到設定的峰值功率；重複步驟2)和步驟3)，持 續監測輸出光信號的功率，使光載波抑制歸零碼調製器始終工作於最佳工作狀態。本實 施例中，調製器也可以是如圖3、圖4、圖5所示的形式，圖3中信號光調製器和半速 率時鐘光調製器級聯封裝在一起成為級聯光調製器11;圖4中光耦合器和光功率探測器 均集成到半速率時鐘光調製器內成為集成有光功率監測的半速率時鐘光調製器12;圖5 中則是信號光調製器和時鐘光調製器級聯封裝在一起成為有光功率監測的級聯光調製 器13，並將光耦合器和光功率探測器均集成到級聯封裝後的調製器內，而這三種變形的 控制方法則與上述實施例相同。
實施例二如圖6所示，與實施例一不同之處在於，信號光調製器21內的集成有 信號光功率探測器，半速率時鐘光調製器31內集成有時鐘光功率探測器，這種結構的 調製器可分別探測信號光調製器21和時鐘光調製器31的輸出光功率並進行自動控制。 該兩級探測光功率的調製器同樣是以直流光源1的輸出光信號為基礎，將其送給信號光 調製器21，通過調製信號將該光信號調製成非歸零碼的光信號，其輸出的非歸零碼的光 信號送到半速率時鐘光調製器31，由時鐘光調製器31通過半速率時鐘信號將此非歸零碼的光信號調製成抑制歸零碼的光信號後輸出。如圖7所示，本實施例的自動控制方法 的具體的控制步驟為1)調製器開機後，單片機8啟動，程序初始化，單片機8通過 兩個數模轉換電路7輸出預設的第一偏置信號發生電路初始控制值和第二偏置信號發生 電路初始控制值，第一偏置信號發生電路初始控制值控制第一偏置信號產生電路9輸出 第一初始偏置電壓，使信號光調製器21在常溫下將輸出光信號的功率調製在最佳工作 範圍內，此時用光示波器(未顯示)對光信號進行眼圖監測，得到眼圖觀察圖象的消光 比達到10 20dB之間，眼圖形狀則保持在ITU-T G. 957標準規定的眼圖模板要求範圍內， 第二偏置信號發生電路初始控制值則控制第二偏置信號產生電路10輸出第二初始偏置 電壓使半速率時鐘光調製器31在常溫下將輸出光信號的功率調製在設定的峰值功率;2) 信號光功率探測器輸出信號光監測電信號，信號光監測電信號經模數轉換電路6進行模 數轉換後傳送到單片機8中，通過對信號光監測電信號的分析和處理，單片機輸出第一 偏置控制信號經數模轉換電路7進行數模轉換後到第一偏置信號發生電路9，使第一偏 置信號發生電路9輸出第一偏置電壓，控制信號光調製器21的調製狀態，直至使信號 光調製器21輸出的光信號的功率達到初始設定的最佳範圍內；3)時鐘光功率探測器輸 出吋鍾光監測電信號，時鐘光監測電信號經模數轉換電路6進行模數轉換後傳送到單片 機8中，通過對時鐘光監測電信號的分析和處理，單片機8輸出第二偏置控制信號經數 模轉換電路7進行數模轉換後到第二偏置信號發生電路10，使第二偏置信號發生電路 IO輸出第二偏置電壓，控制半速率時鐘光調製器31的調製狀態，直至使半速率時鐘光 調製器31輸出的光信號的功率達到設定的峰值功率；重複步驟2)和步驟3)，分別持 續監測信號光調製器21輸出的光信號的功率和半速率時鐘光調製器31輸出的光信號的 功率，使光載波抑制歸零碼調製器始終工作於最佳工作狀態。
由於以兩級監測的調製器為基礎的自動控制方法對兩個調製器進行分別監測並各 自控制，所以沒有相互影響，故穩定性較好，且控制調整相對簡單，並具有調整控制速 度快的優點，但結構相對複雜，且無法採用級聯封裝調製器，所以設備體積較大。
權利要求
1、一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法，該調製器主要包括直流光源、信號光調製器和半速率時鐘光調製器，其特徵在於設置一個單片機和光電檢測裝置，使所述的光電檢測裝置經模數轉換後與所述的單片機連接，所述的單片機通過數模轉換後分別與所述的信號光調製器的第一偏置信號發生電路和所述的半速率時鐘光調製器的第二偏置信號發生電路連接，所述的光電檢測裝置對光信號進行監測並輸出監測電信號，監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，經所述的單片機處理後，按照預設的程序將控制信號分別經過數模轉換後傳送到所述的第一偏置信號發生電路和所述的第二偏置信號發生電路，通過調整所述的第一偏置信號發生電路輸出的偏置電壓使輸出光信號的功率保持穩定，通過調整所述的第二偏置信號發生電路輸出的偏置電壓使輸出的光信號的功率保持在設定的峰值功率。
2、 如權利要求1所述的一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法，其特徵在於 所述的光電檢測裝置包括設置在所述的半速率時鐘光調製器後的光耦合器和光功率探 測器，所述的半速率時鐘光調製器的輸出光信號經過所述的光耦合器後分為兩路光信 號， 一路為器件的輸出光信號，另一路為檢測光信號進入所述的光功率探測器，具體的 控制步驟為1)所述的單片機啟動時，程序初始化，所述的單片機輸出預設的第一偏 置信號發生電路初始控制值和第二偏置信號發生電路初始控制值，第一偏置信號發生電 路初始控制值控制所述的第一偏置信號產生電路輸出第一初始偏置電壓，使所述的信號 光調製器在常溫下將輸出光信號的功率調製在最佳工作範圍內，第二偏置信號發生電路 初始控制值控制所述的第二偏置信號產生電路輸出第二初始偏置電壓使所述的時鐘光 調製器在常溫下將輸出光信號的功率調製在設定的峰值功率；2)所述的光功率探測器 輸出監測電信號，監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，通過對監測電信號 的分析和處理，所述的單片機輸出第一偏置控制信號經數模轉換後到所述的第一偏置信 號發生電路，使所述的第一偏置信號發生電路輸出第一偏置電壓，控制所述的信號光調 制器，直至使輸出光信號的功率達到初始設定的最佳範圍內；3)所述的光功率探測器 輸出監測電信號監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，通過對監測電信號的 分析和處理，所述的單片機輸出第二偏置控制信號經數模轉換後到所述的第二偏置信號 發生電路，使所述的第二偏置信號發生電路輸出第二偏置電壓，控制所述的時鐘光調製器，直至使輸出光信號的功率達到設定的峰值功率；重複步驟2)和步驟3)，持續監測 輸出光信號的功率，使光載波抑制歸零碼調製器始終工作於最佳工作狀態。
3、 如權利要求1所述的一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法，其特徵在於 所述的光電檢測裝置包括包括集成在所述的信號光調製器內的信號光功率探測器和集 成在所述的半速率時鐘光調製器內的時鐘光功率探測器，調製器具體的控制步驟為1) 所述的單片機啟動時，程序初始化，所述的單片機輸出預設的第一偏置信號發生電路初 始控制值和第二偏置信號發生電路初始控制值，第一偏置信號發生電路初始控制值控制 所述的第一偏置信號產生電路輸出第一初始偏置電壓使所述的信號光調製器在常溫下 將所述的信號光調製器輸出的光信號的功率調製在最佳工作範圍內，第二偏置信號發生 電路初始控制值控制所述的第二偏置信號產生電路輸出第二初始偏置電壓使所述的時 鍾光調製器在常溫下將所述的時鐘光調製器輸出的光信號的功率調製在設定的峰值功 率；2)所述的信號光功率探測器輸出信號光監測電信號，信號光監測電信號經模數轉 換後傳送到所述的單片機中，通過對信號光監測電信號的分析和處理，所述的單片機輸 出第一偏置控制信號經數模轉換後到所述的第一偏置信號發生電路，使所述的第一偏置 信號發生電路輸出第一偏置電壓，控制所述的信號光調製器，直至使所述的信號光調製 器輸出的光信號的功率達到初始設定的最佳範圍內；3)所述的時鐘光功率探測器輸出 時鐘光監測電信號，時鐘光監測電信號經模數轉換後傳送到所述的單片機中，通過對時 鍾光監測電信號的分析和處理，所述的單片機輸出第二偏置控制信號經數模轉換後到所 述的第二偏置信號發生電路，使所述的第二偏置信號發生電路輸出第二偏置電壓，控制 所述的時鐘光調製器，直至使所述的時鐘光調製器輸出的光信號的功率達到設定的峰值 功率；重複步驟2)和步驟3)，分別持續監測所述的信號光調製器輸出的光信號的功率 和所述的時鐘光調製器輸出的光信號的功率，使光載波抑制歸零碼調製器始終工作於最 佳工作狀態。
4、 如權利要求1~3所述的一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法，其特徵在 於光信號功率的最佳工作範圍由光示波器對信號進行眼圖監測來得到，眼圖觀察圖象的 消光比為l(T20dB，眼圖形狀保持在ITU-T G.957標準規定的眼圖模板要求範圍內。
5、 如權利要求1~3所述的一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法，其特徵在 於輸出光信號的峰值功率為輸出光信號中的任意峰值功率。
全文摘要
本發明公開了一種光載波抑制歸零碼調製器的自動控制方法，該調製器主要包括直流光源、信號光調製器和半速率時鐘光調製器，特點是設置一個單片機和光電檢測裝置，對光信號進行監測並輸出監測電信號經模數轉換後傳送到單片機中，經單片機處理後，按照預設的程序將控制信號分別經過數模轉換後傳送到第一偏置信號發生電路和第二偏置信號發生電路，使輸出光信號的功率保持穩定並保持在設定的峰值功率，優點在於在基本光載波抑制歸零碼調製碼電路的基礎上，以輸出光功率的監測為基礎，分析輸出光功率的變化特徵並加以區分，以分別控制信號光調製器的偏置電壓和時鐘光調製器的半速率時鐘信號的偏置電壓，從而實現輸出光信號碼型的穩定可靠。
文檔編號H04B10/12GK101478346SQ20091009600
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月21日 優先權日2009年1月21日
發明者崔思健, 張永成, 毅 趙, 明 鄧 申請人:寧波春天通信工業有限公司