[發明專利]一種基于非對稱數字編碼方案的光子模數轉換系統及方法

有效

• 申請號: 201910308729.8
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN109884839B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 楊淑娜;劉志偉;曾然;池灝;李齊良;胡淼
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G02F7/00
• 分類號: G02F7/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明提出了一種基于非對稱數字編碼方案的光子模數轉換系統及方法，飛秒脈沖激光器提供脈沖光源，由第一光分束器分為兩路并行采樣脈沖源，分別在兩個電光調制器上完成對模擬射頻信號的采樣，同時通過直流電源調節電光調制器的靜態偏置電壓實現系統所需的相移。第一調制器的輸出經第二分束器分為K束信號，通過光電探測器對第二分束器和第二調制器的輸出信號進行光電轉換，由比較器陣列進行閾值判決，最后由組合邏輯模塊將比較器輸出轉換為二進制碼。本發明所述轉換系統通過增加比較閾值的方法，在不增加調制器數量的基礎上可以顯著提高系統的比特精度，使普通的電光調制器可以應用到光子模數轉換系統中，結構簡單、易于操作。

技術領域

本發明涉及光通信的信號處理領域，具體涉及一種基于非對稱數字編碼方案提升比特精度的光子模數轉換方法及系統。

背景技術

模數轉換器件(ADC)是模擬傳感器和數字信號處理系統之間不可或缺的橋梁。隨著數字化技術的日臻完善，高速模數轉換技術得到了廣泛的研究。其在電子偵察、核武器監控、雷達通信、飛行器導航、數字化儀表、高精度電視以及醫療成像等國防和民用領域有著巨大的應用前景。近年來，隨著數據采集，自動化檢測水平等不斷提升，對模數轉換的各項性能(比特精度、采樣速率等)都提出了更高的要求。然而當前的電子模數轉換器由于受孔徑抖動、判決準確度以及系統噪聲等因素的限制，采樣速率和系統有效比特精度非常有限。事實上，電子模數轉換技術的發展步伐已經很難趕上高速發展中的數字集成電路和數字信號處理技術。最有可能解決這項難題的將是當今發展及其迅速的光子技術。超高速的模數轉換技術，需要在極短時間內實現復雜信號處理功能，可以利用光信號處理高采樣率、超低時間抖動、高帶寬等優勢來解決。

相對于電子ADC，光子ADC具有諸多優越性。首先，光子A/D轉換能夠實現更高的采樣率。隨著光子技術的迅速發展，利用成熟的光時分復用(OTDM)、波分復用(WDM)等復用技術可以獲得100GS/s以上的采樣速率。其次，由于作為信號采集器件的新型材料電光調制器不僅可以直接獲取超過100GHz的采樣信號帶寬，還可以有效的對輸入、輸出信號進行隔離，屏蔽外界的電磁干擾，因此由光子技術實現的光子A/D轉換，可以取得更為優越的抗電磁干擾性能。

早在1975年Taylor就提出了一種基于馬赫曾德爾調制器(MZM)陣列的世界上首個光子模數轉換方案。但該方案結構復雜精度有限，并未能獲得任何實際應用。在Taylor的方案中，調制器陣列的半波電壓呈幾何級數減小，若系統的信道數達到3以上，則要求其中調制器最小的半波電壓小于1V左右，這樣的高速電光調制器至今還難以實現。為解決這一難題，瑞典的Stigwall提出一種基于空間光干涉的光量化方案。該方案通過多個光電探測器按一定的空間位置集成于一個芯片上，利用光干涉的原理實現移相光量化，但該結構需要復雜的器件工藝，技術上難于實現。在此基礎上，浙江大學的微波光子學團隊提出了調整MZM調制器的靜態偏置電壓實現移相光量化的方案，該方案由等半波電壓的MZM級聯陣列實現，解決了Stigwall方案中結構和操作復雜的難題，同時也避免了Taylor方案中電光調制器電極長度的幾何級數增加，使得普通電光調制器就可用于ADC中。但移相光量化方案的不足之處在于碼元利用率不高，對于一個N比特精度ADC，需要2^N-1路通道來接收，而在Taylor方案中，實現相同比特精度的ADC只需要N路通道來接收。因此，通道數相同時移相光量化方案的比特精度比較低。

發明內容

本發明的目的在于解決傳統移相光量化方案中比特精度較低的問題，采用一種改進型的SNS(對稱數字系統)編碼方案，提供一種結構簡單、易集成、比特精度提升的光子模數轉換系統及轉換方法。

為實現上述技術目的，本發明采用的方案如下：