[發明專利]基于卡爾曼濾波器的IQ調制器自動偏壓控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110396752.4
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113179133B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 周嫻;高文鵬;霍佳皓;劉飛;苑金輝;隆克平
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04B10/556
• 分類號: H04B10/556;H04B10/50;G02F1/01
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種基于卡爾曼濾波器的IQ調制器自動偏壓控制方法及系統，屬于光信號調制技術領域。所述方法包括：IQ調制器輸出的部分光信號經過光電檢測器轉換為電信號后，通過模數轉換器輸入同步檢測器以提取與偏置電壓漂移量成比例的幅值信號，提取的幅值信號為檢測誤差信號E，根據得到的檢測誤差信號E，卡爾曼濾波器估計出當前IQ調制器中三個偏置點的偏移大小，將估計得到的估計誤差信號e輸入到偏置電壓控制模塊進行反饋輸出，反饋信號經由三個數模轉換器輸出到IQ調制器三個偏置點中，實現對偏置電壓的控制。采用本發明，能夠有效提升自動偏壓控制系統的收斂速度和工作穩定性。

技術領域

本發明涉及光信號調制技術領域，特別是指一種基于卡爾曼濾波器的IQ調制器自動偏壓控制方法及系統。

背景技術

近年來，在高速相干光通信系統中，當調制QPSK、16QAM等復數信號時，需要將IQ調制器中兩個馬赫曾德(MZ)調制器偏置點控制在Null點，將IQ兩路的相位差控制在90度。

目前光通信中應用最廣泛的IQ調制器由兩個MZ調制器和一個相位調制器組成。MZ調制器多由鈮酸鋰材料制成，由于鈮酸鋰材料具有光吸收少，電光效應顯著，波導損耗小，對波長的依賴程度較低，工藝制造技術成熟等特點，基于鈮酸鋰材料的調制器可生成高速、低啁啾，且特性與波長無關的傳輸信號。而鈮酸鋰材料的主要缺點為易受環境變化，比如溫度、壓強等的影響，這會導致其工作點發生漂移，影響長期工作穩定性。因此對于IQ調制器三個偏置電壓進行長期穩定的控制是十分重要的。特別是對于高階調制信號，偏置電壓的偏移會帶來嚴重的信噪比代價，設計IQ調制器的偏置點自動控制(Auto Bias Controller,ABC)算法非常重要。

偏置點控制技術根據原理不同基本可以分為以下幾類：基于光功率監測的偏置點控制方法，基于擾動信號的偏置點控制方法，基于相位監測的控制方法等等。

一般認為基于功率監測的方法具有較低的復雜度但控制精度較低，基于低頻擾動信號與功率監測的偏置點控制算法被認為可以提升系統的控制精度并且降低復雜度，因此受到廣泛研究。而在實際的應用中需要考慮的性能指標包括算法的復雜度、成本、穩定性、收斂速度、對輸出信號質量的影響等等，因此設計一個各方面性能均衡的算法式具有實際意義的。

現有技術一，基于光功率監測的偏置點控制技術。該技術基于的主要原理是當IQ偏置點工作在最佳狀態時，IQ調制器輸出光信號的平均光功率處于極大值或極小值，且射頻信號所對應的調制信號平均功率達到最小值。利用該原理可以實現對偏置點的監測和控制，但是控制精度較低且需要一個射頻探測器來提取射頻信號，所以一般應用于簡單調制格式和低精度要求場景。

現有技術二，基于相位監測的偏置點控制技術，該技術通過監測調制信號的相位信息來控制IQ偏置點，需要利用一個差分相位檢測器來提取調制信號的相位信息，通過相位信息的變化來實現對偏置點的控制，適用于復雜調制格式信號。差分相位檢測器通常由一個二項耦合器和三項耦合器級聯組成，這限制了該技術的實現復雜度，很難被投入到實際應用中。

現有技術三，基于擾動信號的偏置點控制技術，該技術需要在IQ調制器兩臂輸入兩個正交的低頻擾動信號，擾動信號經過IQ調制器會產生對應頻率的強度調制信號，利用該強度調制信號的幅度大小與IQ偏置電壓的對應關系，可以實現對偏置點的控制。該方案可以適用于任意的調制格式，但是低頻小幅值的擾動信號的選擇通常會導致對噪聲的容忍較差。

綜上，以上技術在實現復雜度以及抗干擾能力等方面存在局限性。

發明內容

本發明實施例提供了基于卡爾曼濾波器的IQ調制器自動偏壓控制方法及系統，能夠有效提升自動偏壓控制系統的收斂速度和工作穩定性。所述技術方案如下：