一种移相非均匀光量化模数转换器及其转换方法技术

本发明专利技术涉及一种移相非均匀光量化模数转换器，包括电光调制器、非均匀移相器模块以及多阈值判决模块，在模数转换器中，首先将待量化的模拟电信号和光脉冲信号输入到电光调制器中进行调制，再将得到的调制光信号输入到非均匀移相器模块中进行移相操作，最后通过多阈值判决模块对移相信号进行比较判决输出非均匀量化编码。本发明专利技术所述移相非均匀光量化模数转换器降低了量化误差，提高了采样精度，能够更好的满足大带宽通信系统及信号采集系统的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种移相非均匀光量化模数转换器及其转换方法
本专利技术属于微波光子
，具体涉及一种移相非均匀光量化模数转换器及其转换方法。
技术介绍
作为连接模拟信号和数字信号之间的桥梁，高速模数转换器(AnalogtoDigitalConversion，ADC)有着重大的研究意义和应用前景。近年来，随着大数据、人工智能、云计算等技术的发展，人们对于信号带宽的要求逐年提升，对超带宽信号的采集以及数字化的速率提出了更高的要求。传统电子ADC的性能由于受到来自采样保持电路带宽、比较器弛豫以及采样时钟抖动等因素的影响，其发展变得愈发困难。为了解决目前存在的这些问题，利用光子技术的显著优势来实现高速模数转换成为了目前光电子领域的一个研究热点。然而，在实际应用中，通常要权衡系统的性能和成本，不论是电ADC还是光ADC，器件的成本总是随着精度的提升而增加。因此，研究如何在有限量化精度条件下提升量化性能是非常有必要的。此外，ADC的量化方式主要有均匀量化和非均匀量化两种。均匀量化ADC由于其实现简单、编解码容易的优点获得了广泛关注。然而，该量化方式的量化噪声与信号的分布曲线存在密切的联系，尤其是在小幅值信号占大多数的信号的模数转换中，其量化性能会出现大幅下降的情况。非均匀量化方式可以根据信号的不同分布来对信号进行量化以达到降低量化噪声的目的。例如，2018年在IEEEPhotonicsJournal发表的《PerformanceOptimizationbyNonparametricHistogramEstimationforLowResolutioninIMDD-OQAM-OFDMSystem》中提出使用一种基于信号分布估计的非均匀量化方式，该非均匀量化方式在提升系统传输性能的同时降低了量化位数。因此，研究基于非均匀量化的光ADC来提升系统的传输性能是非常有必要的。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种移相非均匀光量化模数转换器，以改进现有均匀量化ADC的量化性能。为了实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种移相非均匀光量化模数转换器，包括：电光调制器，用于对待量化的电信号和光脉冲信号进行调制，得到调制光信号；非均匀移相器模块，用于对调制光信号进行移相操作，得到移相光信号；多阈值判决模块，用于对移相光信号进行阈值判决操作得到编码输出。作为优选方案，所述非均匀移相器模块包括分光镜和m个移相器，m个移相器分别与分光镜连接，m为大于1的整数。作为优选方案，所述多阈值判决模块包括与m个移相器一一对应连接的m个阈值判决器组，每个阈值判决器组包括1个非均匀阈值判决器和1个均匀阈值判决单元，均匀阈值判决单元包括k-1个均匀阈值判决器，k为大于1的整数。本专利技术还提供如上方案所述的移相非均匀光量化模数转换器的转换方法，包括以下步骤：步骤1、对待量化的电信号和光脉冲信号进行调制，得到的调制光信号；步骤2、对调制光信号进行移相操作，得到移相光信号；步骤3、对移相光信号进行阈值判决操作得到编码输出。作为优选方案，所述步骤1中，待量化的电信号为x，调制后的输出光强y归一化为：其中，Vπ为电光调制器的半波电压；作为优选方案，所述步骤2中，输入的调制光信号通过分光镜分成m路，以分别输入m个移相器中进行移相，得到第i个光通道的光强yi归一化为：其中，即作为优选方案，所述步骤3中，m路移相光信号进入多阈值判决模块，每一路移相光信号分为k路信号，分别输入1个非均匀阈值判决器和k-1个均匀阈值判决器进行阈值判决操作得到编码输出；其中，非均匀阈值判决器用于信号的非均匀量化，均匀阈值判决器用于信号的均匀量化。作为优选方案，所述步骤3中，首先通过非均匀阈值判决器对输入信号进行判决，其m个判决区间为：其中，输入信号峰值不超过2倍的半波电压；第i路(即对应第i组/区间)光信号对应的非均匀阈值判决器Ci1的判决阈值Ti1为：其中，A为输出光强的最大值，采用归一化操作，设定A等于1。作为优选方案，所述步骤3中，均匀阈值判决器对非均匀划分的区间进行组内均匀量化；m和k之间满足目标条件：2m-2≥k，若不满足目标条件，则通过第m+1条光通道信号完成第m组的均匀量化，即G1组的均匀量化由阈值判决器C22,C23,…,C2k实现，G2组的均匀量化由阈值判决器C32,C33,…,C3k实现，以此类推；另外，Gm组的均匀量化由阈值判决器C12,C13,…,C1k实现；阈值判决器Cij的阈值Tij为：其中，i＝1,2,…,m,j＝2,3,…,k。作为优选方案，所述步骤3中，在各阈值判决器的判决中，信号强度大于阈值，编码输出为“1”，反之则为“0”；判决输出的量化编码与量化电平的转换公式为：其中，ai为第k×(i-1)+1位的量化编码，bi+1为第i+1个均匀阈值判决器组输出编码中“1”的个数。本专利技术的移相非均匀光量化模数转换器(简称：非均匀量化ADC)，充分考虑了非均匀量化以及光信号的优势，可大幅提高了ADC的量化性能。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的量化方式采用非均匀量化方式，相比均匀量化，大大降低了量化噪声，提升了对小幅值信号的量化效果。2、本专利技术为基于光器件的非均匀量化ADC，可解决了传统电子ADC中存在的时钟抖动等问题的同时，有效解决传统基于电的非均匀量化ADC的量化电平优化带来的信号处理复杂度问题。3、本专利技术使用非均匀阈值判决器组与均匀阈值判决器组相结合的方式，有效减少了器件要求的光通道数，降低了系统的成本，提高了器件实施的可行性。附图说明图1为本专利技术实施例的移相非均匀光量化模数转换器的原理示意图；图2为本专利技术实施例的非均匀移相模块的原理示意图；图3为本专利技术实施例的多阈值判决模块的原理示意图；图4为本专利技术实施例的m＝5，k＝3时的移相曲线图及其编码；图5为本专利技术实施例的基于马赫曾德尔调制器(Mach-ZehnderModulator，MZM)的移相非均匀光量化模数转换器。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例的移相非均匀光量化模数转换器，以改进现有均匀量化ADC的量化性能。如图1-3所示，本专利技术实施例的移相非均匀光量化模数转换器包括电光调制器、非均匀移相器模块和多阈值判决模块。其中，电光调制器用于对输入的电信号进行采样，将电信号转换为光信号；非均匀移相器模块用于对输入的光信号进行移相操作；具体地，非均匀移相器模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移相非均匀光量化模数转换器，其特征在于，包括：/n电光调制器，用于对待量化的电信号和光脉冲信号进行调制，得到调制光信号；/n非均匀移相器模块，用于对调制光信号进行移相操作，得到移相光信号；/n多阈值判决模块，用于对移相光信号进行阈值判决操作得到编码输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种移相非均匀光量化模数转换器，其特征在于，包括：
电光调制器，用于对待量化的电信号和光脉冲信号进行调制，得到调制光信号；
非均匀移相器模块，用于对调制光信号进行移相操作，得到移相光信号；
多阈值判决模块，用于对移相光信号进行阈值判决操作得到编码输出。


2.根据权利要求1所述的移相非均匀光量化模数转换器，其特征在于，所述非均匀移相器模块包括分光镜和m个移相器，m个移相器分别与分光镜连接，m为大于1的整数。


3.根据权利要求2所述的移相非均匀光量化模数转换器，其特征在于，所述多阈值判决模块包括与m个移相器一一对应连接的m个阈值判决器组，每个阈值判决器组包括1个非均匀阈值判决器和1个均匀阈值判决单元，均匀阈值判决单元包括k-1个均匀阈值判决器，k为大于1的整数。


4.如权利要求3所述的移相非均匀光量化模数转换器的转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对待量化的电信号和光脉冲信号进行调制，得到的调制光信号；
步骤2、对调制光信号进行移相操作，得到移相光信号；
步骤3、对移相光信号进行阈值判决操作得到编码输出。


5.根据权利要求4所述的转换方法，其特征在于，所述步骤1中，待量化的电信号为x，调制后的输出光强y归一化为：



其中，Vπ为电光调制器的半波电压。


6.根据权利要求5所述的转换方法，其特征在于，所述步骤2中，输入的调制光信号通过分光镜分成m路，以分别输入m个移相器中进行移相，得到第i个光通道的光强yi归一化为：



其中，



即





7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡飞凡，林嘉芊，毕美华，周玉鑫，周雪芳，胡淼，曾然，李齐良，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33