一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法和装置，属于光调制技术领域，方法包括，采用仿真方式，获得光功率变化量和偏置点状态的数据对应关系；更新偏压对调制器的偏置点进行更新，然后获得对应的光功率变化量；通过上述建立的模型，对输入的光功率变化量进行解算，得到偏置点状态的估计，据此设定下一步偏置电压更新值；最后不断重复更新偏压和解算两个步骤，即可实现自动偏压控制。本发明专利技术从一个全新的角度对偏置点状态进行识别，减小了对信号引入的扰动，减小了算法复杂度和整体成本，同时保持较高的精度，能够有效地在不同环境中实现自动偏压快速收敛和跟踪，具有良好的应用前景。良好的应用前景。良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法和装置


[0001]本专利技术属于光调制
，更具体地，涉及一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法和装置。

技术介绍

[0002]光通信作为通信网络的核心骨干，承担了大部分的数据传输业务，对保证通信网络的整体性能发挥了至关重要的作用。5G应用普及、大数据、人工智能、元宇宙等新业务应用的兴起，以及后疫情时代催生的远程办公、远程教学等实时视频业务，急剧加速了通信网络流量激增的趋势。长距离、大容量、高速率的光传输成为了实现信息化社会和数字经济的必由之路。
[0003]光传输网根据传输距离和范围可以分为骨干网、城域网和接入网。数字相干通信技术由于能提供高灵敏度、大容量的传输，目前，已经在骨干网中广泛应用。随着进一步的相干下沉，现在短距的接入网、数据中心光互连都开始出现数字相干技术的应用。而在相干通信中，完成电光转换的电光调制器尤为重要。马赫曾德调制器(Mach
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Zehnder Modulator,MZM)由于其大调制带宽和低啁啾的特点，在数字相干通信中广泛应用。MZM由两个相位调制器组成，通过两路光信号的叠加干涉实现光强的调制。单一的MZM，无法实现相干信号的调制，需要组合MZM来产生相干信号，这种调制器被称为IQ(In
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phase/Quadrature)调制器，或者IQ
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MZM。IQ
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MZM由两个并列的MZM组成，通过一个光移相器实现90度的正交。
[0004]要实现正确的信号调制，调制器需要工作在正确的工作点上。调制器的工作点调节是通过调节偏置电压实现的，通过设定正确的偏置电压，将调制器的偏置点设定在正确的位置上，即相应的工作点上。对于MZM来说，只有一个偏置电压需要调节，较为简单，而IQ
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MZM有三个偏置电压需要调节，如果采用偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)，PDM
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IQ
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MZM有六个偏置电压需要同时进行控制，复杂度高。
[0005]在实际环境中，由于环境因素的波动，比如温度变化、震动、压力变化、湿度变化等，调制器的工作状态会发生变化，工作点会发生漂移。一个高质量的信号产生必须要求调制器稳定在其工作点上，因此需要自动偏压控制技术，帮助调制器跟踪工作点的变化，实现长时间稳定。
[0006]现有的调制器自动偏压控制方法主要为两类，包括基于光功率直接检测的无导频控制方法，和基于导频辅助的方法。无导频方法基于对光功率的直流功率和交流功率的分析，来判断偏置点是否偏移，然后通过不断调节，进行迭代优化稳定调制器偏置点。导频方法通过加入周期性扰动信号，监测分析导频的相关谐波功率分量，实现对偏置点的检测，然后完成调控。相干通信发展初期，调制格式较为简单，对调制器偏置点控制的要求并不苛刻。光功率直接检测方案简单易行，因此最初的自动偏压控制方案均采用光功率直接检测法。随着光通信容量的进一步提升，高阶调制格式对偏置点的要求更高，传统无导频方法无法满足要求，导频方法成为了现在的主流方案。
[0007]随着光通信容量进一步提升的需求，频谱资源有限，未来将会向高阶调制格式方向继续发展，对信噪比提出了更高要求，需要进一步对发端器件性能进行优化。具体来说，调制深度在线性范围内越大，提供信噪比越高，但是对偏置点稳定要求也更高，对算法提出了更高的精度要求。现在能够提供足够精度的主流方案是导频方案，其问题在于需要引入周期性扰动信号，会对调制信号引入额外代价，降低了信噪比。进一步地，随着相干技术继续下沉，以及未来容量增长需求更多复用信道，需要更低成本、更低复杂度的自动偏压控制方案。
[0008]综上所述，有必要提出一种低成本、低复杂度、低代价，同时又能兼顾高精度的自动偏压控制方法。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法和装置，其目的在于提供一种新的无导频自动偏压控制思路，提高自动偏压控制的精度。
[0010]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法，包括：
[0011]S1.对理想调制器进行仿真测试，获得光功率变化量和偏置点状态的对应关系表示偏置点状态，表示光功率变化量；
[0012]S2.在待控制调制器运行过程中，重复执行以下过程直至达到设定的终止条件，完成自动偏压控制：
[0013]01.对偏置电压进行更新，获得对应的光功率变化量；
[0014]02.根据S1建立的关系利用光功率变化量计算出调制器偏置点状态得到偏置点状态和目标偏置点的距离和方向信息，据此更新偏置电压的下一步的步进V
′
step
；并返回执行步骤01。
[0015]上述技术方案的有益效果为：外界环境对偏置点漂移的影响是较缓慢和低频的，同时电域里普遍存在的1/f噪声和信号拍频SSBI噪声加大了低频处的噪声水平，为了解决这个问题，本专利技术采用变化量的方式来进行监测。由于变化量起到一个高通滤波的等效效果，可以有效去除低频处的噪声，起到了增加控制精度，降低了控制算法复杂度的效果。
[0016]进一步地，所述光功率变化量为直流光功率P
DC
的变化量ΔP
DC
；
[0017]所述方法还包括，设计模拟滤波器，对PD输出的模拟信号中高于10kHz的频率成分实现大于20dB的衰减；在PD输出的模拟信号转化为数字信号后，对直流光功率采用数字低通滤波器处理，数字低通滤波器采用平均运算实现。
[0018]上述技术方案的有益效果为：调制信号本身对于偏压控制来说是一个宽频噪声，覆盖了整个基带带宽的范围。为了解决此问题，本专利技术对PD输出的电信号进行模拟滤波，可以有效去除调制信号本身带来的噪声问题，起到了提高控制精度的效果。经过多次实验，对10kHz以上实现20dB的衰减可以有效减小噪声的影响，增加精度；
[0019]偏压控制精度的一个重要因素就是对现有偏置点状态的有效识别，为了进一步提升监测数据的质量，从而进一步增加偏压控制精度，本专利技术对采样后的数字信号进行数字信号处理，进一步限制了带外噪声的大小，可以提升监测数据质量，起到了进一步提升偏置
点状态识别精度和偏压控制精度的效果。
[0020]进一步地，在I路和Q路的偏置电压更新过程中，光功率变化量为直流光功率变化量ΔP
DC
；在P路的偏置电压更新过程中，光功率变化量为交流光功率变化量ΔP
AC
；
[0021]所述方法还包括，设计模拟滤波器，对PD输出的模拟信号中高于100MHz的频率成分实现大于20dB的衰减；在PD输出的模拟信号转化为数字信号后，对直流光功率采用数字低通滤波器处理，数字低通滤波器采用平均运算实现，对交流光功率采用数字高通滤波器处理，高通滤波器采用标准差运算实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法，其特征在于，包括：S1.对理想调制器进行仿真测试，获得光功率变化量和偏置点状态的对应关系S1.对理想调制器进行仿真测试，获得光功率变化量和偏置点状态的对应关系表示偏置点状态，表示光功率变化量；S2.在待控制调制器运行过程中，重复执行以下过程直至达到设定的终止条件，完成自动偏压控制：01.对偏置电压进行更新，获得对应的光功率变化量；02.根据S1建立的关系利用光功率变化量计算出调制器偏置点状态得到偏置点状态和目标偏置点的距离和方向信息，据此更新偏置电压的下一步的步进V
′
step
；并返回执行步骤01。2.根据权利要求1所述的一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法，其特征在于，所述光功率变化量为直流光功率P
DC
的变化量ΔP
DC
；所述方法还包括，设计模拟滤波器，对PD输出的模拟信号中高于10kHz的频率成分实现大于20dB的衰减；在PD输出的模拟信号转化为数字信号后，对直流光功率采用数字低通滤波器处理，数字低通滤波器采用平均运算实现。3.根据权利要求1所述的一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法，其特征在于，在I路和Q路的偏置电压更新过程中，光功率变化量为直流光功率变化量ΔP
DC
；在P路的偏置电压更新过程中，光功率变化量为交流光功率变化量ΔP
AC
；所述方法还包括，设计模拟滤波器，对PD输出的模拟信号中高于100MHz的频率成分实现大于20dB的衰减；在PD输出的模拟信号转化为数字信号后，对直流光功率采用数字低通滤波器处理，数字低通滤波器采用平均运算实现，对交流光功率采用数字高通滤波器处理，高通滤波器采用标准差运算实现。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法，其特征在于，所述方法还包括，采用以下公式对光功率变化量进行修正：ΔV
bias
表示偏置电压变化量；P
DC
表示直流光功率；V
π
为调制器的半波电压。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法，其特征在于，采用神经网络结构建立光功率变化量和偏置点状态的对应关系6.根据权利要求5所述的一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴金洋，戴潇潇，杨奇，邓磊，程孟凡，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：