[发明专利]一种比特精度改善的光子模数转换方法及系统

说明书

本发明公开了一种比特精度改善的光子模数转换方法及系统，利用飞秒脉冲激光器提供脉冲光源，由光纤分束器分成两路并行采样脉冲源，在电光调制器完成对模拟射频信号采样，通过光电探测器进行光电转换成为电信号，经射频运算电路模块运算处理后由比较器阵列进行阈值判决，判决完成后得到的四路数字信号即为模拟信号数字化后的信号。该光子模数转换系统与传统光子模数转换系统相比，不需要额外采用大量的比较器阵列来进行多阈值判决，只利用射频运算电路模块对射频信号进行加减运算来等效增加量化通道数，从而可以有效提高模数转换系统的比特精度，同时该系统具有结构简单、易集成等特点。

技术领域

本发明涉及光通信的信号处理领域，具体涉及一种比特精度改善的光子模数转换方法及系统。

背景技术

模数转换器(ADC)是连接现实模拟世界和数字化世界的桥梁。具有高采样率和高比特精度的模数转换器是现代模拟传感器和数字信号处理系统之间不可或缺的核心器件之一，在宽带雷达、电子侦察、软件无线电、实时测量等领域中发挥着重要作用。然而，由于存在固有的定时抖动和带宽瓶颈，传统的电子ADC的性能很难满足现代应用的需求，急需寻找一种新的技术来提高模数转换器的性能。

相比于电子ADC，光子ADC具有较大的优势，可以避免一系列电域固有的麻烦。首先，光子技术具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等特性，可以突破电子ADC的带宽瓶颈；其次，脉冲光源的时钟抖动已经达到飞秒量级，比电子时钟抖动低两个数量级，这使得实现采样速率达到100GS/s的ADC成为可能。因此，光子模数转换技术在信号处理方面具有很大的研究空间和巨大的应用前景。

早在1979年，Taylor首次提出基于马赫曾德尔调制器(MZM)阵列来实现光量化编码的方案。在方案中，各路调制器的传递函数不同，对于不同的输入电压，会得到不同的量化编码。但由于现有制造工艺的限制，调制器阵列的半波电压不可能随着ADC比特位数增加而呈2的倍数减小，因而此方案所获得的比特位数是有限的。为了避免这一问题，Stigwall提出利用空间MZ干涉结构来实现相移光量化。在他的方案中，空间干涉仪的其中一条臂上带有一个相位调制器，调制上模拟射频信号后与另一条臂的光信号发生空间干涉。由于光信号在空间的不同位置处具有不同的干涉输出，在一些特定位置处放置光电探测器(PD)阵列，可以得到所需的多路输出。但空间光干涉易受环境影响，为了提高系统的稳定性，一种采用偏振相关相位调制器的方案被提了出来，其利用光脉冲经过相位调制器产生两个偏振态正交的脉冲序列，对一个偏振方向的序列调制，达到和Stigwall空间MZ干涉类似的结构。在此基础上，采用半波电压相同的调制器阵列且通过控制调制器阵列的偏置电压来实现不同通道相移的方案可同样实现量化编码。但相移光量化方案的不足之处在于码元利用率不高，对于一个3比特精度ADC，需要四路通道来接收，而在Taylor方案中，实现相同比特精度的ADC只需要3路通道来接收。因此，通道数相同时相移光量化方案的比特精度较低。为了解决码元浪费的问题，可以引入折叠码(SNS)的编码方式，即每一路信号经过光电转换成电信号后由多个阈值不同的比较器进行量化，不过系统的结构较为复杂，尤其是比特数较大时，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决传统相移光量化方案中比特精度较低的问题，提供一种结构简单、易集成、比特精度改善的光子模数转换系统。

本发明解决其技术问题所采用的方案如下：

一种比特精度改善的光子模数转换方法，包括以下步骤：

步骤一、由飞秒脉冲激光器发出的采样光脉冲经过光纤分束器，分成两路并行的采样脉冲源；

步骤二、两路采样脉冲分别在第一电光调制器、第二电光调制器同时对模拟射频信号进行采样，使采样光脉冲携带有模拟信号的信息，得到两个通道的输出光；

步骤三、两个通道的输出光分别在第一光电探测器、第二光电探测器中完成光电转换；