[发明专利]基于光信道化的模数转换装置及方法

权利要求书

1.一种基于光信道化的模数转换装置，其特征在于，包括信号光产生单元、N个并行的变频量化单元、辅助量化单元和数字信号处理单元；其中信号光产生单元与N个并行的变频量化单元通过保偏光纤连接；N个并行的变频量化单元与辅助量化单元间通过同轴射频线缆连接；N个并行的变频量化单元及辅助量化单元通过通信协议与数字信号处理单元连接；

所述信号光产生单元包括：可调谐激光器，用于产生波长为f₀的连续波光载波；波形发生器，用于产生设计的导频信号；电光调制器，用于将被测信号和导频信号分别调制到光载波的互相正交的两个偏振态上；1×N光耦合器，用于将信号平均分配为N路，并送入N个并行的变频量化单元中；

所述N个并行的变频量化单元中的每个变频量化单元均包括：本振激光器，用于产生波长为f_n的本振光，其中，n为该变频量化单元对应的信道号；偏振及相位分集相干光接收机，信号光和本单元内的本振光将在该器件内发生偏振分集的相干探测，从而实现对被测信号和导频信号的正交变频和光电转换；至少两个模数转换器，用于量化偏振及相位分集相干光接收机在X偏振方向的I路和Q路输出；

所述辅助量化单元包括：至少两个N×1电耦合器，用于将N个并行的变频量化单元Y偏振方向输出的I路和Q路信号分别耦合在一起；至少两个模数转换器，分别用于量化耦合后的所有变频量化单元Y偏振方向输出的I路和Q路信号。

2.根据权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，所述数字信号处理单元包含数字信号处理器，用于将导频信号进光信道化前端处理和量化后的信号分离，并通过比较获取各信道的非理想传输特性；随后将所获得的各信道非理性传输特性补偿到对应信道所输出的被测信号信道化结果中，完成信道均衡；最后，将各信道均衡后的结果进行数字变频和滤波，并叠加在一起，实现被测信号的重建。

3.根据权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，所述模数转换装置在电光调制器与偏振及相位分集相干光接收机之间增设双偏振掺饵光纤放大器。

4.根据权利要求1所述的模数转换装置，其特征在于，所述模数转换装置在各模数转换器前端增设抗混叠滤波器，以防止偏振及相位分集相干光接收机输出带宽模数转换器采样带宽不匹配而带来的采样混叠问题。

5.一种根据权利要求1-4任一所述的模数转换装置的模数转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

在信号光产生单元中，被测信号和导频信号由双偏振电光调制器分别调制到频率为f₀的连续光的两个相互正交的偏振态上，分别为X偏振和Y偏振，获得信号光；随后，信号光经光分路器均匀分为N路，并被送入N个并行的变频量化单元中；其中，X偏振为被测信号所在偏振方向，Y偏振为导频信号所在偏振方向；

在每个变频量化单元中，信号光被送入偏振及相位分集相干光接收机的“信号”输入端；频率为f_n的连续波光，作为本振光n输入偏振及相位分集相干光接收机的“本振”输入端；其中，f_n满足f_n-f₀＝(n-1)×F_ch，F_ch为设定的信道间隔；在偏振及相位分集相干光接收机中，信号光与本振光n发生偏振分集的正交混频，同时完成光电转换；变频量化单元中X偏振方向的正交混频输出信号由模数转换器进行量化，分别记作数字信号SnI和数字信号SnQ；而所有信道的Y偏振方向的正交混频输出信号则被送入辅助量化单元中；

在辅助量化单元中，所有变频量化单元Y偏振方向输出的I路和Q路信号分别经N×1电耦合器合路后，分别由模数转换器进行量化，分别记作数字信号PI和数字信号PQ；

在数字信号处理单元中，原始被测信号被重建。

6.根据权利要求5所述的转换方法，其特征在于，在导频信号中增加时分复用和频分复用设计以保证在后端信号处理中能够区分各变频量化单元中Y偏振方向的输出。

7.根据权利要求5所述的转换方法，其特征在于，所述原始被测信号经被重建的方法包括以下步骤：

对数字信号SnI、数字信号SnQ、数字信号PI和数字信号PQ这些2N+2个数字信号进行时域对准，并将每一对I、Q信号进行正交合成，分别获得复数字信号Sn和复数字信号P；

基于导频信号的时分、频分复用特征，将复数字信号P按信道区分开来，获得导频信道化后在信道对应的信号，记作复数字信号Pn；

对于每个信道，对比原始输入的导频信号和复数字信号Pn，得到相应信道非理想传输特性，并将该非理想传输特性补偿到对应信道的复数字信号Sn中，完成信道均衡；

将均衡后的复数字信号进行数字变频、求和的操作，即可获得原始被测信号。