[发明专利]基于光信道化的模数转换装置及方法

说明书

一种基于光信道化的模数转换装置，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。本发明使用光信道化技术将被测信号经在频域上切割为若干窄带，分别进行量化。大幅降低了采样频率，从而规避了高采样频率下采样孔径抖动带来的高杂散问题。在相同采样带宽下，其有效位数较已公开模数转换方法有明显提高。

技术领域

本发明涉及微波光子技术领域，尤其涉及一种基于光信道化的模数转换装置及方法。

背景技术

模数转换器(Analog to digital converter，ADC)是一类将模拟电信号转换为数字信号的器件。在信号处理算法复杂程度不断提高的今天，基于数字技术的信号处理方法已成为主流。而作为联结模拟域与数字域的关键器件，ADC也已成为绝大多数电子系统必不可少的一部分。随着电子技术应用领域的不断拓展和深入，模数转换器的转换带宽和精度飞速提升。然而，现有基于传统电子技术和器件的模数转换器架构存在带内一致性差、采样孔径抖动、延迟失配等问题，其采样带宽和有效位数(Effective number of bits，ENOB)难以进一步提升。

近年来，微波光子技术(Microwave photonics，MWP)的飞速发展为解决上述问题提供了可能。得益于光子技术和器件的使用，微波光子技术在处理带宽、带内一致性、抗电磁串扰、可调谐性和动态范围等方面较传统电子技术有明显优势。将微波光子技术手段应用于模数转换器中，构造光子模数转换装置(Optical analog to digital converter，OADC)，已成为国内外研究热点。当前典型的光子模数转换装置沿用了传统高速模数转换器中常用的时间交替模数转换装置(Time-interleaved ADC，TIADC)的架构，即：首先，使用不同波长、重复频率相同的光脉冲对被测信号轮流进行采样；随后，对不同波长脉冲串的采样序列分别进行色散拉伸、光电转换和量化；最后，将各脉冲串的量化输出结果按照采样的顺序重新排列，得到被测信号的模数转换结果。此类光子模数转换装置受益于光子技术的优势，具有较宽的采样带宽。但由于使用了相似的架构，因而与传统时间交替模数转换装置存在相同的问题，即：(1)该方案要求任意相邻脉冲串间的时间间隔严格一致，而实际中光脉冲串间的延时匹配精度有限，会在光子模数转换装置的输出中引入始终相关的杂散；(2)该方案同时要求各光采样脉冲串对应的后续处理链路(包含滤波、放大、光电转换和量化等过程)的传输特性严格一致，这在实际中也是难以实现的，从而在最终输出中引入采样时钟相关的非线性失真。此外，此类光子模数转换装置的关键部件——高重复频率超窄光脉冲源存在结构复杂、调试困难和系统稳定性不高等问题。这些问题进一步增加了系统复杂度和应用难度，削弱了系统的可靠性，限制了光子模数转换装置的采样带宽和ENOB，及其实用化。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于光信道化的模数转换装置及方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种基于光信道化的模数转换装置，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。

其中，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。