[发明专利]一种适用于IQ调制器的无导频自动偏压控制方法和装置

说明书

本发明公开了一种适用于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。

技术领域

本发明属于光调制技术领域，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。

背景技术

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。

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-ZehnderModulator,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-phase/Quadrature)调制器，或者IQ-MZM。IQ-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。

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-MZM有三个偏置电压需要调节，如果采用偏振复用(Polarization DivisionMultiplexing,PDM)，PDM-IQ-MZM有六个偏置电压需要同时进行控制，复杂度高。

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。

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。

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。