检索结果-内蒙古大学图书馆

通讯世界 2024年第8期31卷 166-168页

作者：杨建梅山西广播电视无线管理中心山西太原030001

随着时代的进步与发展,人们发现光子技术在高速、宽带信号处理方面具有重要优势,光电模数转换技术成为研究热点,提升模数转换性能是实现光电信号与能量相互转化的关键。通过对光电模数转换技术原理、流程及技术类型进行概述,分析光电模... 详细信息

随着时代的进步与发展,人们发现光子技术在高速、宽带信号处理方面具有重要优势,光电模数转换技术成为研究热点,提升模数转换性能是实现光电信号与能量相互转化的关键。通过对光电模数转换技术原理、流程及技术类型进行概述,分析光电模数转换技术在广播电视领域的应用,以提高广播电视信号光电模数转换技术的应用水平。

关键词：光电模数转换广播电视光电技术

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光电模数转换的关键技术研究

光电模数转换的关键技术研究

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作者：黄嘉宇电子科技大学

学位级别：硕士

模数转换技术已经成为现代信号处理技术的重要拼图。而光电模数转换技术在高速采样和对宽带信号的数字化上,作用日益凸显。全光量化作为光电模数转换中的一个难点受到研究者的广泛关注。而对于宽带系统,引入欠采样技术可以对宽带信号进... 详细信息

模数转换技术已经成为现代信号处理技术的重要拼图。而光电模数转换技术在高速采样和对宽带信号的数字化上,作用日益凸显。全光量化作为光电模数转换中的一个难点受到研究者的广泛关注。而对于宽带系统,引入欠采样技术可以对宽带信号进行窄带化处理。因此本文围绕光电模数转换中的两项关键技术,即全光量化技术和欠采样技术,展开了理论和仿真研究。主要研究内容如下:首先对光电模数转换的理论基础进行了公式推导,讨论了模数转换的性能指标。并对全光模数转换设计所需的光域采样原理、光电器件的工作特性以及高非线性光纤中的非线性效应进行了阐述。其次,针对如何有效提升光电模数转换的量化位数,提出了一种基于相位编码的多阈值非线性全光量化方案。本方案通过调节多个铌酸锂马赫曾德尔调制器的偏置电压来实现相位编码和光采样。然后通过高非线性光纤中的孤子自频移效应将来自调制器输出的采样光脉冲峰值功率信息映射为频移信息。其中光脉冲峰值功率与其频移量成近似线性关系。最后,由波分器件配合阈值分布算法计算得的多阈值编码表来完成多阈值光学量化。本方案通过增加并行通道数目和阈值点数目,提升了系统量化位数。在多并行通道系统中,提升阈值点数,增加了量化位数的提升效率。M个通道和N个阈值的多阈值全光模数转换系统的比特数达到了log2（2MN）。阈值点数目的上限经过仿真证明取决于所使用高非线性光纤的材料、结构和长度以及锁模脉冲激光器的峰值功率,仿真结果表明最多可选取37个阈值点。当取37个阈值点时,仅使用2个并行通道,即可使系统有效位数达到6.32 bit。由于锁模脉冲激光器技术的发展,飞秒脉冲光源广泛应用于全光量化中,但存在重复频率低的问题,导致此类量化方案不适用于宽带系统。因此本文就模数转换中的另一个关键技术,即欠采样技术进行了研究。结合压缩感知理论,提出了一种光子欠采样系统,在欠采样条件下,估计了原信号的频谱,解决了飞秒脉冲光源采样率不足的问题。仿真结果表明,欠采样数据中恢复原信号的频谱主要受到三个因素的影响:原信号在频域的稀疏度,进入光子欠采样系统的信号码长,光子欠采样系统的观测值数目。最后从信号重构成功的概率出发,分析了三个因素之间的制约关系,给出了保证信号重构成功的拟合公式。

关键词：光电模数转换全光量化孤子自频移欠采样压缩感知

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基于高速光电模数转换的数字信号抖动测量技术研究

基于高速光电模数转换的数字信号抖动测量技术研究

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作者：黄涛电子科技大学

学位级别：博士

光纤通信技术已广泛运用于各个领域,是现代信息传输最重要的通信技术之一。在光纤传输系统中数字信号的抖动特征是判断系统传输质量的重要参数,特别对于加密光纤传输系统抖动参数将严重影响加密传输的性能。目前对抖动性能的测试主要依... 详细信息

光纤通信技术已广泛运用于各个领域,是现代信息传输最重要的通信技术之一。在光纤传输系统中数字信号的抖动特征是判断系统传输质量的重要参数,特别对于加密光纤传输系统抖动参数将严重影响加密传输的性能。目前对抖动性能的测试主要依靠进口仪表来完成。本文针对2.5 Gb/s数字光信号的抖动测量的需求,提出了光采样与电量化的核心技术方案,设计了眼图恢复与抖动测量的算法和软件,研制了眼图测量仪的原理样机,完成了对SDH 2.5 Gb/s、10 Gb/s和千兆以太网1.25 Gb/s的数字光信号抖动的测量。完成的主要研究内容如下:1.基于光采样与电量化的光电模数转换原理,提出了数字光信号抖动测量系统方案,在光域实现了对强度调制数字光信号的直接采样,兼顾了光采样宽带、高速的优势和电量化的高量化位数的特点。依据高速数字光信号具有周期性与重复性的特点,采用了随机等效采样的原理设计了光采样,将光采样速率降至信号速率相当的水平,既满足了对高速数字光信号眼图恢复和抖动的测量,又满足了对后续电量化芯片的速率、带宽的匹配。2.光采样与电量化的模数转换由光采样、时钟与采样电脉冲产生、光脉冲展宽与光电转换和电量化等模块构成。Li Nb O3MZM调制器在偏压电路控制下,配合采样电脉冲的幅度,工作在高消光比开光状态对数字光信号完成采样,获得采样光脉冲序列,再通过多路光纤延迟及光电转换后叠加实现了光脉冲的展宽,匹配了后续的电量化芯片的带宽和速率,提升了光采样与电量化方案的性价比。采用光纤传输延迟精确匹配来实现了光采样与电量化的同步。针对SDH的2.5 Gb/s NRZ数字信号,理论分析了采样精度与采样脉宽的关系,优化设计参数为:采样光脉冲宽度80 ps,重复频率为1.5 GHz,以及匹配的光电转化和电量化电路。3.基于随机等效采样原理,在已知数字光信号速率和精确的采样周期时间,重构数字信号周期,提出了基于眼图睁开面积的时钟恢复算法,该算法具有效率高和精度高的特点,多次迭代得到了高精度时钟和眼图。研制了时钟及眼图恢复的软件,同时设计了抖动分析和Q参数测试软件,包括数字光信号抖动的直方图和Q参数,可以得到抖动的峰峰值、均方根值、平均值,以及误码率等技术指标。4.设计数字光信号抖动测试原理样机,完成了各个功能模块、软件和原理样机的研制,包括一套19英寸3U机箱的主机和一套眼图恢复及抖动测量的软件。解决了Li Nb O3 MZM调制器偏压控制与驱动电路、采样脉冲产生电路、光脉冲展宽、光延迟匹配等技术与工艺难题。建立了测试实验系统,对1.55μm波段的SDH2.5 Gb/s数字光信号进行了眼图恢复和抖动测量。原理样机与实时数字示波器进行了比对测量实验,实验结果表明原理样机具备了相当的测试性能,有效监测了数字光信号的抖动和Q参数及误码率,满足了光纤传输系统的测试要求。5.在完成原理样机的基础上,展开了工程应用研究。采用原理样机分别对1.31μm和1.55μm波段的数字光纤传输系统,包括SDH的2.5 Gb/s、10 Gb/s和千兆以太网1.25 Gb/s的光传输设备,以及可运用于商密光纤传输设备,进行了眼图和抖动分析测试,实现了对不同通信波段、速率和信号体制的数字光信号的测试。测试结果表明,该原理样机可以准确的测量传输设备的数字光信号的眼图和抖动特征,为核心器件光模块的性能提供准确的判据,满足了商密光纤传输系统对数字光信号抖动测量的需求。

关键词：光电模数转换光采样电量化时钟与眼图恢复抖动测量

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光电模数转换关键技术研究

光电模数转换关键技术研究

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作者：刘洁电子科技大学

学位级别：硕士

光电模数转换技术借用了光子技术在高速、宽带信号处理方面的优势,运用光学技术代替电采样的方式,可以提高采样速率和带宽,提升模数转换的性能。介绍了国内外光电模数转换技术的研究现状,对现有的光电模数转换结构进行分类,分析了不同... 详细信息

光电模数转换技术借用了光子技术在高速、宽带信号处理方面的优势,运用光学技术代替电采样的方式,可以提高采样速率和带宽,提升模数转换的性能。介绍了国内外光电模数转换技术的研究现状,对现有的光电模数转换结构进行分类,分析了不同结构的优势和劣势。本文基于光延迟的光电模数转换技术,内容如下:首先采用光采样电量化模数转换方案,时钟分配模块产生高速的电脉冲调制直流光信号产生光脉冲,调制器的带宽达到40GHz。光脉冲通过分路模块后采用光纤延迟线使光脉冲在时域上分离,并通过光调制模块对模拟信号进行采样。采用光纤色散技术对采样后光脉冲进行展宽,展宽后光脉冲经过光探测模块被电子模数转换器接收并量化。然后基于光采样电量化系统的关键技术,讨论了系统各个模块产生的误差,推导了系统各幅度一致性和延迟一致性与有效位数的关系,并用Matlab绘制了仿真曲线,定量地分析了不同信号频率下采样幅度和延迟一致性对系统有效位数的影响趋势。最后搭建了八通道光电模数转换实验系统,采用成本较低的F-P宽谱光源调制高速电脉冲的方式产生12GHz的光采样脉冲,相邻通道间的延迟差为83.3ps,使脉冲在时域上分离。整个光采样通道的延迟精度控制在1ps以内,保证系统有较高的延迟一致性。在实验数据的基础上引入不同幅度误差,讨论了其有效位数变化的趋势;在各种信号频率条件下讨论了延迟误差对有效位数的影响。实验系统结合了光采样的高采样速率和电量化的高精度的优势,采样速率达到了12GS/s,采样过程采用宽带调制器,系统带宽达到了10GHz。实验对505MHz到1.5GHz范围内的信号进行采样,经过数据处理软件得到了信号时域采样点图和频谱图。随着信号频率的提高,系统的有效位数逐渐下降,低频和高频的有效位数分别为7.25bit@505MHz和5.45bit@1.505GHz。采用DFB窄线宽激光器代替F-P光源产生采样光脉冲,消除了光脉冲顶部的幅度抖动,提出了一种基于窄线宽激光器的光脉冲展宽方法,通过多路延时反射实现光脉冲的时域分离,通过光耦合模块耦合实现光脉冲展宽。

关键词：光电模数转换幅度一致性延迟一致性采样速率有效位数

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多通道光电混合模数转换误差分析与校正技术研究

多通道光电混合模数转换误差分析与校正技术研究

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作者：施嘉伟电子科技大学

学位级别：硕士

模数转换技术已经成为了现代信号处理与信息领域的关键技术。基于电子技术的模数转换受到了时间抖动、电容充放电时间等电子瓶颈的限制,而基于微波光子技术的光模数转换具有高速率、大带宽、低时间抖动的优势,有望解决传统电子模数转换... 详细信息

模数转换技术已经成为了现代信号处理与信息领域的关键技术。基于电子技术的模数转换受到了时间抖动、电容充放电时间等电子瓶颈的限制,而基于微波光子技术的光模数转换具有高速率、大带宽、低时间抖动的优势,有望解决传统电子模数转换器面临的难题。其中多通道光采样与电量化的光电混合模数转换技术成为了研究的热点。本文将围绕多通道光采样与电量化模数转换系统的失配与非线性展开误差分析与校正技术研究,主要研究内容和成果如下: 首先,介绍了模数转换技术的基本原理和主要性能参数,对光电模数转换中涉及的光采样理论基础、电光调制器的工作特性以及多通道采样技术进行了阐述,并设计了四通道光采样与电量化模数转换系统。其次,理论推导与分析了通道不一致引入的幅度、相位、偏置误差以及铌酸锂MZ强度调制器的调制深度与偏置点漂移引入的非线性误差对于转换精度的影响。仿真研究了由均方根值衡量的不同幅度、相位、偏置误差离散程度和不同MZ调制器的调制深度下系统信纳比的劣化程度。当误差最严重时四通道系统中同时存在均方根值为1.5 d B的幅度误差和2 ps的相位误差,此时对1.2GHz的正弦信号进行采样率为20 Gs/s的模数转换,在50%的调制深度下信纳比由54.72 d B下降至13.47 d B,有效位数由8.79 bits下降至1.95 bits。再次,提出了基于调制曲线逆运算的非线性校正算法、基于序列平均功率的幅度失配校正算法和基于拉格朗日插值的自适应迭代相位失配校正算法。在误差最严重的情况下进行了校正仿真,结果表明非线性谐波由-32.06 d Bm被抑制到了-48.82 d Bm,幅度与相位失配杂波由-21.81 d Bm被抑制到了-57.29 d Bm,信纳比由校正前的13.47 d B提升至47.52 d B,有效位数由1.95 bits提升至7.60 bits,模数转换性能大幅提高。最后,提出了基于数字信号处理的多通道光采样与电量化模数转换误差在线校正技术。从整体架构、数据流向、模块设计等多方面阐述了数字在线校正设计流程。在Vivado平台进行了行为级仿真,结果表明校正后序列信纳比达到46.80 d B,有效位数达到7.48 bits,与数值仿真校正效果一致。当后端FPGA的逻辑时钟与ADC输出时钟相匹配时,可满足对于周期信号的误差实时校正需求。

关键词：光电模数转换有效位数幅度与相位误差调制非线性误差校正

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基于光延迟的微波信号处理技术研究

基于光延迟的微波信号处理技术研究

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作者：张天航电子科技大学

学位级别：博士

微波技术已经成为现代通信、雷达探测、卫星定位等众多应用领域的核心技术,宽带、高速、精准的微波信号处理技术成为人们关注研究的前沿热点。然而,基于电子技术的微波信号处理技术,在处理速率、传输损耗、带宽、抗干扰能力等方面都不... 详细信息

微波技术已经成为现代通信、雷达探测、卫星定位等众多应用领域的核心技术,宽带、高速、精准的微波信号处理技术成为人们关注研究的前沿热点。然而,基于电子技术的微波信号处理技术,在处理速率、传输损耗、带宽、抗干扰能力等方面都不能满足应用需求。微波光子技术以其高效、大带宽、低损耗、抗电磁干扰等方面的优势,可以全方位地提升微波信号处理能力。论文将围绕微波光子信号处理技术,重点研究了全光数模转换和光电模数转换技术,论文的主要内容包括:首先,对现有的光数模转换和光模数转换的技术方案进行了详细地研究,分析了这些方案的优缺点。阐述了微波光子信号处理的原理和关键技术,以及核心光电子器件的原理和工作特性,特别论述了光延迟的原理、测量以及控制方法。并分析了数模转换和模数转换的基本原理,并对其中的技术指标进行了讨论。其次,针对传统数模转换器转换速度受限的问题,提出了一种基于光延迟的全光串行数模转换方案。采用多只波长独立的半导体激光器输出不同权值的光载波并复用,将待转换的串行数字信号调制到该复用的光载波上。再利用光纤色散斜率控制实现多个波长分量之间的等差光延迟,使不同比特位带有权值的光信号在同一段时间窗口内实现非相干叠加。最后,利用时钟同步的光判决门将该时间窗口的叠加光信号切取出来,该光信号的强度即代表模拟量幅度。搭建了基于光延迟的4bit全光串行数模转换实验系统,对4bit数字信号的16个模拟量进行遍历,测得积分非线性误差和差分非线性误差分别为0.108和0.479。同时该数模转换还实现了正弦波、三角波和锯齿波的输出,其转换速率为3.125GS/s,生成的195.3 MHz正弦波,有效位数达到3.46 bit。理论分析和实验研究表明方案可行,实现了较好的技术指标,高精度的延时控制、光开关判决速度以及消光比都会影响系统的性能。再次,针对数模转换位数受限于光源光功率精度的问题,提出了一种基于光延迟插值的光电混合数模转换方案。工作原理为多路EDAC的转换结果分别调制到不同波长的光载波上并复用。然后,利用时钟同步的光判决门截取每个字节时间窗口内不同波长分量的光强度信息。最后,利用光纤色散在不同波长分量之间引入等差光延迟,使带有对应模拟量幅度信息的各个波长分量在时域上均匀展开,完成了基于光延迟的插值,最终输出模拟信号。搭建了基于光延迟的8波长通道和电数模转换器转换精度为16 bit的光电混合数模转换实验系统,实现了转换速率8.33 GS/s的运行,产生了正弦波、三角波、方波和锯齿波等模拟信号,产生的260.4 MHz正弦波,有效位数达到为5.05 bit。理论分析和实验研究表明方案可行,实现了优异的技术指标。利用光延迟插值实现了多路电数模转换器的并行转换,转换速率得到了较大提高。多通道幅度和延迟的失配是误差的主要来源。最后,提出了一种基于光延迟的光电混合模数转换方案。工作原理为采用窄的电脉冲调制宽谱光源产生采样光脉冲。然后,将采样脉冲功分多路并引入等差光延迟,形成多路并行采样脉冲提升了采样速率,模拟信号通过多路强度调制实现采样。随后,利用光纤传输的色散效应,将采样光脉冲展宽由电模数转换阵列完成电量化。理论上推导了多通道幅度和延迟的一致性以及调制的非线性对转换精度的影响。并在此基础上,提出了多通道一致性预校正方法和调制器非线性后处理方案。基于高精度光延迟测量和光纤延迟线制作技术,实现了多通道延迟一致性误差控制在1ps以内。通过添加调制非线性校正,可以提升有效位数,验证了非线性校正的有效性。搭建了基于光延迟的4通道光电混合模数转换实验系统,实现了采样速率12GS/s,对1.992GHz的正弦信号进行模数转换,其有效位数达5.84bit。理论分析和实验研究表明方案可行,实现了高速和宽带的模数转换,且实验系统具有实用价值。综上所述,基于微波光子技术及光延迟技术,实现了微波信号的全光数模转换和光电混合模数转换,具有较高的应用价值。

关键词：微波光子信号处理全光数模转换光电模数转换光延迟转换速率有效位数

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