专利摘要

本发明公开了一种时间波长交织光模数转换器信号重构方法，从而提高光模数转换系统的有效比特，依次包括参数标定和校正两个部分：所述的系统参数标定是指系统通过对一个已知信号的采样，通过对采样结果的分析可以提取出通道间增益不均匀性参数、余弦参数、调制器波长相关性参数等，从而进行系统各个参数的标定；所述的校正是指在对系统参数标定之后，再使用这些标定参数对实际信号的采样结果进行校正重构，从而能够对系统的各种噪声进行抑制，得到较高的信噪比。本发明可提取出系统通道间增益不均匀性参数、余弦参数、调制器波长相关性参数等，对参数进行标定从而有利于有针对性的校正，当对时序偏置、增益进行标定以及调整之后，可以得到进行信号校正所需要的系统参数，从而能够对系统的各种噪声进行抑制，能够提高信号的有效比特位数，得到较高的信噪比。

权利要求

1.一种时间波长交织光模数转换标定与信号校正重构方法，其特征在于，包括参数标定和校正重构两个阶段：

参数标定阶段：通过对一个已知信号的采样，并从采样结果的分析中提取出通道间增益不均匀性参数、余弦参数、调制器波长相关性参数，作为标定参数；

校正重构阶段：利用标定参数对实际信号的采样结果进行校正重构。

2.根据权利要求1所述的时间波长交织光模数转换标定与信号校正重构方法，其特征在于，所述的参数标定阶段，具体步骤如下：

①对于输入时间波长交织光模数转换系统的信号，选取已知的单频余弦信号作为被采样信号，即标准信号，输入光模数转换器；标准信号的频率f_in小于标定系统单通道中的奈奎斯特频率；

②时间偏斜的标定：对时间波长交织光模数转换系统中各通道的输出进行傅里叶变换，观察相位谱，得到在输入标准信号频率为f_in时的采样脉冲的相位，即相对于正弦波的时延引起的相位偏移θ_i；取一路为第一参考通道，记其相位为θ₁，得到第i个通道与第一参考通道之间的时间偏移标定量 然后对第i个通道的时间延迟进行相应调整，调整值为Δt_i，得到通道间时序对齐的采样结果；

③通道间的偏置和增益不均匀性的标定：对通道间时序对齐的采样结果做傅里叶频谱分析得到功率谱,每个通道的功率谱中直流位置的信号幅度A_i为对应的第i通道的偏置标定量，功率谱中标准频率信号的幅度B_i为对应的第i通道的增益标定量；取其中一路作为第二参考通道，以其偏置标定量A₀和增益标定量B₀为基准，先对除第二参考通道外的其他通道的增益标定量B_i进行调整量为 的调整，再对进行增益调整之后的相应通道的偏置进行 的调整，调整之后的各通道信号输入调制器参数标定模块；

④调制器参数的标定，分为余弦参数的标定以及对波长相关性引起的偏置和增益不均匀性的标定：

首先标定电光强度调制器的余弦参数，采用二次搜索方法,首先在1×10^-5～100×10^-5范围内选择大步长进行搜索，根据余弦参数误差和搜索步长的关系确认步长的具体选择范围；然后，在确定的参数选择范围内用小步长选取余弦参数，将每个通道的信号除以选取的余弦参数，进行反余弦运算，并计算反余弦运算结果的无杂散动态范围，即$\mathrm{SFDR}=6.02\times N+1.76\mathrm{dB}+10\times {\log }_{10}\left(\frac{f_s}{f_B}\right),$其中N为理想ADC的位数，f_s为采样率，f_B为信号带宽，选取SFDR最大时对应的余弦参数作即为余弦参数标定量，将各通道的信号除以对应的余弦参数标定量，作反余弦运算，得到反余弦校正后的各通道数据；

再对调制器波长相关性引起的偏置和增益量进行标定及调整：对反余弦校正后的各通道数据做傅里叶频谱分析得到功率谱，取第i路通道的功率谱中直流位置幅度的大小作为信号的偏置标定量a_i，第i路通道标准信号频率处信号幅度的大小作为信号的增益标定量b_i；选取某一路为第三参考通道，以其偏置标定量a₀和增益的标定量b₀为基准，先将除第三参考通道之外的其他通道的增益标定量b_i进行 的调整，再对相应通道的偏置标定量a_i进行 的调整，校正调制器波长相关性引起的偏置和增益的不一致性。

3.根据权利要求1所述的时间波长交织光模数转换标定与信号校正重构方法，其特征在于，所述的校正重构阶段，具体步骤如下：

①对采样结果，首先利用各通道的时间偏移标定量Δt_i，以选取的第一参考通道为基准对其余通道进行时序的调整，得到时序对齐的数据；

②对通道偏置和增益不均匀性的校正：先将时序对齐后的各通道数据乘以对应通道的增益标定量与第二参考通道增益标定量的比值，即B₀/B_i，校正通道间的增益不均匀性；再将增益不均匀校正后的第i通道数据加上进行增益比值调整之后的第二参考通道偏置标定量与对应通道的偏置标定量之差，即 校正通道间的偏置不均匀性；得到偏置和增益已校正的通道信号；

③调制器余弦响应的校正：将各通道数据除以对应的余弦参数标定量，再进行反余弦运算，校正调制器余弦响应；

④调制器波长相关性校正：根据选取的第三参考通道所标定出的偏置标定量a₀和增益标定量b₀为基准，先对其他通道的增益进行 的调整，再对进行增益调整之后的第i通道的偏置进行 的调整，在对增益和偏置进行调整校正之后即得到信号的校正重构。

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间波长交织光模数转换标定与信号重构方法，具体是利用已知标准信号标定系统参数，进而对实际信号的采样结果进行校正重构。

背景技术

模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)是将模拟信号转为数字信号的器件。自然界中的绝大多数信号都以模拟信号的形式存在，而目前的信号处理技术大都采用数字信号处理(digital signal processing,DSP)。因此，模数转换器是信息技术领域的核心器之一。

通信、雷达等领域的发展对模数转换器带宽和量化精度的要求也越来越高。近年来，电模数转换器的性能也已经有了很大的发展(参见Jonsson B E.A survey of A/D-converter performance evolution[C]//Electronics,Circuits,and Systems(ICECS),201017th IEEE International Conference on.IEEE,2010:766-769)。但是由于“电子瓶颈”(参见Walden R H.Performance trends for analog to digital converters[J].Communications Magazine,IEEE,1999,37(2):96-101)的存在，电模数转换器性能的进一步提升存在很大的困难。

光子学技术的高带宽、高稳定等特性可以有效地克服以上问题。基于光子学技术的光模数转换器成为实现高速、高精度模数转换的有效途径，引起了国内外研究机构的高度关注。时间波长交织光模数转换(参见MARC CURRIE,High-Performance Photonic Analog-to-Digital Converter and Low-Noise Mode-Locked Fiber Lasers.May 26,2003)是一种典型的光模数转换方案，使用这种复用技术可以大大提高系统的采样率，但幅度、通道间不均匀性、非线性限制了其量化精度的提高。

为了提高量化精度，Twichell.J.C等人提出了基于使用双端口强度调制器的相位编码方案，利用了调制器两个输出的互补性来降低锁模激光器的幅度抖动的 影响(参见Twichell J C,Wasserman J L,Juodawlkis P W,et al.High-linearity208-MS/s photonic analog-to-digital converter using 1-to-4optical time-division demultiplexers[J].Photonics Technology Letters,IEEE,2001,13(7):714-716.)。MIT利用光子集成技术来提高通道间的一致性。但由于现有技术和工艺的限制，单纯从硬件角度来提高量化精度存在很大困难且成本很高。

数据处理是提高光模数转换器精度的另一个重要途径。Juodawlkis P W等人提出通过反余弦运算校正M—Z强度调制器的非线性响应(参见Juodawlkis P W,Twichell J C,Betts G,et al.Optically sampled analog-to-digital converters[J].Microwave Theory and Techniques,IEEE Transactions on,2001,49(10):1840-1853)。KHILO A等提出基于数值计算的自适应误差补偿方法(参见KHILO A,BIRGE J R,KARTNER F X.Adaptive error compensation for photonic analog-to-digital converters[C].CLEO 2008.New Jersey:IEEE,2008,544-545.)。神祥明等提出了一种通过标定校正时间波长交织光模数转换中的静态幅度不均匀性的方法(参见神祥明，吴龟灵，李思琪，光模数转换系统中幅度不均匀性的校正，光传输技术，2011.1)。但是目前还没有解决调制器波长相关性影响的具体方案，也没有一套完整的针对时间波长交织光模数转换的信号重构方法。

发明内容

本发明是基于现有的时间波长交织光模数转换系统，在该系统的基础上，针对上述问题和现有技术的不足，提出了一种完整的基于标定的时间波长交织光模数转换信号重构方法。通过对标准信号采样结果的频谱分析对系统进行标定，获取标定参数；进而利用标定参数对现场采样的结果进行校正、高精度重构出被采样信号。

本发明提出的时间波长交织光模数转换系统的信号重构方法包含系统参数标定和信号重构两个部分：

所述的系统参数标定是指系统对一个已知标准信号进行采样，通过对采样结果的分析提取出通道间增益不均匀性参数、余弦参数、调制器波长相关性参数等，作为系统的标定参数。

所述的信号重构是指利用系统参数标定过程获得的标定参数对实际被采样 信号的采样结果进行校正，高精度重构被采样信号。

所述系统参数标定部分的具体步骤如下：

1、选取单频余弦信号作为标准被采样信号输入光模数转换器。标准信号的频率f_in应小于系统单通道的奈奎斯特频率；

2、时间偏斜的标定：对时间波长交织光模数转换系统各通道的输出进行傅里叶变换，观察相位谱，得到输入标准信号频率为f_in时各通道的采样脉冲的相位，即为相对于标准正弦波的时延引起的相位偏移θ_i。取一路为第一参考通道记其相位偏移为θ₁，得到第i个通道与第一参考通道之间的时间偏移标定量  然后，将第i个通道的时间延迟进行相应调整，调整值为Δt_i，得到通道间时序对齐的采样结果。

3、通道间偏置和幅度不均匀性的标定：对时序对齐的各通道采样结果做傅里叶频谱分析得到功率谱。每个通道的功率谱中直流位置的信号幅度A_i为对应的第i通道的偏置标定量。功率谱中标准信号频率处的幅度B_i为对应的第i通道的增益标定量；以其中一路作为第二参考通道，以其偏置标定量A₀和增益标定量B₀为基准，先对其他通道的增益标定量B_i进行 的调整，再对其他通道的偏置A_i进行 的调整，调整之后的各通道信号输入调制器参数标定模块。

4、调制器参数的标定，分为余弦参数的标定以及波长相关性引起的偏置和幅度不均匀性标定：

①电光强度调制器余弦参数的标定：采用二次搜索的方法，首先在1×10^-5～100×10^-5范围内选取一个大步长进行搜索，根据余弦参数误差和搜索步长的关系确定步长的具体选择范围；然后，在确定的步长选择范围内，用小搜索步长选取余弦参数。将每个通道的信号除以选取的余弦参数，进行反余弦运算，计算反余弦运算结果的无杂散动态范围(SFDR)。最后，选取SFDR最大的余 弦参数作为余弦参数标定量。将各通道的信号除以对应的余弦参数标定量，作反余弦运算，得到反余弦校正后的各通道数据。

②调制器波长相关性引起的偏置和增益量的标定和调整：对反余弦校正后的各通道数据做傅里叶频谱分析得到功率谱。取第i路通道的功率谱中直流位置信号幅度的大小作为信号的偏置标定量a_i，该路通道标准信号频率处信号幅度的大小作为信号的增益标定量b_i。取某一路为第三参考通道，以其偏标定置量a₀和增益标定量b₀为基准，先对除第三参考通道之外的其他通道的增益标定量b_i进行  的调整，再对相应通道的偏置标定量a_i进行 的调整，校正调制器波长相关性引起的偏置和增益的不一致性。

通过上述标定流程得到信号校正所需要的系统参数后，即可进行信号的校正重构，信号校正重构部分的具体步骤如下：

1、通道间时间偏斜校正：利用各信道的时间偏移标定量Δt_i，以选取的第一参考通道为基准对各通道采样结果进行时间调整，校正时间偏斜，得到时序对齐的数据。

2、通道偏置和增益不均匀性校正：将时序对齐后的各通道数据乘以对应通道的增益标定量与第二参考通道增益标定量的比值(B₀/B_i)，校正通道间的增益不均匀性；再将增益不均匀校正后的第i通道数据加上进行增益比值调整之后的第二参考通道偏置标定量与对应通道的偏置标定量之差 校正通道间的偏置不均匀性；调整之后即得到偏置和增益已校正的通道信号。

3、调制器余弦响应的校正：将各通道数据除以对应的余弦参数标定量，再进行反余弦运算，校正调制器余弦响应。

4、调制器波长相关性校正：根据选取的第三标准参考通道所标定出的偏置标定量a₀和增益标定量b₀为基准，先对其他通道的增益进行 的调整，再对该 路通道的偏置进行 的调整，在对增益和偏置进行校正调整之后即得到信号的校正重构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过对系统的各种参数进行标定从而有利于有针对性的校正，得到进行信号校正所需要的系统参数，在对实际信号采样时就可以通过标定的参数对系统的各种噪声进行抑制，在数据重构时进行相应的调整之后得到输出，完成了对系统的全部校正。能够提高信号的有效比特位数，得到较高的信噪比。

附图说明

图1为本发明基于时间波长交织光模数转换系统标定流程图。

图2为本发明基于时间波长交织光模数转换系统校正流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明的一个具体实施例。本实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程。但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1为本发明基于时间波长交织光模数转换系统标定流程图。系统单通道的采样率为f_s。在标定过程中，先将频率为f_c(小于系统单通道奈奎斯特频率f_s/2)的单频余弦信号作为标准被采样信号输入系统得到各通道的采样数据。然后对第i个通道的输出进行傅里叶变换，观察相位谱，得到在相应输入微波信号频率f_c时的相位，即为相对于标准正弦波的时延引起的相位偏移θ_i，取一路为第一参考通道记其相位偏移为θ₁，得到第i个通道与第一参考通道之间的时间偏移标定量  再对第i个通道的时间延迟进行Δt_i的调整，得到通道间时序对齐的采样结果；对时序已对齐的各通道采样结果做傅里叶频谱分析得到功率谱，每个通道的功率谱中直流位置的信号幅度A_i为对应第i通道的偏置标定量，功率谱中标准信号频率处的幅度B_i为对应第i通道的增益标定量；以其中一路作为第二参 考通道，以其偏置标定量A₀和增益标定量B₀为基准，先对除第二参考通道之外的其他通道的增益标定量B_i进行 的调整，再对进行增益调整之后的相应通道的偏置标定量A_i进行 的调整，调整之后的各通道信号输入调制器参数标定模块。

然后进行调制器参数的标定，分为余弦参数的标定以及对波长相关性引起的偏置和增益不均匀性的标定两部分：

采用二次搜索的方法，首先在1×10^-5～100×10^-5范围内选取一个大步长进行搜索，根据余弦参数误差和搜索步长的关系确定步长的可选择范围。然后在确定的步长选择范围内，用小搜索步长选取余弦参数；将每个通道的信号除以选取的余弦参数，进行反余弦运算。对于采样率为f_s，信号带宽为f_B的信号，计算反余弦运算结果无杂散动态范围SFDR=6.02×N+1.76dB+10×log10(fsfB)]]>(其中N为理想ADC的位数)，选取SFDR最大的余弦参数作为余弦参数标定量。将各通道的信号除以对应的余弦参数标定量，作反余弦运算，得到反余弦校正后的各通道数据；

对各通道数据做傅里叶频谱分析得到功率谱，取第i通道的功率谱中直流位置幅度的大小作为信号的偏置标定量a_i，第i路通道标准信号频率处信号幅度的大小为信号的增益标定量b_i，选取某一路为第三参考通道，以其偏置标定量a₀和增益标定量b₀为基准，先对除了第三参考通道之外的其他通道的增益标定量b_i进行 的调整，再对相应通道的偏置标定量a_i进行 的调整，校正调制器波长相关性引起的偏置和增益不一致性。

图2为本发明基于时间波长交织光模数转换系统校正流程图。由图可见在通过图1所示的标定流程中得到了进行信号校正所需要的增益、偏置等系统参数之后，在对实际信号采样的过程中就可以通过与标定流程相似的计算对系统的增益、 偏置等参数进行校正，从而达到对噪声的抑制：

对于采样结果首先利用信号标定步骤中所标定的不同通道之间的时间偏斜Δt_i，以选取的第一参考通道为基准对其余通道进行Δt_i的调整，校正时间偏斜得到时序对齐的数据；然后以选定的第二参考通道的偏置标定量A₀和增益标定量B₀为基准，先将除去第二参考通道的第i路通道数据乘以对应通道的增益标定量与第二参考通道增益标定量的比值(B₀/B_i)，校正通道间的增益不均匀性；再将该路通道数据加上进行幅度比值调整之后的第二路参考通道偏置标定量与对应通道的偏置标定量之差 校正通道间的偏置不均匀性；调整之后即得到偏置和增益已校正的通道信号；

然后进入调制器参数的校正模块，首先将各通道数据除以标定流程中所标定的余弦参数，再进行反余弦运算，此时得到的信号已消除通道间的不均匀性，再根据选取的第三参考通道所标定出的偏置标定量a₀和增益标定量b₀对调制器波长相关性带来的通道的偏置和增益不均匀性进行相应的校正：先对除去第三参考通道的第i路通道的增益进行 的调整，再对该通道的偏置进行 的调整；在对增益和偏置进行校正之后完成调制器部分的调整，即可完成对系统的全部校正。

时间波长交织光模数转换标定与信号校正重构方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。