基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)中啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置利用鎖模激光器和色散光纖產(chǎn)生啁啾高斯光窄脈沖；射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置利用光分路器將光脈沖分為3路，射頻信號(hào)調(diào)制到第1路光信號(hào)中，隨后3路光信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振控制、延時(shí)、耦合、放大、色散、光電探測(cè)等處理，變?yōu)榇袀鬏數(shù)臅r(shí)域展寬的3路電信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理裝置接收串行輸入的3路時(shí)域展寬的電信號(hào)，利用相干探測(cè)和去包絡(luò)算法得到無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)。采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，可以有效去除時(shí)域展寬射頻信號(hào)的高斯包絡(luò)，相比較現(xiàn)有的光子時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，本系統(tǒng)和方法得到的時(shí)域展寬射頻信號(hào)更加精確，能適應(yīng)高頻信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
【專利說(shuō)明】基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)，特別涉及基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，電學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能快速發(fā)展，但是其發(fā)展速度仍舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于數(shù)字信號(hào)處理的發(fā)展速度，當(dāng)前模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率為80GSa/s，模擬帶寬為13GHz。對(duì)于一些現(xiàn)代通信應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、雷達(dá)通信系統(tǒng)和其他先進(jìn)的電子儀器，其數(shù)字信號(hào)處理中模數(shù)轉(zhuǎn)換需要更高的采樣率和更大的輸入帶寬，傳統(tǒng)的電學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能不能滿足要求。
[0003]為了增強(qiáng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的有效采樣率和輸入帶寬，各種光子技術(shù)被提出和證明。其中利用光纖的色散效應(yīng)降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入射頻信號(hào)速率的時(shí)域展寬技術(shù)被Jalali教授提出。時(shí)域展寬技術(shù)采用經(jīng)過(guò)光纖色散效應(yīng)處理的超短光脈沖調(diào)制射頻信號(hào)，已調(diào)光信號(hào)經(jīng)過(guò)色散光纖，引起光信號(hào)脈寬的展寬，經(jīng)過(guò)光電探測(cè)后的電信號(hào)即為時(shí)域展寬的射頻信號(hào)。利用光子時(shí)域展寬技術(shù)，解決了電學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣率和輸入帶寬受限的情況。
[0004]圖1為現(xiàn)有的光子時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖?，F(xiàn)結(jié)合圖1，對(duì)現(xiàn)有的光子時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，具體如下:
[0005]現(xiàn)有的光子時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括:啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置10，相位調(diào)制裝置11，相干探測(cè)裝置12和數(shù)字信號(hào)處理裝置13。
[0006]啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置10用于產(chǎn)生啁啾光窄脈沖，再將啁啾光窄脈沖經(jīng)過(guò)高色散光纖傳輸至相位調(diào)制裝置11。其中啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置10包括:一個(gè)超連續(xù)譜激光器100和一個(gè)光帶通濾波器101。超連續(xù)譜激光器100產(chǎn)生超連續(xù)譜光波信號(hào)，利用中心頻率為1520nm，帶寬為20nm的帶通濾波器切片超連續(xù)譜光波信號(hào)，產(chǎn)生啁啾光窄脈沖。
[0007]相位調(diào)制裝置11用于調(diào)制電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的時(shí)間-波長(zhǎng)映射，并通過(guò)高色散光纖傳輸至光電探測(cè)裝置12。其中相位調(diào)制裝置11包括:電信號(hào)接收器110，馬赫曾德調(diào)制器111。電信號(hào)接收器110用于接收高頻電信號(hào)。馬赫曾德調(diào)制器111用于將接收到的電信號(hào)相位調(diào)制到光波信號(hào)中。
[0008]相干探測(cè)裝置12用于解調(diào)時(shí)域展寬的射頻信號(hào)。其中相干探測(cè)裝置12包括:本振激光器120、混頻器121、光電探測(cè)器122、123,摻鉺光纖放大器124,信號(hào)處理器125,偏振控制環(huán)路126，鎖相器127。本振激光器120產(chǎn)生與啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置10同頻譜的光信號(hào)?；祛l器121將接收到的光調(diào)制信號(hào)和本振光信號(hào)混頻，再以兩路分別輸出。光電探測(cè)器122，123分別接收混頻器121的兩路輸出，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，兩路電信號(hào)再做減法運(yùn)算，得到時(shí)域展寬的射頻信號(hào)。摻鉺光纖放大器124用于補(bǔ)償系統(tǒng)產(chǎn)生的光損。信號(hào)處理器125，處理接收到的時(shí)域展寬射頻信號(hào)。偏振控制環(huán)路126，匹配接收信號(hào)和本振光信號(hào)的偏振狀態(tài)。鎖相器127用于鎖定固定中頻的相位。
[0009]數(shù)字信號(hào)處理裝置13對(duì)接收到的時(shí)域展寬射頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理。其中數(shù)字信號(hào)處理裝置13包括帶通濾波器130，模數(shù)轉(zhuǎn)換器131和數(shù)字信號(hào)處理器132。帶通濾波器130對(duì)接收到的時(shí)域展寬射頻信號(hào)進(jìn)行濾波。模數(shù)轉(zhuǎn)換器131對(duì)濾波后的時(shí)域展寬射頻信號(hào)采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)處理器132數(shù)字處理接收到的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0010]上述現(xiàn)有的光子時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)方法初步實(shí)現(xiàn)了射頻信號(hào)的時(shí)域展寬和數(shù)字信號(hào)處理，但它存在缺陷，其兩個(gè)激光器不能保證擁有完全匹配的中心頻率和線寬，其兩個(gè)光電探測(cè)器不能保證完全匹配的響應(yīng)度，其帶通濾波器不能去除經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器后的時(shí)域展寬射頻信號(hào)的高斯包絡(luò)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一個(gè)激光器和一個(gè)光電探測(cè)器，克服了兩個(gè)激光器和兩個(gè)光電探測(cè)器所帶來(lái)的缺陷，此外該系統(tǒng)利用去包絡(luò)技術(shù)，可以有效去除時(shí)域展寬射頻信號(hào)的高斯包絡(luò)。
[0012]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，該方法采用一個(gè)激光器和一個(gè)光電探測(cè)器，克服了兩個(gè)激光器和兩個(gè)光電探測(cè)器所帶來(lái)的缺陷，此外該方法利用去包絡(luò)技術(shù)，可以有效去除時(shí)域展寬射頻信號(hào)的高斯包絡(luò)。
[0013]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方法具體是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0014]一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，用于產(chǎn)生時(shí)域展寬的射頻信號(hào)，再通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器處理，其特征在于，該系統(tǒng)包括:啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置、射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置、數(shù)字信號(hào)處理裝置:
[0015]所述啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置利用光纖的色散效應(yīng)，對(duì)鎖模激光器產(chǎn)生的超短高斯光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并伴隨著啁啾效應(yīng)，得到脈寬展寬的啁啾光窄脈沖；所述色散效應(yīng)為脈沖信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，由于光源光譜成分中不同波長(zhǎng)具有不同群速度，光脈沖較高的頻率分量比較低的頻率分量傳輸?shù)寐?，因此引起光脈沖展寬現(xiàn)象；
[0016]所述射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置包括光分路模塊，相位調(diào)制模塊，混頻模塊，耦合模塊，檢測(cè)模塊；所述光分路模塊利用光分路器對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行功率分配，輸出3路相同功率的光信號(hào)，輸出第I路光信號(hào)至相位調(diào)制模塊；所述相位調(diào)制模塊對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，輸出已調(diào)制的光信號(hào)至混頻模塊；所述混頻模塊利用180度混頻器對(duì)第I路調(diào)制光信號(hào)和第2路光信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻輸出的第2路信號(hào)經(jīng)過(guò)光延時(shí)線與第I路信號(hào)共同接入耦合模塊；所述耦合模塊利用兩個(gè)3dB耦合器對(duì)處理后的3路光信號(hào)進(jìn)行耦合，耦合后的3路信號(hào)輸出至摻鉺光纖放大器，放大后的3路信號(hào)在光纖中傳輸，通過(guò)色散產(chǎn)生相同的時(shí)域展寬；所述檢測(cè)模塊通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，得到串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)；
[0017]所述數(shù)字信號(hào)處理裝置包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的3路串行傳輸?shù)牡退匐娦盘?hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出至數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述數(shù)字信號(hào)處理模塊利用數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收到的3路信號(hào)分別存儲(chǔ)，第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能，處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)算法，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；
[0018]上述裝置中，所述啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置包括:
[0019]鎖模激光器，用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需的時(shí)寬為ps量級(jí)的超短高斯光脈沖信號(hào)；[0020]光纖，傳輸超短高斯光脈沖信號(hào)，利用光纖色散效應(yīng)，對(duì)光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到脈寬展寬的啁啾光窄脈沖；
[0021]上述裝置中，所述射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置包括:
[0022]光分路器，將接收啁啾光窄脈沖分為3路相同的光脈沖，標(biāo)號(hào)為第I路光脈沖，第2路光脈沖，第3路光脈沖；
[0023]相位調(diào)制器，第I路光脈沖接入到相位調(diào)制器，一個(gè)光脈沖信號(hào)作為窗口，捕獲射頻信號(hào)，完成射頻信號(hào)的時(shí)間-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換；
[0024]混頻器，第I路產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)和第2路的光脈沖分別通過(guò)偏振控制器，匹配兩者的偏振狀態(tài)，再分別接入180度混頻器中，便于后續(xù)完成相干探測(cè)；
[0025]稱合器,混頻器輸出的第I路光信號(hào)和經(jīng)過(guò)光延時(shí)線的第2路光信號(hào)稱合,稱合輸出再與經(jīng)過(guò)偏振控制器和光延時(shí)線的第3路光脈沖耦合；
[0026]摻鉺光纖放大器，補(bǔ)償系統(tǒng)產(chǎn)生的光損；
[0027]光纖，傳輸耦合后的3路光信號(hào)，利用光纖色散效應(yīng)，對(duì)光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，3路光信號(hào)經(jīng)歷相同的展寬效果；
[0028]光電探測(cè)器，探測(cè)經(jīng)過(guò)射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置后的光信號(hào)，利用光電效應(yīng)將其變?yōu)殡娦盘?hào)；所述光電探測(cè)基于光電效應(yīng)，在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會(huì)被光子激發(fā)出來(lái)而形成電流，即將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)；所述串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)輸出至數(shù)字信號(hào)處理裝置；
[0029]上述裝置中，所述數(shù)字信號(hào)處理裝置包括:
[0030]模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)接收到的串行傳輸?shù)?路低速電信號(hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為
數(shù)字信號(hào)；
[0031 ] 數(shù)字信號(hào)處理器，處理串行傳輸?shù)?路信號(hào)；在數(shù)字域中，分別存儲(chǔ)3路信號(hào)，其中第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能；處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)技術(shù)，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；
[0032]一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該方法包括:
[0033]A、鎖模激光器產(chǎn)生時(shí)寬為ps量級(jí)的超短高斯光脈沖，將產(chǎn)出的光脈沖經(jīng)過(guò)光纖傳輸，利用光纖的色散效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光脈沖寬度的調(diào)節(jié)，得到脈寬展寬的啁啾光窄脈沖；
[0034]B、經(jīng)過(guò)光分路器將調(diào)節(jié)后的光脈沖分為3路，第I光信號(hào)與射頻信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)時(shí)間-波長(zhǎng)映射，第2路與第3路光信號(hào)作為參考信號(hào)；所述參考信號(hào)可用于解調(diào)含有高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；第I路調(diào)制信號(hào)和第2路光信號(hào)分別經(jīng)過(guò)偏振控制器，獲得相同的偏振態(tài)，再分別接入180度混頻器中，便于后續(xù)完成相干探測(cè)；所述混頻器輸出的第I路光信號(hào)和經(jīng)過(guò)光延時(shí)線的第2路光信號(hào)通過(guò)耦合器，耦合后的信號(hào)再與經(jīng)過(guò)偏振控制器和光延時(shí)線的第3路光脈沖I禹合,整合為串行傳輸3路光信號(hào),輸出至摻鉺光纖放大器；所述摻鉺光纖放大器補(bǔ)償信號(hào)的系統(tǒng)損失；所述串行傳輸3路光信號(hào)經(jīng)過(guò)色散光纖傳輸，展寬后的信號(hào)輸出至光電探測(cè)器；所述光電探測(cè)器探測(cè)接收到的光信號(hào)，利用光電效應(yīng)將其變?yōu)榇袀鬏數(shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)；所述串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)輸出至數(shù)字信號(hào)處理裝置；
[0035]C、數(shù)字信號(hào)處理裝置中模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的3路串行傳輸?shù)牡退匐娦盘?hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出至數(shù)字信號(hào)處理器；所述數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收到的3路信號(hào)分別存儲(chǔ)，第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能，處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)算法，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；
[0036]上述方法，步驟A所述啁啾光窄脈沖產(chǎn)生的實(shí)現(xiàn)方法包括:
[0037]Al、鎖模激光器產(chǎn)生時(shí)間寬度為ps量級(jí)的超短高斯光脈沖；
[0038]A2、產(chǎn)生的超短高斯光脈沖經(jīng)過(guò)一段光纖，由于光脈沖的不同頻率成份以不同的速度傳播，所以在光纖傳輸中存在色散現(xiàn)象，利用色散效應(yīng)，對(duì)超短高斯光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到展寬的啁啾光窄脈沖；
[0039]上述方法，步驟B所述射頻信號(hào)時(shí)域展寬的實(shí)現(xiàn)方法包括:
[0040]B1、經(jīng)過(guò)光分路器調(diào)節(jié)后的光信號(hào)分為3路，第I路光信號(hào)與射頻信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的時(shí)間-波長(zhǎng)映射，第2路光信號(hào)與第3路光信號(hào)作為參考信號(hào)；
[0041]B2、調(diào)制后的射頻信號(hào)與第2路光信號(hào)分別通過(guò)偏振控制器，匹配兩者的偏振狀態(tài)，再分別接入180度混頻器中，便于后續(xù)完成相干探測(cè)；
[0042]B3、混頻器輸出的第I路光信號(hào)和經(jīng)過(guò)光延時(shí)線的第2路光信號(hào)通過(guò)耦合器，耦合后的信號(hào)再與經(jīng)過(guò)偏振控制器和光延時(shí)線的第3路光脈沖稱合,整合為串行傳輸?shù)?路光信號(hào)，并輸出至摻鉺光纖放大器，利用摻鉺光纖放大器的放大作用，補(bǔ)償系統(tǒng)損失對(duì)光信號(hào)的影響；
[0043]B4、摻鉺光纖放大器輸出的光信號(hào)在光纖中傳輸，串行傳輸?shù)?路光信號(hào)利用光纖的色散效應(yīng)產(chǎn)生相同的時(shí)域展寬；
[0044]B5、光電探測(cè)器檢測(cè)接收到的光信號(hào)，利用光電探測(cè)技術(shù)得到串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)；
[0045]上述方法，步驟C所述數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法包括:
[0046]Cl、模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的串行傳輸?shù)?路低速電信號(hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)；
[0047]C2、數(shù)字信號(hào)處理器處理串行傳輸?shù)?路信號(hào)；在數(shù)字域中，分別存儲(chǔ)3路信號(hào)，其中第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能；處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)技術(shù)，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；
[0048]由上述的技術(shù)方法可見(jiàn)，本發(fā)明提供一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法，能夠產(chǎn)生無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)，該系統(tǒng)產(chǎn)生的射頻信號(hào)的時(shí)域展寬寬度可調(diào)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0049]圖1為現(xiàn)有的光子時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]圖2為本發(fā)明基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051]圖3為本發(fā)明相干探測(cè)和去包絡(luò)算法原理流程圖。
[0052]圖4為本發(fā)明基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換方法的流程圖。
[0053]具體實(shí)施方法
[0054]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方法及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將根據(jù)以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0055]本發(fā)明提供了一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)中啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生所需要的啁啾高斯光脈沖；射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置將接收的啁啾高斯光脈沖經(jīng)光分路器分成三路信號(hào)，輸出第I路光信號(hào)至相位調(diào)制模塊調(diào)制接收的射頻信號(hào)，完成射頻信號(hào)的時(shí)間-波長(zhǎng)映射；第I路光調(diào)制信號(hào)和第2路光信號(hào)分別經(jīng)過(guò)偏振控制器，匹配兩者的偏振態(tài)，再分別接入180度混頻器中；混頻器輸出的第I路光信號(hào)和經(jīng)過(guò)光延時(shí)線的第2路光信號(hào)通過(guò)耦合器，耦合后的信號(hào)再與經(jīng)過(guò)偏振控制器和光延時(shí)線的第3路光脈沖耦合，整合串行串行傳輸?shù)?路光信號(hào)，并輸出至摻鉺光纖放大器；放大后光信號(hào)在光纖中傳輸，利用光纖的色散效應(yīng)產(chǎn)生相同的時(shí)域展寬，輸出至光電探測(cè)器；光電探測(cè)器利用光電探測(cè)技術(shù)得到串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理裝置將接收到的串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)先進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理器在數(shù)字域中分別存儲(chǔ)3路信號(hào)，其中第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能；處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)技術(shù)，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；
[0056]圖2為本發(fā)明基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。現(xiàn)結(jié)合圖2，對(duì)本發(fā)明基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，具體如下:
[0057]本發(fā)明基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括:啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置20，射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置21，數(shù)字信號(hào)處理裝置22。
[0058]啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置20利用光纖的色散效應(yīng)，對(duì)鎖模激光器產(chǎn)生的高斯光脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并伴隨著啁啾效應(yīng)，得到展寬的啁啾光窄脈沖；所述色散效應(yīng)為脈沖信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，由于光源光譜成分中不同波長(zhǎng)具有不同群速度，光脈沖較高的頻率分量比較低的頻率分量傳輸?shù)寐?，因此引起光脈沖展寬現(xiàn)象；
[0059]射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置21包括光分路模塊，相位調(diào)制模塊，混頻模塊，耦合模塊，檢測(cè)模塊；所述光分路模塊利用光分路器對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行功率分配，輸出3路相同功率的光信號(hào)，輸出第I路光信號(hào)至相位調(diào)制模塊；所述相位調(diào)制模塊對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，輸出已調(diào)制的光信號(hào)至混頻模塊；所述混頻模塊利用180度混頻器對(duì)第I路調(diào)制光信號(hào)和第2路光信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻輸出的第2路信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)與第I路信號(hào)共同接入耦合模塊；所述耦合模塊利用兩個(gè)3dB耦合器對(duì)處理后的3路光信號(hào)進(jìn)行耦合，耦合后的3路信號(hào)輸出至摻鉺光纖放大器，放大后3路信號(hào)在光纖中傳輸，通過(guò)色散產(chǎn)生相同的時(shí)域展寬；所述檢測(cè)模塊利用光電探測(cè)技術(shù)對(duì)接收信號(hào)探測(cè)，得到串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào)；
[0060]數(shù)字信號(hào)處理裝置22包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的3路串行傳輸?shù)牡退匐娦盘?hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出至數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述數(shù)字信號(hào)處理模塊利用數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收到的3路信號(hào)分別存儲(chǔ)，第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能，處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)算法，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；
[0061]其中啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置20包括I個(gè)鎖模激光器200，I段色散光纖201。
[0062]鎖模激光器200,用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需的時(shí)寬為ps量級(jí)的超短高斯光脈沖信號(hào),輸出至色散光纖201 ；
[0063]色散光纖201，傳輸超短高斯光脈沖信號(hào)，利用光纖色散效應(yīng)，對(duì)光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到展寬的啁啾光窄脈沖；
[0064]射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置21包括I個(gè)光分路210，I個(gè)相位調(diào)制器211，I個(gè)信號(hào)接收器212，3個(gè)偏振控制器213、214、215，I個(gè)混頻器216，2個(gè)可變延時(shí)線217、218，2個(gè)耦合器219、2110，I個(gè)摻鉺光纖放大器2111，I段色散光纖2112，I個(gè)光電探測(cè)器2113。
[0065]光分路器210，用于將啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置傳輸?shù)拿}沖信號(hào)分成三路，第I路輸出至相位調(diào)制器211，第2路和第3路作為參考信號(hào)，用于解調(diào)調(diào)制后的射頻信號(hào)；
[0066]相位調(diào)制器211接入第I路光脈沖，一個(gè)光脈沖信號(hào)作為窗口，捕獲射頻信號(hào)，完成射頻信號(hào)的時(shí)間-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，獲得調(diào)制信號(hào)；
[0067]信號(hào)接收器212，接收射頻信號(hào)；
[0068]偏振控制器213、214、215，保持3路光信號(hào)偏振狀態(tài)的一致；
[0069]混頻器216，第I路產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)和第2路的光脈沖分別通過(guò)偏振控制器，匹配兩者的偏振狀態(tài)，再分別接入180度混頻器中，便于后續(xù)完成相干探測(cè)，其中混頻器的傳輸矩陣如下所示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置、射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置、數(shù)字信號(hào)處理裝置； 所述啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置利用光纖的色散效應(yīng)，對(duì)鎖模激光器產(chǎn)生的超短高斯光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并伴隨著啁啾效應(yīng)，得到展寬的啁啾光窄脈沖；所述色散效應(yīng)為脈沖信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，由于光源光譜成分中不同波長(zhǎng)具有不同群速度，光脈沖較高的頻率分量比較低的頻率分量傳輸?shù)寐?，因此引起光脈沖展寬現(xiàn)象； 所述射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置包括光分路模塊，相位調(diào)制模塊，混頻模塊，耦合模塊，檢測(cè)模塊；所述光分路模塊利用光分路器對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行功率分配，輸出3路相同功率的光信號(hào)，輸出第I路光信號(hào)至相位調(diào)制模塊；所述相位調(diào)制模塊對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，輸出已調(diào)制的光信號(hào)至混頻模塊；所述混頻模塊利用180度混頻器對(duì)第I路調(diào)制光信號(hào)和第2路光信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻輸出的第2路信號(hào)經(jīng)過(guò)光延時(shí)線與第I路信號(hào)共同接入耦合模塊；所述耦合模塊利用兩個(gè)3dB耦合器對(duì)處理后的3路光信號(hào)進(jìn)行耦合，耦合后的3路信號(hào)輸出至摻鉺光纖放大器，放大后的3路信號(hào)在光纖中傳輸，通過(guò)色散產(chǎn)生相同的時(shí)域展寬；所述檢測(cè)模塊通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，得到串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào); 所述數(shù)字信號(hào)處理裝置包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的3路串行傳輸?shù)牡退匐娦盘?hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出至數(shù)字信號(hào)處理模塊；所述數(shù)字信號(hào)處理模塊利用數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收到的3路信號(hào)分別存儲(chǔ)，第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能，處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)算法，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述啁啾光窄脈沖產(chǎn)生裝置包括: 鎖模激光器，用于產(chǎn)生系統(tǒng)所需的時(shí)寬為PS量級(jí)的超短高斯光脈沖信號(hào)； 光纖，傳輸超短高斯光脈沖信號(hào)，利用光纖色散效應(yīng)，對(duì)光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到展寬的啁啾光窄脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置包括: 光分路器，將接收啁啾光窄脈沖分為3路相同的光脈沖，標(biāo)號(hào)為第I路光脈沖，第2路光脈沖，第3路光脈沖； 相位調(diào)制器，第I路光脈沖接入到相位調(diào)制器，一個(gè)光脈沖信號(hào)作為窗口，捕獲射頻信號(hào)，完成射頻信號(hào)的時(shí)間-波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換； 混頻器，第I路產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)和第2路的光脈沖分別通過(guò)偏振控制器，匹配兩者的偏振狀態(tài)，再分別接入180度混頻器中，便于后續(xù)完成相干探測(cè)； 耦合器，混頻器輸出的第I路光信號(hào)和經(jīng)過(guò)光延時(shí)線的第2路光信號(hào)耦合，耦合輸出再與經(jīng)過(guò)偏振控制器和光延時(shí)線的第3路光脈沖耦合； 摻鉺光纖放大器，補(bǔ)償系統(tǒng)產(chǎn)生的光損； 光纖，傳輸耦合后的3路光信號(hào)，利用光纖色散效應(yīng)，對(duì)光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，3路光信號(hào)經(jīng)歷相同的展寬效果； 光電探測(cè)器，探測(cè)經(jīng)過(guò)射頻信號(hào)時(shí)域展寬裝置后的光信號(hào)，利用光電效應(yīng)將其變?yōu)殡娦盘?hào)；所述光電探測(cè)基于光電效應(yīng)，在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會(huì)被光子激發(fā)出來(lái)而形成電流，即將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成串行傳輸?shù)?路電信號(hào)；所述串行傳輸?shù)?路電信號(hào)輸出至數(shù)字信號(hào)處理裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理裝置包括: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)接收到的串行傳輸?shù)?路低速電信號(hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào); 數(shù)字信號(hào)處理器，處理串行傳輸?shù)?路信號(hào)；在數(shù)字域中，分別存儲(chǔ)3路信號(hào)，其中第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能；處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)技術(shù)，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)。
5.一種基于去包絡(luò)技術(shù)的時(shí)域展寬模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，該方法包括: A、鎖模激光器產(chǎn)生時(shí)寬為ps量級(jí)的超短高斯光脈沖，將產(chǎn)生的光脈沖經(jīng)過(guò)光纖，利用光纖的色散效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光脈沖寬度的調(diào)節(jié)，得到脈寬展寬的啁啾光窄脈沖； B、經(jīng)過(guò)光分路器將調(diào)節(jié)后的光脈沖分為3路，第I路光信號(hào)與射頻信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)時(shí)間-波長(zhǎng)映射，第2路與第3路光信號(hào)作為參考信號(hào)；所述參考信號(hào)可用于解調(diào)含有高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)；第I路調(diào)制信號(hào)和第2路光信號(hào)分別經(jīng)過(guò)偏振控制器，匹配兩者的偏振態(tài)，再分別接入180度混頻器中，便于后續(xù)完成相干探測(cè)；所述混頻器輸出的第I路光信號(hào)和經(jīng)過(guò)延時(shí)的第2路光信號(hào)通過(guò)耦合器，耦合后的信號(hào)與經(jīng)過(guò)偏振控制器和光延時(shí)線的第3路光脈沖再耦合，整合為一路輸出至摻鉺光纖放大器；所述摻鉺光纖放大器補(bǔ)償信號(hào)的系統(tǒng)損失，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸，輸出至光電探測(cè)器；所述光電探測(cè)器通過(guò)光電轉(zhuǎn)·換將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，得到串行傳輸?shù)?路時(shí)域展寬電信號(hào); C、數(shù)字信號(hào)處理裝置中模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的3路串行傳輸?shù)牡退匐娦盘?hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出至數(shù)字信號(hào)處理器；所述數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)接收到的3路信號(hào)分別存儲(chǔ)，第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能，處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)算法，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟A所述啁啾光窄脈沖產(chǎn)生的實(shí)現(xiàn)方法包括: Al、鎖模激光器產(chǎn)生時(shí)間寬度為ps量級(jí)的超短高斯光脈沖； A2、產(chǎn)生的超短高斯光脈沖經(jīng)過(guò)一段光纖，由于光纖中傳輸?shù)墓饷}沖的不同頻率成份以不同的速度傳播，在光纖傳輸中存在色散現(xiàn)象，利用色散效應(yīng)，對(duì)超短高斯光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到脈寬展寬的啁啾光窄脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟B所述射頻信號(hào)時(shí)域展寬的實(shí)現(xiàn)方法包括: B1、經(jīng)過(guò)光分路器調(diào)節(jié)后的光信號(hào)分為3路，第I路光信號(hào)與射頻信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的時(shí)間-波長(zhǎng)映射，第2路光信號(hào)與第3路光信號(hào)作為參考信號(hào)； B2、調(diào)制后的射頻信號(hào)與第2路光信號(hào)分別通過(guò)偏振控制器，匹配兩者的偏振態(tài)，再將兩者接入180度混頻器中，便于后續(xù)完成相干探測(cè)；B3、混頻器輸出的第I路光信號(hào)和經(jīng)過(guò)光延時(shí)線的第2路光信號(hào)共同接入耦合器，耦合后的信號(hào)再與經(jīng)過(guò)偏振控制器和光延時(shí)線的第3路光脈沖耦合，整合為一路輸出至摻鉺光纖放大器，放大光信號(hào)，補(bǔ)償系統(tǒng)產(chǎn)生的光損； B4、摻鉺光纖放大器輸出的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸，利用光纖的色散效應(yīng)，對(duì)光脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，3路光信號(hào)經(jīng)歷相同的展寬效果； B5、光電探測(cè)器檢測(cè)接收到的光信號(hào)，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，得到串行傳輸?shù)?路電信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟C所述數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法包括: Cl、模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)接收到的串行傳輸?shù)?路低速電信號(hào)進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào); C2、數(shù)字信號(hào)處理器處理串行傳輸?shù)?路信號(hào)；在數(shù)字域中，分別存儲(chǔ)3路信號(hào)，其中第I路和第2路信號(hào)通過(guò)減法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)相干探測(cè)功能；處理后的信號(hào)再與第3路信號(hào)進(jìn)行相除運(yùn)算，即去包絡(luò)技術(shù) ，從而獲得無(wú)高斯包絡(luò)的時(shí)域展寬射頻信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G02F7/00GK103529618SQ201310489315
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】尹霄麗, 謝興綱, 韓晶晶, 尚俊宇, 呂磊, 徐燦, 郝季, 李莎, 李莉, 忻向軍, 余重秀 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)