阅读说明：本技术 基于bpsk调制的光学数模转换装置和方法 (BPSK modulation-based optical digital-to-analog conversion device and method ) 是由 王姣姣 刘建国 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：一种基于BPSK调制的光学数模转换装置,包括：BPSK光信号产生单元,用于产生并输出二进制相位键控调制的光信号；调制格式转换单元,与BPSK光信号产生单元相连,用于将输入的BPSK信号转换成APSK调制格式,并输出格式转换后的光信号；平衡相干探测单元,与调制格式转换单元相连,用于将APSK调制的光信号解调出来,并输出四种不同幅度的电信号；激光产生单元,分别连接BPSK光信号产生单元和平衡相干探测单元,用于发射激光分别作为BPSK光信号产生单元和平衡相干探测单元这两个单元调制光信号所需的光载波和相干探测所需的本振光信号。本发明实现了基于BPSK调制的2位光学数模转换,较常见的OOK调制的光数模转换,更适用与长距离的光纤网络,有利于实现全透明的光网络。(An optical digital-to-analog conversion device based on BPSK modulation, comprising: a BPSK optical signal generating unit for generating and outputting a binary phase keying modulated optical signal; the modulation format conversion unit is connected with the BPSK optical signal generation unit and used for converting the input BPSK signal into an APSK modulation format and outputting the optical signal after format conversion; the balanced coherent detection unit is connected with the modulation format conversion unit and is used for demodulating the APSK modulated optical signal and outputting four electric signals with different amplitudes; and the laser generating unit is respectively connected with the BPSK optical signal generating unit and the balanced coherent detection unit and is used for emitting laser which is respectively used as an optical carrier required by the BPSK optical signal generating unit and the balanced coherent detection unit for modulating the optical signals and a local oscillator optical signal required by coherent detection. The invention realizes 2-bit optical digital-to-analog conversion based on BPSK modulation, is more suitable for long-distance optical fiber networks than common OOK modulated optical digital-to-analog conversion, and is beneficial to realizing a fully transparent optical network.)

基于BPSK调制的光学数模转换装置和方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于BPSK调制的光学数模转换装置和方法。

背景技术

全光信号处理已成功应用在很多方面，包括信号放大、色散补偿、时钟提取、分插复用器，采样和信号转换等。其中光数模转换(DA)技术被认为是包括分组交换和标签处理器在内的大多数操作的基础，有助于实现完全透明的光通信系统。目前大多数的光学数模转换器大多采用二进制振幅键控(OOK)调制格式的光信号进行处理。然而，与OOK调制相比，相移键控(PSK)调制对非线性失真的容忍度更高，常用于长距离光纤的传输。所以

待研发一种低成本，低复杂度的光学数模转的装置和方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于BPSK调制的光学数模转换装置和方法，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BPSK调制的光学数模转换装置，包括

BPSK光信号产生单元，用于产生并输出二进制相位键控调制的光信号；

调制格式转换单元，与BPSK光信号产生单元相连，用于将输入的BPSK信号转换成APSK调制格式，并输出格式转换后的光信号；

平衡相干探测单元，与调制格式转换单元相连，用于将APSK调制的光信号解调出来，并输出四种不同幅度的电信号；格式转换系统所输出的射频信号调制到光载波之上，转换为光信号输出；

激光产生单元，分别连接BPSK光信号产生单元和平衡相干探测单元，用于发射激光分别作为BPSK光信号产生单元和平衡相干探测单元这两个单元调制光信号所需的光载波和相干探测所需的本振光信号。

其中，所述BPSK光信号产生单元包括：

光电调制器，用于将输入的射频信号通过BPSK调制格式调制到光载波上。

其中，所述光电调制器是相位调制器或强度调制器。

其中，所述调制格式转换单元包括：

定向耦合器，用于将输入到波导上的光信号按一定功率比分成两路，并在上下两路的波导上传输；

相位控制器，作用在定向耦合器输出的上路波导上，控制该路光信号的相位变化，使上下两路的光信号在输出端的相位相同；

波导合束器，用于将定向耦合器上下两路输出的光信号耦合。

其中，所述定向耦合器的分光比为3∶1。

其中，所述平衡相干探测单元包括：

180度光混频器，用于将调制格式转换单元输出的信号光和本振光进行光混频，并输出两路混频后的光信号；

平衡探测器，与180度光混频器相连，用于将其输出的两路光信号进行光电转换，输出射频信号。

其中，所述激光产生单元包括：

激光发射器，用于发射激光；

光分路器，输入端与激光发射器相连，一输出端与所述的定向耦合器相连，用于调制所需的光载波，另一输出端与所述的180度混频器的输入端相连，用于相干解调所需的本振光。

其中，所述的激光发射器所发射的光载波的波长和功率在所述光分路器、光电调制器和平衡探测器的工作范围之内。

作为本发明的另一方面，提供了一种基于BPSK调制的光学数模转换的方法，包括以下步骤：

激光产生单元发出激光，均分为两路后分别输入BPSK光信号产生单元和平衡相干探测单元，分别作为上两个单元调制光信号所需的光载波和相干探测所需的本振光信号；

BPSK光信号产生单元接收数字射频信号；

BPSK光信号产生单元将数字射频信号通过光电调制器调制到光载波上，调制格式为BPSK调制，输出至调制格式转换单元的输入端；

调制格式转换单元通过定向耦合器将输入的光信号按一定比例分成两路，并控制两路的相位变化，使两路光信号的相位相同，输出为APSK调制格式的信号；

平衡相干探测单元将调制格式转换单元输出的APSK光信号进行平衡相干探测，该光信号转变为射频信号，形成四中幅度的电信号，所得的信号即为2位光学数模转换后的模拟信号。

基于上述技术方案可知，本发明的基于BPSK调制的光学数模转换装置和方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

1、本发明实现了基于BPSK调制的2位光学数模转换，较常见的OOK调制的光数模转换，更适用与长距离的光纤网络，有利于实现全透明的光网络。

2、本发明利用光学方法实现数模转换，打破电子器件的瓶颈，且装置易于集成，降低了系统的复杂度和成本。

附图说明

图1是本发明实施例的一种光学数模转换装置的结构示意图；

图2是图1所示装置中调制格式转换单元的工作模式图；

图3是图1所示装置中数字输入与模拟输出对应的关系图；

图4是图1所示装置中模拟输出的结果图。

上图中，附图标记含义如下：

1、激光发射器；2、光分路器；3、光电调制器；4、定向耦合器；5、相位控制器；6、波导合束器；7、180度混频器；8、平衡探测器。

具体实施方式

本发明公开了一种基于BPSK调制的光学数模转换装置和方法，利用相干探测及调制格式转换技术，在光域上实现了2位的数模转换，组装简单，易于集成，降低了系统的复杂度。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种光学数模转换装置，包括：BPSK光信号产生单元，用于产生并输出二进制相位键控调制的光信号；调制格式转换单元，与BPSK光信号产生单元相连，用于将输入的BPSK信号转换成APSK调制格式，并输出格式转换后的光信号；平衡相干探测单元，与调制格式转换单元相连，用于将APSK调制的光信号解调出来，并输出四种不同幅度的电信号。格式转换系统所输出的射频信号调制到光载波之上，转换为光信号输出；激光产生单元，分别连接BPSK光信号产生单元和平衡相干探测单元，用于发射激光分别作为上两个单元调制光信号所需的光载波和相干探测所需的本振光信号。

图1是发明实施例的一种光学数模转换装置的结构示意图，如图1所示，所述的BPSK光信号产生单元包括：光电调制器3，用于将输入的射频信号通过BPSK调制格式调制到光载波上。该调制器可以是相位调制器，也可以是强度调制器。

所述的调制格式转换单元包括：定向耦合器4，用于将输入到波导上的光信号按一定功率比分成两路，并在上下两路的波导上传输；相位控制器5，作用在定向耦合器输出的上路波导上，控制该路光信号的相位变化，使上下两路的光信号在输出端的相位相同；波导合束器6，用于将定向耦合器4上下两路输出的光信号耦合。

在本发明的示例实施例中，定向耦合器4的分光比为1∶3。

所述的平衡相干探测单元包括：180度光混频器7，用于将调制格式转换单元输出的信号光和本振光进行光混频，并输出两路混频后的光信号；平衡探测器8，与180度光混频器7相连，用于将其输出的两路光信号进行光电，输出射频信号。

所述的激光产生单元包括：激光发射器1，用于发射激光；光分路器2，输入端与激光发射器1相连，一输出端与所述的定向耦合器4相连，用于调制所需的光载波，另一输出端与所述的180度混频器7的输入端相连，用于相干解调的本振光信号。

本发明还公开了一种应用上述装置的数模转换的方法，其步骤为：

激光发射器1发射激光信号；

激光发射器1所发射的激光经光分路器2后，被均分成2路，分别作为调制器3所需的光载波信号和相干探测所需的本振光信号；

光电调制器3接收数字射频信号，将数字射频信号通过光电调制器3调制到光载波上，调制格式为BPSK调制，输出至定向耦合器4的输入端；

定向耦合器5将输入的光信号1：3的分光比分成上下两路，通过相位控制器6控制两路的相位变化，使两路光信号的相位相同，经过光波导合束器合成一路输出，输出的光信号为APSK调制格式的信号，如图2所示；

将输出的APSK调制格式的光信号作为信号光输入到180度光混频器7的一端，光分路器2的另一路输出光作为本振光输入到180度光混频器7的另一个输入端，输出两路混频后的光信号；

平衡探测器8将两路混频后的光信号进行光电转换，根据平衡相干探测的原理，对APSK信号进行解调。图3为不同的数字信号对应的输出模拟信号归一化幅度值，其中“00”对应“3”，幅度最大，“01”对应“1”，“10”对应“-1”，“11”对应“-3”，可见实现了2bit的光数模转换。图4为以输入的数字信号序列为“11101011”为例，本装置的输出结果，利用低通滤波器对该结果进行高频滤波，可以得到更平滑的模拟信号曲线。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。