一种DPSK接收机中解调器相位锁定的装置和方法 【技术领域】
本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种DPSK接收机中解调器相位锁定的装置和方法。
背景技术
差分相移键控(Differential Phase Shift Keying，DPSK)调制码型比传统的基于强度调制的码型更优越，目前在高速、长距离光传输中获得了广泛的研究和应用。相位调制技术包括相干解调和自相干探测法两种方法实现信号的接收。其中，相干解调实现较复杂，自相干探测法相对简单，利用延迟干涉仪(Delay-interferometer，DLI)作为解调器(Demodulator)，然后再利用平衡接收机(Balanced Receiver，BR)实现信号的恢复，如图1所示。DPSK系统解调器的相位对系统性能影响显著，可参考A.H.Gnauck的论文“OpticalPhase-Shift-Keyed Transmission”(JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，VOL.23，NO.1，JANUARY 2005)。DPSK接收机的解调器必须保证相位匹配，即解调器的波长与输入信号的波长一致，否则会导致传输性能损伤严重，一般利用解调器的控制电路，通过温度改变解调器其中一臂的长度来改变相位。DPSK接收机中解调器的相位需精确锁定为0或π，以实现最好的性能。
目前相位锁定方案包括相位粗调和相位微调两步骤。相位粗调可利用平衡接收机的两路电流作为反馈信息，当电流比最大时即实现了相位的粗略锁定；相位微调可利用纠错前误码率信息，当误码率最小时即实现了相位的精确锁定。
中国专利CN200710143877.6，“DPSK光调制信号接收装置和方法”，其中也提出了一种如何控制解调器的方法，具体地，峰值检测装置，用于检测被放大的电信号的峰值；延时控制模块，连接在光纤解码器和峰值检测装置之间，当峰值检测装置检测不到由限幅放大器放大的电信号的峰值时，控制光纤解码器的延迟时间。这是利用光电转换后电信号幅度峰值来调整解调器。但是，峰值监测受色散影响较大。
欧洲专利EP 1643665A1，“Control of delay line interferometer”，提出了一种利用FEC误码信息来调整解调器的装置和方法。但是，基于纠错前误码信息的相位锁定具体实现和软件算法相对较复杂，并且需要考虑和其他优化调整控制的协调。
因此，需要找到一种方法，采用相对较为简单的技术方案就能克服DPSK接收机中解调器相位偏移导致的代价较大的问题。
【发明内容】
本发明的目的在于，提供一种DPSK接收机中解调器相位锁定的装置，能够实现DPSK接收机中解调器相位粗调和微调的融合，极大地优化了DPSK接收机控制方案。
本发明的另一目的在于，提供一种DPSK接收机中解调器相位锁定的方法，能够实现DPSK接收机中解调器相位粗调和微调的融合，极大地优化了DPSK接收机控制方案。
本发明的差分相移键控DPSK接收机中解调器相位锁定的装置，包括解调器、平衡接收机、乘法器、解调器控制单元，其中，所述解调器，用于将DPSK光信号进行调节后发送至平衡接收机；所述平衡接收机，用于将解调后的光信号通过两个光电探测器转换为电信号，并从两路电信号中分离出一部分监测信号，发送至乘法器，将另一部分监测信号进行差分放大后输出；所述乘法器，对所述平衡接收机发出的两路监测信号进行相乘运算，并将运算结果发送至解调器控制单元；所述解调器控制单元，用于监测乘法器输出的反馈信号，并根据所述反馈信号指导解调器的相位调整方向。
其中，所述解调器控制单元根据所述反馈信号指导解调器的相位调整方向为：分析相位是否锁定，在未锁定时，调整调节器的相位控制参数，直到相位锁定。
其中，所述反馈信号趋于0或者小于预定阀值时，表示相位锁定。
其中，所述解调器控制单元，用于通过解调器的温度控制相位偏移，温度控制由加热器实现，解调器的相位偏移与加热器上的电压值平方成正比。
其中，所述解调器，用于将DPSK光信号解调为干涉相长光信号和干涉相消光信号。
另外，所述平衡接收机，包括差分放大器，用于转化非归零码差分电信号后输出。
本发明的DPSK接收机中解调器相位锁定的方法，包括下列步骤：
步骤A：将DPSK光信号进行调节后通过两个光电探测器转换为电信号，并从两路电信号中分离出一部分监测信号，发送至乘法器，将另一部分监测信号进行差分放大后输出；
步骤B：乘法器对所述平衡接收机发出的两路监测信号进行相乘运算，并将运算结果作为反馈信号输出；
步骤C：监测乘法器输出的反馈信号，并根据所述反馈信号指导解调器的相位调整方向。
其中，在所述步骤C中，根据所述反馈信号指导解调器的相位调整方向为，分析相位是否锁定，在未锁定时，调整调节器的相位控制参数，直到相位锁定。
另外，在所述步骤C中，所述反馈信号趋于0或者小于预定阀值时，表示相位锁定。
另外，通过解调器的温度控制相位偏移，温度控制由加热器实现，解调器的相位偏移与加热器上的电压值平方成正比。
本发明的有益效果是：依照本发明的DPSK接收机中解调器相位锁定的装置和方法，避免了输入光功率变化和检测电流因数据图案变化而导致解调器误调整效果，不需要纠错前误码信息，也不会对DPSK接收机的其他优化控制算法产生混叠干扰，直接实现了DPSK接收机中解调器相位粗调和微调的融合，极大地优化了DPSK接收机控制方案，大大提高了DPSK系统的工程实用性。
【附图说明】
图1为DPSK系统接收机原理结构图；
图2为本发明DPSK接收机中解调器相位锁定的装置地结构示意图；
图3为本发明DPSK接收机中解调器相位锁定的方法的流程图。
【具体实施方式】
以下，参考附图1～3详细描述本发明的DPSK接收机中解调器相位锁定的装置和方法。
如图2所示，本发明的DPSK接收机中解调器相位锁定的装置的结构示意图，该装置包括：解调器1、平衡接收机2、乘法器3、解调器控制单元4。
其中，解调器1，用于将DPSK光信号解调为干涉相长光信号和干涉相消光信号，然后将调节出的光信号发送至平衡接收机2。其中，解调器可以采用自由空间迈克尔逊干涉仪技术实现，也可以采用光纤马赫泽德干涉仪实现，它们均为成熟的光器件产品。另外，解调器的温度控制可以实现相位偏移，温度控制由加热器实现，也就是解调器的相位偏移与加热器上的电压值平方成正比。
平衡接收机2，包括光电探测器21(PD1)和光电探测器22(PD2)以及差分放大器23，解调后的光信号通过两个光电探测器转换为电信号，并从两路电信号中分别分离出一部分监测信号，发送至乘法器3；将一部分监测信号送入差分放大器转化非归零码(NRZ)差分电信号后输出；其中，发送至乘法器3的两路监测电信号的传输路径应尽量相等，避免额外的相位误差。
另外，解调器和平衡接收机可以是分离式光器件，也可以是集成在一起。
乘法器3，对平衡接收机2发出的两路监测信号进行相乘运算，并将运算结果发送至解调器控制单元4。
乘法器可采用ANALOG DEVICES公司的AD835芯片，带宽为250MHz。乘法器的输出作为反馈信号。
解调器控制单元4，包含数字模拟转化器和温度控制电路，用于监测乘法器输出的反馈信号，并利用该反馈信号指导解调器的相位调整方向。其中，数字模拟转换器用于监测反馈信号；温度控制电路用于调整解调器的相位。
反馈信号的产生原理如下：
根据DPSK的解调理论，解调器的两路输出为：
E→(out)=12E1(t-T)+E1(t)jE1(t-T)-jE1(t)]]>
其中表示在t时刻的DPSK信号，E1(t-T)表示延迟1比特的DPSK信号，为DPSK信号的相位，j表示复数，此处忽略了频率相关项ejωt。
DPSK信号相邻比特的相位差取值为0或π，假设相位误差为δ。乘法器的输出信号作为控制环路的反馈信号，反馈信号的推导过程具体为下式，监测信号从光电探测器的输出为平方率检波，即信号绝对值的平方，将信号表述为复数形式，分别将两路进行交叉相乘，消除时间t的影响，考虑到DPSK信号的相邻比特的相位差为0或π，最后得出仅与相位误差相关的反馈信号：
|E1(t-T)+E1(t)|2|jE1(t-T)-jE1(t)|2]]>
=4sin2(δ)]]>
从上式可以看出当相位误差为0时，即解调器相位锁定，乘法器的输出反馈信号也为0。随着相位误差增加，乘法器的输出也增加。具体解释如下：当增加解调器的电压时，如果反馈信号增加，说明解调器的相位控制方向错误，应该减少解调器电压；同理，当增加解调器的电压，如果反馈信号减少，说明调整方向正确，应该继续增加解调器的电压，直至反馈信号趋于0或者小于某阈值。
如图3所示，为本发明实现DPSK接收机中解调器相位锁定的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤100：将DPSK光信号进行调节后通过两个光电探测器转换为电信号，并从两路电信号中分离出一部分监测信号，发送至乘法器，将另一部分监测信号进行差分放大后输出；
步骤200：乘法器对所述平衡接收机发出的两路监测信号进行相乘运算，并将运算结果作为反馈信号输出；
步骤300：监测乘法器输出的反馈信号，并根据该反馈信号指导解调器的相位调整方向。
其中，在步骤300中，根据反馈信号指导解调器的相位调整方向为：分析相位是否锁定，在未锁定时，调整调节器的相位控制参数，直到相位锁定。该反馈信号趋于0或者小于预定阀值时，表示相位锁定。
另外，通过控制解调器的温度来控制相位偏移，温度控制由加热器实现，解调器的相位偏移与加热器上的电压值平方成正比。
综上所述，依照本发明的DPSK接收机中解调器相位锁定的装置和方法，与现有技术相比，避免了输入光功率变化和检测电流因数据图案变化而导致解调器误调整效果，不需要纠错前误码信息，也不会对DPSK接收机的其他优化控制算法产生混叠干扰，直接实现了DPSK接收机中解调器相位粗调和微调的融合，极大地优化了DPSK接收机控制方案，大大提高了DPSK系统的工程实用性。
以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。