本发明属于通信技术领域，涉及一种光相位偏移辅助的倍频模数转换装置及方法。
背景技术
光学模数转换——用光学方法完成高速模拟电信号的数字化过程，其中采样、量化、编码中部分或者全部阶段在采用光学方法实现和完成。
在现有的光学模数转换(analog-to-digitalconversion，adc)方法中，借助m-z强度调制器阵列的taylor相位编码光adc方案结构简单，但taylor方案的不足是：要求调制器阵列的调制电极长度随adc有效位数n增加以2的n次幂增长，使采样光波的渡越时间增加，限制了adc采样速度提高，从而使待模数转换的信号带宽降低(奈奎斯特定理要求)约1ghz@4bits。
相位偏移光adc是利用移相技术是对taylor方案的一种改进方案。该方案利用移相技术，使各通道m-z强度调制器的光强输出特性曲线的初始相位依次移动相同值，从而组成相位编码阵列。虽然相位偏移光adc方案解决了taylor方案的不足，但它在原理上也存在缺陷：(1)相位偏移光adc所允许的相移范围(0—90°)限制了adc通道数增加，限制了有效位数提高。通道数越多，要求对相移量控制精确度越高，难度越大，各量化区间的区分越困难(如8个通道要求，相移量只有约11°，要求对量化区间的区分精度<1％)。(2)更重要的是，相位偏移光adc的有效位数在原理上受到通道数目的限制。有效位数与通道数目相关，为有效位数＝log22n＝1+log2n，即8个通道才能获得4bits的量化编码。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明提了一种光相位偏移辅助的倍频模数转换装置及方法，用m-z强度调制器阵列的倍频输出特性克服了taylor方案的有效位数提高对带宽的限制；同时用一个移相通道辅助3个倍频通道构成4bits的量化编码阵列，有效减少了相位偏移光adc对通道数的要求。
为实现上述目的本发明采用如下技术方案：
一种光相位偏移辅助的倍频模数转换装置，包括脉冲激光器、微波模拟电信号、光分路器、电分路器、一倍频输出特性曲线产生器、二倍频输出特性曲线产生器、四倍频输出特性曲线产生器、移相90°四倍频输出特性曲线产生器、光电转换装置、电子比较器阵列；
脉冲激光器光输出端与光分路器光连接，光分路器分四路光路输出，四路光路分别与一倍频输出特性曲线产生器、二倍频输出特性曲线产生器、四倍频输出特性曲线产生器、移相90°四倍频输出特性曲线产生器的光通道连通；
微波模拟电信号经电分路器分为四路信号，四路信号分别与一倍频输出特性曲线产生器、二倍频输出特性曲线产生器、四倍频输出特性曲线产生器、移相90°四倍频输出特性曲线产生器的调制电极连通；
一倍频输出特性曲线产生器、二倍频输出特性曲线产生器、四倍频输出特性曲线产生器、移相90°四倍频输出特性曲线产生器的调制输出端分别连接到光电转换装置，光电转换装置输出端连接有电子比较器阵列，电子比较器阵列输出数字判决结果。
进一步地，如上所述的光相位偏移辅助的倍频模数转换装置，一倍频输出特性曲线产生器是由工作点偏置在调制特性曲线线性区中点位置的m-z调制器构成。
进一步地，如上所述的光相位偏移辅助的倍频模数转换装置，二倍频输出特性曲线产生器是由工作点偏置在调制特性曲线最大值处的m-z调制器构成。
进一步地，如上所述的光相位偏移辅助的倍频模数转换装置，四倍频输出特性曲线产生器由零偏置的mzm调制器对、光移相器、电移相器a、电移相器b和信号调理电路构成；
微波电信号经信号调理电路放大后分为两路，一路经电移相器a移相0°，另一路经电移相器b移相+90°或者-90°,再分别与mzm调制器对的调制电极连接,其中一个mzm调制器经过光移相器移相180°后输出。
进一步地，如上所述的光相位偏移辅助的倍频模数转换装置，移相90°四倍频输出特性曲线产生器由零偏置的mzm调制器对、光移相器、电移相器a、电移相器b和信号调理电路构成；
微波电经信号调理电路放大后分为两路，一路经电移相器a移相量
一种基于转换装置的光相位偏移辅助的倍频模数转换方法，脉冲激光器产生高重复频率的光脉冲经光分路器分为四路光脉冲，四路光脉冲分别输入到对应的一倍频输出特性曲线产生器、二倍频输出特性曲线产生器、四倍频输出特性曲线产生器和移相90°四倍频输出特性曲线产生器四路m-z调制单元的光通道中；
微波模拟电信号经电分路器分为四路信号，四路信号分别作用到对应的一倍频输出特性曲线产生器、二倍频输出特性曲线产生器、四倍频输出特性曲线产生器和移相90°四倍频输出特性曲线产生器四路m-z调制单元的调制电极上，分别调制对应通道中的光脉冲的强度；
四路已调光脉冲输入到对应的光电转换装置经光电转换转变为电压脉冲信号，输入到电子比较器阵列与阈值比较，完成电压脉冲信号的0和1的判决，输出数字各路的判决结果；在同一时序上的四路判决结果组成该时间段的微波模拟信号电压的四位量化编码，实现对微波模拟电信号的模数转换。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明涉及的光相位偏移辅助的倍频模数转换方法克服了taylor方案的有效位数提高对带宽的限制，能保持高的采样速度>2gs/s和大的带宽>1ghz，得到4bits的量化编码输出。
2.用4个通道完成4bits的量化编码，比相同有效位数的相位偏移光adc减少4个通道。
附图说明
图1为光相位偏移辅助的倍频模数转换的相位编码原理图；
图2为光相位偏移辅助的倍频模数转换方法结构原理图；
图3为4倍频特性产生结构原理图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明光相位偏移辅助的倍频模数转换方法，具有如图1中1、2、3、4曲线所示的一倍频输出特性曲线、二倍频输出特性曲线、四倍频输出性曲线和移相90°四倍频输出特性曲线的四路调制单元构成的量化编码阵列，来完成对信号电压的量化和编码。具体实施例中设待量化的电压范围-4v至+4v。图1中1、2、3、4曲线是四路归一化的光强输出曲线；图1中，从上到下四个子图中纵坐标为0.5的虚线分别代表四路归一化的判决阈值。
量化编码阵列实现量化编码原理是，对应于“值>判决阈值”的1、2、3、4曲线段的电压值，如图1四个子图的横坐标所示，将被判决为“1”，对应于“值<判决阈值”的1、2、3、4曲线段的电压值将被判决为“0”；量化编码阵列整体将“-4到4”的电压范围分为图1中所示的16段，代表了16段量化电平，并通过与“阈值”的比较将16段量化电平编码。
如图2所示，量化编码阵列由图2中产生一倍频、二倍频、四倍频和移相90°四倍频输出特性曲线的四路调制单元一倍频输出特性曲线产生器5、二倍频输出特性曲线产生器6、四倍频输出特性曲线产生器7、移相90°四倍频输出特性曲线产生器8来实现。
本发明工作过程如下：如图2所示，脉冲激光器1产生高重复频率的光脉冲经光分路器3分为四路，分别输入到对应的一倍频输出特性曲线产生器5、二倍频输出特性曲线产生器6、四倍频输出特性曲线产生器7、移相90°四倍频输出特性曲线产生器8四路的光通道中；
微波模拟电信号2经电分路器4分为四路，分别作用到对应的一倍频输出特性曲线产生器5、二倍频输出特性曲线产生器6、四倍频输出特性曲线产生器7、移相90°四倍频输出特性曲线产生器8四路的调制电极上，分别调制对应通道中的光脉冲的强度。四路光脉冲同时起到了定时、采样与保持的作用。四路已调光脉冲输入到对应的光电转换装置9经光电转换转变为电压脉冲信号，输入到电子比较器阵列10与阈值比较，完成电压脉冲信号的0和1的判决，输出数字判决结果。在同一时序上的判决结果组成了该时间段的微波模拟信号电压的量化编码，从而实现对微波模拟信号的模数转换。
如图2所示的一倍频输出特性曲线产生器5是由工作点偏置在调制特性曲线线性区中点位置的m-z调制器构成。
图2中所示的二倍频输出特性曲线产生器6是由工作点偏置在调制特性曲线最大值处的m-z调制器构成。
图2中所示的四倍频输出特性曲线产生器7是由图3中的零偏置的m-z调制器对11和信号调理电路15构成。其中，光移相器12移相180°，电移相器a13移相0°和电移相器b14移相+90°或者-90°均可。
图2中所示的移相90°四倍频输出特性曲线产生器8是由图3中的零偏置的m-z调制器对11和信号调理电路15构成。其中，光移相器12移相180°，电移相器a13移相量
本发明的有效解决taylor方案采样速率和有效位数相互限制的问题。本发明的采样速率取决于脉冲激光器产生的光脉冲的重复频率，而不再受到m-z调制器电极长度的限制；模数转换器的信号带宽为编码阵列中带宽最小的m-z调制器的调制带宽，当前单个m-z调制器的调制带宽可以到达40ghz；
本发明提出的方法在原理上使有效位数与通道数目n一致，能区分的量化电平数目为2n个，即4个量化通道实现4bits的有效位数量化，区分16个量化电平。本发明解决了相位偏移光adc的问题——用8通道才能区分16个量化电平而获得4bits的有效位数量化，使工作的通道数目更少。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。