[发明专利]并行解复用型光子模数转换相位失配实时反馈自校准方法及系统

说明书

一种并行解复用型光子模数转换相位失配实时反馈自校准方法及系统，该方法通过对交织型光子模数转换系统输出数字信号的处理与分析，通过通道间相位响应曲线的特征提取系统工作状态下的相位失配信息，并结合解复用模块与光可调延时模块构建了一个反馈链路实现相位失配的校准。本发明克服了传统模数转换系统校准中硬件设计复杂与软件算法繁冗的难题，无需借助外部设备即可实现系统实时反馈自校准。本发明对提升时间交织型光子模数转换系统的性能、推进交织型光子模数转换系统实用化意义重大。

技术领域

本发明涉及光子信息处理，具体是一种并行解复用型光子模数转换相位失配实时反馈自校准方法及系统。

背景技术

大数据时代下，信息的接收、传输与处理渗透于生活的方方面面。模数转换器(analog to digital converter，ADC)作为连接模拟世界和数字世界的桥梁，其性能极大地影响着信号处理的质量。研究表明，模数转换器的每一次技术进步都会对信号处理水平产生巨大影响。然而，受限于时钟抖动、比较器模糊等固有限制因素，电子模数转换系统在对更大带宽、更高速率信号的接收与处理中捉襟见肘，摩尔定律的放缓也进一步表明电子模数转换系统已经接近其性能极限。光子模数转换系统由于其大带宽、高速率、高精度的优势近年来引起了广泛的研究和关注，用以实现日益复杂的电磁环境下宽带信号的接收与处理。

目前光子模数转换系统多通过通道交织的方式克服由于单通道光子模数转换系统的采样速率和输入带宽限制，实现对更高频段更大带宽输入信号的奈奎斯特采样。然而，系统中各个子通道的增益、延时、偏置及频率响应的不均一性会使数字交织重构信号产生诸多谐波分量，导致目标信号的失真与畸变，严重恶化交织型光子模数转换系统性能。在这些通道不匹配因素中，相较于利用统计学特性就可以完成标定与校准的通道间幅度失配与偏置失配，由系统传输延时和频率响应引入的相位失配具有输入信号的高度相关性，难以通过标定的方式进行提取和补偿。此外，相位失配对输入信号的影响与输入信号频率呈现正相关，因此，工作在高频输入环境下的系统对相位失配的容忍度极低。事实上，在大多数交织型模数转换系统中，相位失配在对系统整体性能的影响中起主导作用。

现有的针对光子模数转换系统相位失配的校正技术大多借鉴电子模数转换中的通道失配补偿技术。2001年，麻省理工学院的J.C.Twichell等人提出了一种基于相位编码的光子模数转换系统通道失配标定和补偿方法，但该方法硬件结构复杂，使得后端通道数量增加一倍。2008年，麻省理工学院的Anatol Khilo等人提出了一种光子模数转换系统的误差测量自适应算法，但该算法只适用于增益失配的校准，无法实现相位失配的补偿。2011年，上海交通大学的神祥明等人提出了一种基于系统采样时钟不均一性测量的失配补偿算法，但该方法面临高速采样时钟的高精度测量问题。2016年，杨光等人通过多参数傅里叶变换算法，从离散的频谱中提取通道间的失配信息，实现了时间-波长交织型光子模数转换系统的失配校准，但该方法计算开销较大且不能完全消除系统相位失配，参见专利文献公开号CN106444216。可见，目前对于光子模数转换系统的失配技术大多通过复杂的软件算法与额外的硬件设备实现失配误差的校准，校准成本高昂、过程复杂。同时，由于包含多个通道的光子模数转换系统输入信号带宽通常跨越多个子通道奈奎斯特区间，相较于电子模数转换系统，造成并行解复用型光子模数转换系统相位失配的因素除脉冲非同步量化外还有解复用信号加载过程中引入的额外相位偏差，这使得相位失配在输出信号中带有明显的频率区间特性。虽然针对光子模数转换系统中增益失配和偏置失配的研究已经取得一定进展，针对并行解复用型光子模数转换系统相位失配校准的方法近年来却未有报道。因此，迫切需要一种适用于并行解复用型光子模数转换系统相位失配的高效、低复杂度的实时校正方法。

发明内容