本發(fā)明屬于信號處理領域，具體涉及一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換裝置及方法。

背景技術：

模數(shù)轉化器(ADC)在多種場合有著廣泛的應用，而不同的應用場合對ADC的采樣速率和精度有著不同的要求，由于在高頻范圍，受限于電子器件的時間抖動和比較器的不確定特性，很難將電模數(shù)轉化器（電ADC）的采樣速率提高到20 GS/s以上。事實上，電ADC的發(fā)展步伐已經(jīng)很難趕上高速發(fā)展中的數(shù)字集成電路和數(shù)字信號處理技術。據(jù)統(tǒng)計，每隔八年電ADC技術的精度指標才能進步1.5 bit,這樣，很大程度上，電ADC成為快速發(fā)展中的超寬帶技術的主要瓶頸。也就是說，目前的電ADC的采樣速率和輸入帶寬還遠不能滿足應用的需要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換裝置及方法，，通過本發(fā)明可以將射頻信號實現(xiàn)射頻信號頻率降速，利用低速的模數(shù)轉換芯片實現(xiàn)模數(shù)轉換，解決了射頻信號高速采樣的難題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換裝置，包括依次連接的脈沖激光源、第一色散光纖、電光調(diào)制器、第二色散光纖、光電探測器、電模數(shù)轉換器和數(shù)字信號處理單元，脈沖激光器輸出的窄脈沖光，通過第一色散光纖，受到色散的作用脈沖光被展寬，送入電光調(diào)制器，同時射頻信號進入電光調(diào)制器，電光調(diào)制器中調(diào)制射頻信號和被展寬的脈沖光，使得射頻信號被初步展寬，并將其送入第二色散光纖，受到色散的作用脈沖光再次被展寬，相應的，射頻信號也被展寬，并將其送入光電探測器，得到原先輸入射頻信號被時間拉伸的版本，之后送入電模數(shù)轉換器，進行信號采樣，得到數(shù)字射頻信號，并將其送入數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元對數(shù)字射頻信號引入失真進行補償，得到質量高的射頻信號。

進一步地，所述電模數(shù)轉換器采用低速模數(shù)轉換芯片。

進一步地，所述引入失真為調(diào)制非線性補償和脈沖包絡消除。

一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換裝置的模數(shù)轉換方法，步驟如下：

步驟1、脈沖激光器輸出的窄脈沖光，通過第一色散光纖，受到色散的作用脈沖光被展寬，送入電光調(diào)制器，同時待處理的高速射頻信號進入電光調(diào)制器。

步驟2、在電光調(diào)制器中調(diào)制射頻信號和被展寬的脈沖光，將射頻信號調(diào)制到被展寬的脈沖光上，即使得射頻信號被初步展寬，并將其送入第二色散光纖，受到色散的作用脈沖光再次被展寬，相應的，射頻信號也被展寬，并將其送入光電探測器。

步驟3 、經(jīng)光電探測器后，得到原先輸入射頻信號被時間拉伸的版本，即信號被減速，之后送入電模數(shù)轉換器，進行信號采樣，得到數(shù)字射頻信號，并將其送入數(shù)字信號處理單元。

步驟4、數(shù)字信號處理單元對數(shù)字射頻信號引入失真進行補償，得到質量高的射頻信號。

進一步地，所述步驟3中，電模數(shù)轉換器采用低速模數(shù)轉換芯片。

進一步地，所述步驟4中，所述引入失真為調(diào)制非線性的補償、脈沖包絡消除。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：可以有效降低輸入射頻信號的頻率，利用低速的模數(shù)轉換芯片完成高頻信號的采樣與處理，降低了高速采樣的難度，便于寬帶/超寬帶信號的處理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于光子拉伸的模數(shù)轉換裝置及方法的結構流程圖。

圖2為本發(fā)明實施例1中未處理的射頻信號頻率示意圖，其中（a）為射頻信號頻率示意圖，（b）為（a）的局部放大圖。

圖3本發(fā)明實施例1中經(jīng)本發(fā)明處理后的射頻信號頻率示意圖，其中（a）為處理后的射頻信號頻率示意圖，（b）為（a）的局部放大圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

相對于電模數(shù)轉換器（電ADC），光子ADC則具有諸多優(yōu)越性。首先，比起傳統(tǒng)的電ADC，光子ADC具有更高采樣速率。隨著光電技術的發(fā)展，光脈沖源的時鐘抖動低于電子時鐘抖動兩個數(shù)量級，已經(jīng)達到fs量級，這使得實現(xiàn)高于100 GS/s的ADC成為可能，也就實現(xiàn)了50 GHz的RF轉換帶寬。其次，由光纖技術實現(xiàn)的光子ADC，由于光纖波導固有的抗電磁輻射與各種電磁干擾的能力，因而可以取得更為優(yōu)越的抗干擾性能。

結合圖1，一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換裝置，包括依次連接的脈沖激光源、第一色散光纖、電光調(diào)制器、第二色散光纖、光電探測器、電ADC和數(shù)字信號處理單元，脈沖激光器輸出的窄脈沖光，通過第一色散光纖，受到色散的作用脈沖光被展寬，送入電光調(diào)制器，同時射頻信號進入電光調(diào)制器，電光調(diào)制器中調(diào)制射頻信號和被展寬的脈沖光，使得射頻信號被初步展寬，并將其送入第二色散光纖，受到色散的作用脈沖光再次被展寬，相應的，射頻信號也被展寬，并將其送入光電探測器，得到原先輸入射頻信號被時間拉伸的版本，相當于射頻信號被減速了，即實現(xiàn)了對輸入的射頻信號的降速，之后送入電ADC，進行信號采樣，得到數(shù)字射頻信號，并將其送入數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元對數(shù)字射頻信號引入失真進行補償，得到質量高的射頻信號。

所述電ADC采用低速模數(shù)轉換芯片，降低了對ADC的采樣率要求。

所述引入失真為調(diào)制非線性補償和脈沖包絡消除。

一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換方法，方法步驟如下：

步驟1、脈沖激光器輸出的窄脈沖光，通過第一色散光纖，受到色散的作用脈沖光被展寬，送入電光調(diào)制器，同時待處理的高速射頻信號進入電光調(diào)制器。

步驟2、在電光調(diào)制器中調(diào)制射頻信號和被展寬的脈沖光，將射頻信號調(diào)制到被展寬的脈沖光上，即使得射頻信號被初步展寬，并將其送入第二色散光纖，受到色散的作用脈沖光再次被展寬，相應的，射頻信號也被展寬，并將其送入光電探測器。

步驟3 、經(jīng)光電探測器后，得到原先輸入射頻信號被時間拉伸的版本，即信號被減速，之后送入電模數(shù)轉換器，進行信號采樣，得到數(shù)字射頻信號，并將其送入數(shù)字信號處理單元。其中電模數(shù)轉換器采用低速模數(shù)轉換芯片。

步驟4、數(shù)字信號處理單元對數(shù)字射頻信號引入失真進行補償，得到質量高的射頻信號。其中引入失真為調(diào)制非線性的補償、脈沖包絡消除。

實施例1

結合圖1，一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換裝置，包括依次連接的脈沖激光源（半高全寬為300fs）、第一色散光纖(長度為2km，色散系數(shù)為20 ps2/km)、電光調(diào)制器（射頻帶寬為20GHz的單臂馬赫曾德爾強度調(diào)制器）、第二色散光纖（長度為20km，色散系數(shù)為20 ps2/km）、光電探測器（響應度為0.8 A/W，響應帶寬為10 GHz）、電ADC（采樣率為2Gs/s,標稱位數(shù)為10位）和數(shù)字信號處理單元，脈沖激光器輸出的窄脈沖光，通過第一色散光纖，受到色散的作用脈沖光被展寬，送入電光調(diào)制器，同時射頻信號進入電光調(diào)制器，電光調(diào)制器中調(diào)制射頻信號和被展寬的脈沖光，使得射頻信號被初步展寬，并將其送入第二色散光纖，受到色散的作用脈沖光再次被展寬，相應的，射頻信號也被展寬，并將其送入光電探測器，得到原先輸入射頻信號被時間拉伸的版本，時間拉伸因子為10倍，相當于射頻信號被減速了10倍，即實現(xiàn)了對輸入的射頻信號的降速，之后送入電ADC，進行信號采樣，得到數(shù)字射頻信號，并將其送入數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元對數(shù)字射頻信號引入失真進行補償，得到質量高的射頻信號。

一種基于光子拉伸的模數(shù)轉換方法，方法步驟如下：

步驟1、脈沖激光器輸出的窄脈沖光，通過第一色散光纖，受到色散的作用脈沖光被展寬，送入電光調(diào)制器，同時待處理的高速射頻信號進入電光調(diào)制器。

步驟2、在電光調(diào)制器中調(diào)制射頻信號和被展寬的脈沖光，將射頻信號調(diào)制到被展寬的脈沖光上，即使得射頻信號被初步展寬，并將其送入第二色散光纖，受到色散的作用脈沖光再次被展寬，相應的，射頻信號也被展寬，并將其送入光電探測器。

步驟3 、經(jīng)光電探測器后，得到原先輸入射頻信號被時間拉伸的版本，即信號被減速，之后送入電模數(shù)轉換器，進行信號采樣，得到數(shù)字射頻信號，并將其送入數(shù)字信號處理單元。其中電模數(shù)轉換器采用低速模數(shù)轉換芯片。

步驟4、數(shù)字信號處理單元對數(shù)字射頻信號引入失真進行補償，得到質量高的射頻信號。其中引入失真為調(diào)制非線性的補償、脈沖包絡消除。

結合圖2和圖3，從圖2（b）中可以看出，輸入的射頻信號的頻率為20GHz，經(jīng)過本發(fā)明的裝置之后，從圖3（b）中可以看出輸出的射頻信號的頻率為2GHz，頻率降低10倍，相當于實現(xiàn)對信號時域10倍的拉伸效果。