光发送器和调制光信号生成方法
【专利摘要】本发明涉及光发送器和调制光信号生成方法。一种光发送器包括：光调制器，该光调制器包括第一调制单元和第二调制单元，该第一调制单元和该第二调制单元分别传播通过对输入光进行分束而获得的第一光信号和第二光信号；信号生成器，该信号生成器生成分别提供给所述第一调制单元和所述第二调制单元的第一驱动信号和第二驱动信号；相位控制器，该相位控制器控制所述光调制器中所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差；以及相位差检测器，该相位差检测器检测所述相位控制器控制的所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差。所述信号生成器基于由所述相位差检测器检测到的相位差，生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
【专利说明】光发送器和调制光信号生成方法
【技术领域】
[0001]本文讨论的实施方式涉及光发送器和调制光信号生成方法。
【背景技术】
[0002]为了提供下一代长距离大容量通信系统，已经研究并开发了利用数字信号处理生成调制光信号的发送器。例如，数字信号处理生成用于多级调制格式(诸如QPSK和QAM等)的信号。而且，例如，数字信号处理可以生成用于抑制光发送线路的分散的信号(即，用于分散预均衡化的信号)。然后，光调制器被数字信号处理生成的信号驱动，以生成大容量多级调制光信号。
[0003]图1例示了光发送器的示例。图1例示的光发送器I包括数字信号处理器11、D/A转换器12a和12b、驱动器13a和13b、光源14和光调制器15。数字信号处理器11根据输入数据生成驱动信号I和驱动信号Q。D/A转换器12a和12b将驱动信号I和驱动信号Q分别转换成模拟信号。驱动器13a和13b分别用从D/A转换器12a和12b输出的驱动信号I和驱动信号Q来驱动光调制器15。光源14生成连续波光。
[0004]光调制器15包括I臂调制单元和Q臂调制单元。光源14所生成的连续波光被分光器分束，并且被引导到I臂调制单元和Q臂调制单元。I臂调制单元响应于驱动信号I对连续波光进行调制，以生成光信号。Q臂调制单元响应于驱动信号Q对连续波光进行调制，以生成光信号。组合两个光信号，以生成调制光信号。
[0005]光调制器15被设计为使I臂与Q臂之间的相位差是η /2+η π (其中，η是包括零的任意整数)。更具体地，对提供给移相器15a的偏压进行控制，使得通过I臂传播的光与通过Q臂传播的光之间的相位差是π/2+ηπ。要注意的是，例如，在日本特开第2007-82094号公报、日本特开第2009-246578号公报和日本特开第2007-259426号公报中描述了将光调制器的I臂与Q臂之间的相位差控制为η /2的方法。
[0006]然而，在调节光调制器的I臂与Q臂之间的相位差(下文中称作“ 1-Q相位差”或“移相器的移相量”)时，不对η/2+2ηπ和3π/2+2ηπ进行区分。例如，光发送器可以在1-Q相位差被控制为π/2+2ηπ或3 π/2+2η π的状态下生成调制光信号。针对于此,光接收器决定1-Q相位差是π /2+2η η还是3 η /2+2η η ,然后根据调制光信号恢复数据。例如，在日本特开第2006-270909号公报中描述了用于接收调制光信号的光接收器。
[0007]如上所述，下一代光发送系统可以利用数字信号处理来提供具有各种特性的光信号。例如，用于根据输入数据生成驱动信号的数字信号处理可以执行分散预均衡化、或频率偏移相加等。
[0008]然而，当在将1-Q相位差控制为3 π /2+2η π的情况下提供假设1-Q相位差是π/2+2ηπ的参数时，光信号的发送特性可能劣化。例如，当在将1-Q相位差控制为3π/2+2ηπ的同时提供假设1-Q相位差是π/2+2η π的色散时，与不执行波长预均衡化的情况相比，光接收器检测到的累积色散可能更大。
[0009]本发明的目的是改善利用光调制器所生成的调制光信号的特性并且抑制特性劣化。
【发明内容】
[0010]根据实施方式的一个方面，一种光发送器包括:光调制器，该光调制器包括第一调制单元和第二调制单元，该第一调制单元和第二调制单元分别传播通过对输入光进行分束而获得的第一光信号和第二光信号；信号生成器，该信号生成器生成分别提供给所述第一调制单元和所述第二调制单元的第一驱动信号和第二驱动信号；相位控制器，该相位控制器控制所述光调制器中所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差；以及相位差检测器，该相位差检测器检测所述相位控制器控制的所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差。所述信号生成器基于所述相位差检测器检测到的所述相位差，生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1例示光发送器的示例；
[0012]图2例示根据本发明的实施方式的光发送器的构造；
[0013]图3A和图3B例不监视/[目号相对于1-Q相位差的变化；
[0014]图4是例示控制光发送器的操作模式的第一方法的流程图；
[0015]图5例示相位差判定信息的示例；
[0016]图6是例示控制光发送器的操作模式的第二方法的流程图；
[0017]图7是例示控制光发送器的操作模式的第三方法的流程图；
[0018]图8是描述数字信号处理器的功能的框图；
[0019]图9A和图9B例示QPSK星座图的示例；
[0020]图1OA至图1OC是例示根据1-Q相位差控制操作模式的方法的流程图；
[0021]图11例示根据另一个实施方式的光发送器的构造；以及
[0022]图12例示根据又一个实施方式的光发送器的构造。
【具体实施方式】
[0023]图2例示根据本发明的实施方式的光发送器的构造。图2例示的实施方式的光发送器2包括数字信号处理器20、D/A转换器12a和12b、驱动器13a和13b、光源14、光调制器15、光电检测器31、乘法器32、检测器33和控制器34。要注意的是，光发送器2可以包括其它未例示的组件。
[0024]数字信号处理器20根据输入数据生成驱动信号I和驱动信号Q。更具体地，数字信号处理器20通过根据指定的调制格式针对各个符号将输入数据映射到星座图，生成驱动信号I和驱动信号Q。另外，数字信号处理器20可以生成驱动信号I和驱动信号Q，使得光发送器2发送的光信号具有期望特性。作为示例，生成驱动信号I和驱动信号Q，使得光信号具有指定的色散。在这种情况下，例如，生成驱动信号I和驱动信号Q，以提供用于对光发送线路中的色散进行补偿的分散预均衡化。要注意的是，例如，数字信号处理器20由包括处理器元件和存储器的处理器系统来实现。另选地，数字信号处理器20可以由硬件电路来实现。进一步另选地，数字信号处理器20可以由处理器系统和硬件电路的组合来实现。[0025]D/A转换器12a和12b将数字信号处理器20生成的驱动信号I和驱动信号Q分别转换成模拟信号。驱动器13a和13b分别用从D/A转换器12a和12b输出的驱动信号I和驱动信号Q来驱动光调制器15。光源14生成连续波光。例如，光源14由用于生成具有指定频率的激光束的激光二极管来实现。
[0026]光调制器15包括移相器15a、I臂调制单元15b和Q臂调制单元15c。光源14所生成的连续波光被分光器分束，并且被引导到I臂和Q臂。例如，移相器15由在I臂和Q臂中的一个附近形成的电极来实现。例如，假设移相器15是在Q臂附近形成的电极。在这种情况下，通过控制提供给移相器15a的偏压，改变Q臂的折射率并调节Q臂的光学路径长度。更具体地，通过控制提供给移相器15a的偏压，来调节通过I臂传播的光与通过Q臂传播的光之间的相位差(即，“Ι-Q相位差”或“移相器15a的相位”)。
[0027]I臂调制单元15b和Q臂调制单元15c分别形成在I臂和Q臂中。I臂调制单元15b响应于驱动信号I对连续波光进行调制，以生成光信号。同样地，Q臂调制单元15c响应于驱动信号Q对连续波光进行调制，以生成光信号。例如，I臂调制单元15b和Q臂调制单元15c分别由Mach-Zehnder (马赫-策德尔)干涉仪来实现。然后，光调制器15组合I臂调制单元15b生成的光信号和Q臂调制单元15c生成的光信号，以生成调制光信号。例如，两个光信号由2X2光耦合器来组合。
[0028]乘法器21将驱动信号I与驱动信号Q相乘。在该示例中，乘法器21实现在数字信号处理器20中，但是乘法器21可以实现在数字信号处理器20之外。而且，在该示例中，乘法器21在数字域中将驱动信号I与驱动信号Q相乘，但是也可以在模拟域中将驱动信号I与驱动信号Q相乘。此外，乘法器21可以被构造为将经由低通滤波器滤波后的驱动信号I和驱动信号Q相乘。
[0029]光电检测器31将光调制器15生成的调制光信号转换为电信号。因此，光电检测器31的输出信号表不光调制器15生成的调制光信号。要注意的是,光电检测器31可以实现在光调制器15中或者可以实现在光调制器15之外。
[0030]乘法器32将光电检测器31的输出信号与乘法器21的输出信号相乘。也就是说，乘法器21和乘法器32将驱动信号1、驱动信号Q和表示光调制器15生成的调制光信号的电信号相乘。在以下描述中，乘法器32的输出信号可以称作“监视信号”。要注意的是，乘法器32可以实现在数字信号处理器20中。还要注意的是，低通滤波器可以设置在光电检测器31与乘法器32之间。另外，乘法器21和乘法器32是生成监视信号的乘法器电路的示例。
[0031]检测器33对从乘法器32输出的监视信号进行平均化，以检测监视信号的平均值。例如，利用低通滤波器来对监视信号进行平均化。要注意的是，假设低通滤波器的截止频率比调制光信号的符率充分低。还要注意的是，检测器33可以检测监视信号的平均值的符号(sign)。在这种情况下，检测器33输出表示监视信号的平均值是正值还是负值的监视符号信息。
[0032]控制器34包括相位控制器35和相位差检测器36。例如，控制器34由包括处理器元件和存储器的处理器系统来实现。另选地，控制器34可以由硬件电路来实现。又另选地，控制器34可以由处理器系统和硬件电路的组合来实现。
[0033]相位控制器35通过控制提供给移相器15a的偏压，来控制光调制器15的1-Q相位差。此时，相位控制器35将1-Q相位差控制为指定值。在本实施方式中，“指定值”是π /2+2η π或3 π /2+2η π。更具体地，相位控制器35控制提供给移相器15a的偏压，使得1-Q相位差被调节为n /2+2n 或3 /2+2η π。不具体限制将1-Q相位差控制为π /2+2η π或3π/2+2ηπ的方法，而可以使用公知技术。例如，相位控制器35可以利用日本特开第2007-82094号公报、日本特开第2009-246578号公报和日本特开第2007-259426号公报中描述的方法将1-Q相位差控制为π /2+2η π或3 π /2+2η η。
[0034]相位差检测器36利用检测器33的检测结果，来检测光调制器15的1-Q相位差。更具体地，相位差检测器36基于驱动信号1、驱动信号Q和表示输出的调制光信号的监视信号的乘积的平均值或该平均值的符号，来检测1-Q相位差。这里，相位控制器35将1-Q相位差控制为π/2+2ηπ或3 π/2+2η π。由此,相位差检测器36可以判定1-Q相位差是τι /2+2η τι 还是 3 π /2+2η π。
[0035]控制器34通知数字信号处理器20表示相位差检测器36检测到的1-Q相位差的相位信息。通过这样做，数字信号处理器20基于相位信息生成(或校正)驱动信号I和驱动/[目号Q。更具体地，数字/[目号处理器20基于1-Q相位差是π/2+2ηπ还是3π/2+2ηπ,生成(或校正)驱动信号I和驱动信号Q。由此，光发送器2可以生成适于光调制器15的1-Q相位差的调制光信号。换言之，不管1-Q相位差被控制为π/2+2ηπ还是3 π/2+2η π ,光发送器2都可以生成大致相同的调制光信号。
[0036]图3Α和图3Β例不监视信号相对于光调制器15的1-Q相位差的变化。调制格式是16-QAM。要注意的是,在以下描述中，π/2+2ηπ可以简称为π/2,而3 π/2+2η π可以简称为3 /2。
[0037]图3Α例示在1-Q相位差被控制为/2或/2附近时的监视信号。当1-Q相位差被控制为η/2时，监视信号分布在零附近。由此，当1-Q相位差是η/2时，监视信号的平均值是零。换言之，当1-Q相位差是η/2时，检测器33检测到零。要注意的是，假设“零”包括“近似零”或者“大致零”。
[0038]当1-Q相位差是η/2-45度时,该不例中，监视彳目号分布在正侧上。由此，检测器33检测到正值。同时，当1-Q相位差是η/2+45度时，该示例中，监视信号分布在负侧上。由此，检测器33检测到负值。要注意的是，在以下描述中，检测器33检测到的值的符号可以称作“监视符号”。例如，当检测器33检测到正值时，监视符号为“正”;当检测器33检测到负值时，监视符号为“负”。
[0039]图3Β例示在1-Q相位差被控制为3 /2或3 /2附近时的监视信号。当1-Q相位差被控制为3 π/2时，监视信号以与1-Q相位差是π/2时相同的方式分布在零附近。由此，当1-Q相位差是3 /2时，检测器33也检测到零。
[0040]当1-Q相位差是3π/2-45度时，该示例中，监视信号分布在负侧上。由此，“负”被检测为监视符号。同时，当1-Q相位差是3π/2+45度时，该示例中，监视信号分布在正侧上。由此，监视符号为“正”。
[0041]如上所述，当1-Q相位差是π/2或3π/2时，检测器33检测到零。由此，为了将1-Q相位差调节为η /2或3 π /2，相位控制器35可以控制提供给移相器15a的偏压，使得检测器33检测到零。另选地，相位控制器35可以控制偏压，使得检测器33检测到的平均值近似为零。[0042]而且，在本实施方式中，如图3A所示，当1-Q相位差从/2-45度增大到π/2+45度时，监视符号从“正”变为“负”。同时，如图3Β所示，当1-Q相位差从3 π/2-45度增大到3 Ji /2+45度时，监视符号从“负”变为“正”。换言之，1-Q相位差是π /2时监视符号的改变方向与1-Q相位差是3 π/2时监视符号的改变方向相反。因此,相位差检测器36可以利用监视符号的变化，来判定1-Q相位差被控制为^!/^还是“/^。
[0043]图4是例示控制光发送器的操作模式的第一方法的流程图。例如，在光发送器2开始通信服务之前或者当光发送器2处于维护中时，执行该流程图的处理。要注意的是，当执行该流程图的处理时，数字信号处理器20生成驱动信号I和驱动信号Q。这里，光发送器2通过按照多级调制格式将输入数据映射到各符号的对应信号点，来生成调制光信号。要注意的是，假设要映射到各个信号点(例如，针对QPSK，是4个信号点，并且针对16QAM，是16个信号点)的符号的分布是均匀或几乎均匀的。
[0044]当该流程图的处理开始时，假设光调制器15的1-Q相位差是π/2，设置光发送器2的操作模式(或者用于根据输入数据生成驱动信号的参数)。换言之，假设光发送器2的操作模式被控制为使得在1-Q相位差是η /2时，光调制器15生成指定的调制光信号。
[0045]在步骤SI中，相位控制器35将提供给移相器15a的偏压控制为初始值。不具体地限定初始值，该初始值例如是几乎零伏特。
[0046]在步骤S2中，检测器33获取从乘法器32输出的监视信号。要注意的是，如上所述，通过将驱动信号1、驱动信号Q和表示输出的调制光信号的电信号相乘，来生成监视信号。在步骤S3中，检测器33对监视信号进行平均化。然后，检测器33输出表示监视信号的平均值是正值还是负值的监视符号信息。
[0047]在步骤S4中，相位差检测器36将S3中获取的监视符号信息与当前偏压关联地保存。在步骤S5中，相位控制器35更新要提供给移相器15a的偏压。此时，由以下表达式来计算新偏压Vn。要注意的是，Vn-1表示当前偏压。Λ V是指定的常数。
[0048]Vn=Vn-1+ Δ V
[0049]在步骤S6中，相位控制器36判定新偏压Vn是否超过电压扫描范围。例如，基于使1-Q相位差平移2 π的电压变化，来确定电压扫描范围。例如，电压扫描范围被确定为使得当偏压从电压扫描范围的最小值变为最大值时，1-Q相位差平移2 π以上。
[0050]如果偏压Vn不超过电压扫描范围，则光发送器2的处理返回到步骤S2。换言之，重复执行步骤S2-S6，直到偏压Vn超过电压扫描范围为止。重复执行步骤S2-S6的操作对应于在扫描偏压的同时收集监视符号信息的处理。
[0051]图5例示步骤S2-S6中生成的相位差判定信息的示例。相位差判定信息表示相对于偏压的监视信号的平均值的符号。在本实施方式中，当偏压从零增大到2伏特时，监视符号从正变为负。然后，当偏压从4伏特增大到6伏特时，监视符号从负变为正。然后，当偏压从8伏特增大到10伏特时，监视符号从正变为负。要注意的是，在本实施方式时，Λ V=I伏特。
[0052]在步骤 S7中，相位控制器35将光调制器15的1-Q相位差控制为目标值。1-Q相位差的目标值是η/2。不具体限制将1-Q相位差控制为目标值的方法。例如，相位控制器35可以利用日本特开第2007-82094号公报、日本特开第2009-246578号公报和日本特开第2007-259426号公报中描述的方法将1-Q相位差控制为目标值。作为示例，相位控制器35通过控制偏压使得从乘法器33输出的监视信号的平均值接近零(或是零)，将1-Q相位差调节为目标值。然而，该方法将1-Q相位差控制为π/2或者3 /2。因此,相位差检测器36判定将1-Q相位差控制为π /2还是3 /2。
[0053]在步骤S8中，相位差检测器36检测1-Q相位差收敛于目标值时的偏压。换言之，相位差检测器36检测在步骤S7的处理完成时的偏压。在以下的描述中，步骤S8中检测到的偏压可以称作“收敛偏压”。
[0054]在步骤S9中，相位差检测器36从相位差判定信息提取与收敛偏压附近的偏压对应的数据。此时，相位差检测器36从相位差判定信息提取多组数据。例如，在步骤S2-S6中，假设生成图5例示的相位差判定信息。而且，在步骤S7中，假设1-Q相位差收敛于目标值时的偏压(即，收敛偏压)是5.0伏特。然后，相位差检测器36在收敛偏压附近获取与小于收敛偏压的偏压对应的数据和与大于收敛偏压的偏压对应的数据。因此，获得“4.0伏特、负”和“6.0伏特、正”。
[0055]在步骤SlO和Sll中，相位差检测器36基于在步骤S9中获取的多组数据，判定将1-Q相位差控制为π/2还是3π/2。这里，在本实施方式中，假设偏压增大的越大，1-Q相位差增大的越多。另外，假设监视信号针对1-Q相位差的变化如图3Α和图3Β所示。在这种情况下，当监视符号信息随着偏压增大从“正”变为“负”时，相位差检测器36判定将1-Q相位差控制为η/2。相反，当监视符号信息随着偏压增大从“负”变为“正”时，相位差检测器36判定1-Q相位差被控制为3 π /2。然后，控制器34通知数字信号处理器20表示相位差检测器36的检测结果的相位信息。
[0056]要注意的是，可以用各种方式来执行步骤S8-S11中的判定。例如，当从相位差判定信息提取两组数据时，如下执行判定。
[0057](I)当符号从正变为负时，1-Q相位差是/2。
[0058](2)当符号从负变为正时，1-Q相位差是3 Ji /2。
[0059](3)当符号从正变为零时，1-Q相位差是π /2。
[0060](4)当符号从负变为零时，1-Q相位差是3 Ji /2。
[0061](5)当符号从零变为负时，1-Q相位差是/2。
[0062](6)当符号从零变为正时，1-Q相位差是3 Ji /2。
[0063]当从相位差判定信息提取三组数据时，如下执行判定。
[0064](I)当符号顺序从正变为零然后再变为负时，1-Q相位差是/2。
[0065](2)当符号顺序从负变为零然后再变为正时，1-Q相位差是3 /2。
[0066]数字信号处理器20根据从控制器34接收到的相位信息，判定光发送器2的操作模式。这里，当该流程图的处理开始时，光发送器2的初始操作模式被设置为与1-Q相位差η/2对应的操作模式。由此，如果1-Q相位差被控制为η/2 (Sll:是)，则光发送器2的处理结束。如果不将1-Q相位差控制为n/2 (Sll:否)，则数字信号处理器20执行步骤S12中的处理。
[0067]在步骤S12中，数字信号处理器20改变用于根据输入数据生成驱动信号I和驱动信号Q的参数，以便生成与将1-Q相位差控制为η/2时大致相同的调制光信号。要注意的是，后面将详细描述基于相位信息改变参数的方法。
[0068]如上所述，本实施方式的光发送器2判定将光调制器15的1-Q相位差控制为π/2还是3 π/2，然后利用根据判定结果的参数(或操作模式)生成调制光信号。换言之，不管1-Q相位差被控制为n/2还是3π/2，光发送器2都可以生成大致相同的调制光信号。由此，本实施方式的光发送器2用于光发送系统中允许光接收器从调制光信号恢复数据，而不用根据光调制器15的1-Q相位差的设置来切换解调操作。要注意的是，决定1-Q相位差是η/2还是3 π /2的方法不限于上述实施方式，而是光发送器2可通过另一种方法来检测1-Q相位差。
[0069]图6是例示控制光发送器的操作模式的第二方法的流程图。光发送器2可以执行图6例示的流程图的处理,而不是图4例示的流程图。
[0070]在步骤S21中，相位控制器35将光调制器15的1-Q相位差控制为指定的目标值。该处理与图4的步骤S7中的处理大致相同。由此，1-Q相位差被控制为π /2或者3 π /2。要注意的是，在图6的流程图的描述中，也假设1-Q相位差收敛于π /2或3 π /2时的偏压称作“收敛偏压”。
[0071]在步骤S22中，光发送器2临时停止操作。在步骤S23中，相位控制器35改变偏压。此时，相位控制器35例如通过将当前偏压(即，收敛偏压)减小指定值，来确定新偏压。
[0072]步骤S24-S28与图4的步骤S2-S6大致相同。更具体地，控制器34通过扫描偏压，生成图5例示的相位差判定信息。要注意的是，在图6例示的方法中，当执行步骤S24-S28时，已经检测到收敛偏压。由此，控制器34可以只在收敛偏压附近的区域中生成相位差判定信息。在这种情况下，步骤S28中的电压扫描范围比图4的步骤S6中的电压扫描范围窄。由此，通过图6例示的方法生成相位差判定信息所需的时间可以比通过图4例示的方法生成相位差判定信息所需的时间短。
[0073]要注意的是，控 制器34在步骤S24-S28中可以不扫描偏压。例如，控制器34可以仅针对“收敛偏压-Λ V”和“收敛偏压+ Δ V”获取监视符号信息。
[0074]步骤S29和S30与图4的步骤SlO和Sll大致相同。更具体地，相位差检测器36基于步骤S24-S28中生成的相位差判定信息，判定1-Q相位差被控制为31/2还是3 31/2。然后，数字信号处理器20根据从控制器34接收到的相位信息，判定光发送器2的操作模式。更具体地，如果1-Q相位差被控制为n/2 (S30:是)，则光发送器2的处理结束。如果1-Q相位差不被控制为n/2 (S30:否)，则数字信号处理器20执行步骤S12中的处理。
[0075]图7是例示控制光发送器的操作模式的第三方法的流程图。光发送器2可以执行图7例示的流程图的处理,而不是图4例示的流程图。
[0076]步骤S31和S32与图6的步骤S21和S22大致相同。更具体地，1-Q相位差被控制为^!/^或者:?^!/^。要注意的是，在图7的流程图的描述中，也假设1-Q相位差收敛于π /2或3 π /2时的偏压称作“收敛偏压”。
[0077]在步骤S33中，相位控制器35将低频信号叠加在收敛偏压上。假设低频信号的频率充分低于数据率或符号率。要注意的是，在本实施方式中，光发送器2包括用于生成低频信号的低频信号生成电路，并且假设相位控制器35包括用于将低频信号叠加在偏压上的电路。
[0078]在步骤S34中，检测器33通过同步检测，从监视信号检测低频信号成分。例如，通过将上述低频信号乘以监视信号，来实现同步检测。在本实施方式中，假设检测器33具有用于将监视信号乘以上述低频信号生成电路生成的低频信号的电路。[0079]在步骤S35和S36中，相位差检测器36基于同步检测结果，来检测1-Q相位差。更具体地，如果从监视信号检测到的低频信号成分与低频信号生成电路生成的低频信号同相，则相位差检测器36判定1-Q相位差是π/2和3π/2中的一个(例如，是π/2)。同时，如果从监视信号检测到的低频信号成分与低频信号生成电路生成的低频信号反相，则相位差检测器36判定1-Q相位差是π/2和3π/2中的另一个(例如，是3 π /2)。
[0080]数字信号处理器20以与图4或图6例示的处理相同的处理，根据从控制器34接收到的相位信息，判定光发送器2的操作模式。更具体地，如果1-Q相位差被控制为π/2(S36:是)，则光发送器2的处理结束。同时，如果1-Q相位差不被控制为π/2 (S36:否)，则数字信号处理器20执行步骤S12中的处理。
[0081]要注意的是，如果光发送器被构造为使得低频信号总是叠加在偏压上，则可以不执行图7的步骤S32和S33。在这种情况下，当执行图7例示的流程图的控制时，可以改变低频信号的振幅。
[0082]因此，光发送器2可以判定将1-Q相位差控制为π/2还是3π/2。然后，数字信号处理器20根据判定结果，来设置操作模式，即，用于根据输入数据生成驱动信号I和驱动信号Q的参数。
[0083]图8是描述数字信号处理器20的功能的框图。数字信号处理器20包括映射器22、分散预均衡器23和频率偏移加法器24。在该示例中，假设乘法器21实现在数字信号处理器20中，并且在数字域中将驱动信号I和驱动信号Q相乘。
[0084]要注意的是，在图8例示的示例中，频率偏移加法器24位于分散预均衡器23的输出侧上，但是频率偏移加法器24可以位于分散预均衡器23的输入侧上。还要注意的是，数字信号处理器20可以包括其它功能。进一步要注意的是，数字信号处理器20可以不具有分散预均衡器23，并且可以不具有频率偏移加法器24。
[0085]映射器22根据指定的调制格式，将输入数据映射到各符号的对应信号点。例如，在QPSK或DQPSK中，每两比特生成一个符号。在16QAM中，每四比特生成一个符号。
[0086]图9Α和图9Β例示QPSK星座图的示例。在该示例中，当光调制器15的1-Q相位差被控制为目标值(即，η/2)时，执行图9Α例示的映射。更具体地，数据“00”被映射到信号点Α。同样地，数据“10”、“11”和“01”被分别映射到信号点B、C和D。由此，响应于数据“00”、“10”、“11”和“01”，映射器22根据以下映射模式1，分别输出一组信号El和F1。
[0087]数据“00”: (El, Fl) = (+1,+1)
[0088]数据“10”:伍1，卩1)= (-1，+1)
[0089]数据“11”:伍1，卩1)= (-1，-1)
[0090]数据“01”:(El，Fl) = (+1,-1)............映射模式 I
[0091]要注意的是，存在以下可能性:如上所述，光调制器15的1-Q相位差可以不被控制为π /2，而被控制为3 π /2。如果在1-Q相位差是3 /2时根据映射模式I来映射输入数据，则光调制器15生成的调制光信号与在1-Q相位差是π /2时生成的调制光信号不同。更具体地，如果在1-Q相位差是3 π /2时根据映射模式I映射输入数据，则生成与图9Β中例示的星座图对应的调制光信号。
[0092]这里，当图9Α与图9Β比较时，通过将图9Β例示的星座图绕I轴镜像反转，获得图9Α例示的星座图。由此，当1-Q相位差是3 π /2时，通过根据以下映射模式2将输入数据映射到对应的信号点，生成与在1-Q相位差是η/2时生成的调制光信号相同的调制光信号。
[0093]数据“00”: (El，Fl) = (+1,-1)
[0094]数据“10”:(El，Fl) = (-1,-1)
[0095]数据“I I”:(El, Fl) = (-1,+1)
[0096]数据“01，，: (El, Fl) = (+1，+1)............映射模式 2
[0097]映射器22根据从控制器34通知的相位信息，选择映射模式。更具体地，如果相位信息表示1-Q相位差η /2，则映射器22根据映射模式1，将输入数据映射到各符号的对应信号点。更具体地，如果相位信息表示1-Q相位差3 π /2，则映射器22根据映射模式2，将输入数据映射到各符号的对应信号点。在这种情况下，即使光调制器15的1-Q相位差是3 /2，数字信号处理也生成与光调制器15的1-Q相位差被控制为π /2时相同的调制光信号。换言之，不管1-Q相位差被控制为η/2还是3 π/2，光调制器15都可以生成大致相同的调制光信号。
[0098]要注意的是，在本实施方式中，“ π/2”是期望的1-Q相位差。由此，如果相位差检测器36检测到的1-Q相位差与期望的1-Q相位差相匹配，则数字信号处理器20根据映射模式I映射输入数据。与此相反，如果相位差检测器36检测到的1-Q相位差与期望的1-Q相位差不匹配，则数字信号处理器20根据映射模式2映射输入数据。因此，即使光调制器15的1-Q相位差不被控制为期望值，光发送器2也犹如1-Q相位差被控制为期望值一样，生成调制光信号。
[0099]图1OA是例示设置映射器22的操作模式的处理的流程图。当通过图4、图6或图7例示的方法生成表示1-Q相位差的相位信息时，流程图的处理由数字信号处理器20来执行。
[0100]在步骤S41中，数字信号处理器20从控制器34获取相位信息，并且检测1-Q相位差是否是η/2。如果1-Q相位差是η/2，则处理移动到步骤S42，该步骤S42中，数字信号处理器20设置映射器22的操作模式或操作参数，以根据映射模式I将输入数据映射到各符号的对应信号点。同时，如果1-Q相位差是3 /2，则处理移动到步骤S43，该步骤S43中，数字信号处理器20设置映射器22的操作模式或操作参数，以便根据映射模式2将输入数据映射到各符号的对应信号点。步骤S43的处理是图4、图6或图7中例示的步骤S12的处理的示例。
[0101]在图4、图6或图7例示的示例中，映射器22被构造为当流程图开始时，选择映射模式I。由此，如果1-Q相位差是η/2 (S41:是)，则数字信号处理器20可以不执行步骤S42中的处理。同时，如果1-Q相位差是3 /2 (S41:否)，则处理移动到步骤S43，该步骤S43中，数字信号处理器20控制映射器22，以选择映射模式2。
[0102]分散预均衡器23校正从映射器22输出的信号El和F1，以将指定的色散添加到从光发送器2发送的调制光信号。这里，例如，确定“指定的色散”以补偿光发送器2与光接收器之间的光发送线路的色散。在这种情况下，优选的是，预先测量光发送线路的色散。
[0103]例如，分散预均衡器23通过将信号El和Fl乘以矩阵D生成信号Ε2和F2，可以将期望色散添加到调制光信号。例如，矩阵D是表示光发送器2与光接收器之间的光发送线路的色散的矩阵的逆矩阵。
[0104]图1OB是例示设置分散预均衡器23的操作模式的处理的流程图。当通过图4、图6或图7例示的方法生成表示1-Q相位差的相位信息时，流程图的处理由数字信号处理器20来执行。
[0105]在步骤S51中，数字信号处理器20从控制器34获取相位信息，并且检测1-Q相位差是否是η/2。如果1-Q相位差是π/2，则处理移动到步骤S52，该步骤S52中，数字信号处理器20将参数I提供给分散预均衡器23，以执行用于对光发送线路的色散进行补偿的预均衡化。参数I表示用于对光发送线路的色散进行补偿的色散，并且提供给分散预均衡器23，作为上述矩阵D的元素。
[0106]如果1-Q相位差是3 π /2，则处理移动到步骤S53，该步骤S53中，数字信号处理器20将参数2设置给分散预均衡器23。通过反转参数I的符号，获得参数2。例如，当参数I表示“500ps/nm (皮秒/纳米)”时，参数2表示“_500ps/nm”。
[0107]频率偏移加法器24校正信号E2和F2，以补偿光发送器2的光源14的频率与光相干接收器接收光信号所使用的局部振荡光的频率之间的差。信号E2和F2表示输入到频率偏移加法器24的信号并且在图8例示的示例中从分散预均衡器23输出。
[0108]用于向光信号提供频率偏移的校正通过以下旋转计算来实现。要注意的是，I和Q指示频率偏移加法器24的输出信号。Θ (t)指示与添加到光信号的频率偏移对应的角度。
[0109]I=E2cos Θ (t) -F2sin Θ (t)
[0110]Q=E2sin Θ (t) +F2cos Θ (t)
[0111]图1OC是例示设置频率偏移加法器24的操作模式的处理的流程图。当通过图4、图6或图7例示的方法生成表示1-Q相位差的相位信息时，流程图的处理由数字信号处理器20来执行。
[0112]在步骤S61中，数字信号处理器20从控制器34获取相位信息，并且检测1-Q相位差是否是η/2。如果1-Q相位差是π/2，则处理移动到步骤S62，该步骤S62中，数字信号处理器20将参数3提供给频率偏移加法器24，以补偿光发送器2与光接收器之间的频率偏移。参数3通过上述旋转计算的Θ来表示。
[0113]如果1-Q相位差是3 π /2，则处理移动到步骤S63，该步骤S63中，数字信号处理器20将参数4设置给频率偏移加法器24。通过反转参数3的符号，获得参数4。更具体地，如果参数3是“ Θ ”，则参数4是Θ ”。
[0114]如上所述，在本实施方式的光发送器2中，光调制器15的1-Q相位差被控制为31/2或3 31/2。由此，光发送器2判定将光调制器15的1-Q相位差控制为31/2还是3 31/2，然后利用与判定结果相对应的参数(或操作模式)生成调制光信号。换言之，不管1-Q相位差被控制为η/2还3π/2，光发送器2都可以生成大致相同的调制光信号。因此，当从调制光信号恢复数据时，光接收器不需要执行检测1-Q相位差的处理。这导致光接收器的处理量减少。具体地，在每个符号具有大量比特的多级调制中，减小光接收器的功耗。
[0115]另外，不管1-Q相位差被控制为π /2还是3 π /2，本实施方式的光发送器都可以提供期望的分散预均衡化和/或期望的频率偏移。这改善了调制光信号的特性，或者抑制调制光信号的特性的劣化。
[0116]要注意的是，在上述实施方式中，如果1-Q相位差被控制为3π/2，则数字信号处理器20通过改变用于生成驱动信号的参数，生成与1-Q相位差被控制为π/2时相同的光信号。换言之，如果1-Q相位差被控制为3 π /2，则数字信号处理提供与1-Q相位差被控制为π/2时等同的状态。然后，本发明不限于该构造。例如，当1-Q相位差被控制为3 π/2时，根据本发明的光发送器可以通过控制偏压将1-Q相位差调节为η /2。在这种情况下，相位控制器35控制要提供给移相器15a的偏压，使得相位差检测器36检测到的1-Q相位差接近目标值(即，η/2)。
[0117]然而，偏压变化影响光调制器的漂移特性。由此，考虑到调制光信号的质量，经通过数字信号处理提供1-Q相位差是η /2的等同操作状态的方法比通过控制偏压将1-Q相位差从3 31 /2调节为π /2的方法更优选。
[0118]要注意的是，乘法器21的表示驱动信号I与驱动信号Q的乘积的输出信号指示星座图状态。例如，如果映射到各个信号点的符号的分布是均匀的，则乘法器21的输出信号的平均值大致是零。在这种情况下，如果1-Q相位差被控制为η/2或3π/2，则监视信号的平均值大致是零。换言之，在这种情况下，高精度地判定1-Q相位差被控制为η/2还是3π/2。同时，如果映射到各个信号点的符号的分布不是均匀的，则乘法器21的输出信号的平均值不是零。在这种情况下，即使1-Q相位差被控制为η/2或3 π/2，监视信号的平均值也可以不是零。换目之，在这种情况下，无法闻精度地判定1-Q相位差被控制为π/2还是3π/2。由此，乘法器21的输出信号可以用作指示1-Q相位差的检测精度的指示符。
[0119]图11例示根据另一个实施方式的光发送器的构造。图11例示的光发送器3通过与图2例示的光发送器2不同的方法生成监视信号。
[0120]数字信号处理器40以与图2例示的数字信号处理器20相同的方式根据输入数据生成驱动信号I和驱动信号Q。要注意的是，数字信号处理器40包括比特转换器41a和41b以及异或电路42。比特转换器41a将η比特驱动信号I转换为I比特转换信号I。不具体限制转换方法，而例如通过每η比特地提取驱动信号I并且从各η比特信号采样I个比特来实现。类似地，比特转换器41b将η比特驱动信号Q转换为I比特转换信号Q。要注意的是，“η”是2以上的整数。
[0121]异或电路42输出转换信号I与转换信号Q之间的异或。然后，乘法器32通过将异或电路42的输出信号与表示输出的调制光信号的电信号相乘，来生成监视信号。要注意的是，数字信号处理器40可以包括用于对异或电路42的输出信号进行平均的平均电路43。
[0122]在图2例示的构造中，驱动信号I和驱动信号Q相乘，以生成监视信号。相反，图11例示的光发送器3执行转换信号I与转换信号Q之间的异或。这里，转换信号I和转换信号Q的速度是驱动信号I和驱动信号Q的I/η。由此，图11例示的构造减小了数字信号处理器20的运算电路的尺寸或运算次数。
[0123]图12例示根据又一个实施方式的光发送器的构造。图12例示的光发送器4可以生成偏振复用调制光信号。
[0124]光发送器4包括数字信号处理器50、光源14、光调制器15Χ和15Υ、偏振复用器15Ζ、光电检测器31Χ和31Υ、乘法器32Χ和32Υ、检测器33和控制器34。数字信号处理器50根据输入数据生成驱动信号X1、XQJI和YQ0由光源14生成的连续波光被引导到光调制器15Χ和15Υ。光调制器15Χ通过响应于驱动信号XI和XQ调制连续波光，生成调制光信号X。光调制器15Υ通过响应于驱动信号YI和YQ调制连续波光，生成调制光信号Y。偏振复用器15Ζ根据调制光信号X和调制光信号Y生成偏振复用调制光信号。
[0125]关于每个调制光信号X和Y，生成监视信号X和Y的方法与用于图2例示的光发送器2的方法大致相同。更具体地，乘法器21X将驱动信号XI乘以驱动信号XQ。光电检测器31X将调制光信号X转换为电信号。乘法器32X通过将乘法器21X的输出信号乘以表示调制光信号X的电信号，生成监视信号X。同样地，乘法器21Y、光电检测器31Y和乘法器32Y生成监视信号Y。
[0126]检测器33输出与各个监视信号X和Y对应的监视符号信息。控制器34基于监视信号X的监视符号信息来检测光调制器15X的1-Q相位差，并且基于监视信号Y的监视符号信息来检测光调制器15Y的1-Q相位差。基于监视信号X和监视信号Y来检测对应的1-Q相位差的方法与用于图2例示的光发送器2的方法大致相同。然后，控制器34通知数字信号处理器50各表示检测结果的相位信息X和相位信息Y。
[0127]数字信号处理器50基于相位信息X设置用于根据输入数据生成驱动信号XI和XQ的参数。另外，数字信号处理器50基于相位信息Y设置用于根据输入数据生成驱动信号?和YQ的参数。基于相位信息X和相位信息Y设置参数的方法与用于图2例示的光发送器2的方法大致相同。
[0128]控制器34可以并行地检测光调制器15Χ和15Υ的1-Q相位差。另选地，控制器34可以检测光调制器15Χ和15Υ中的一个的1-Q相位差，然后可以检测光调制器15Χ和15Υ中另一个的1-Q相位差。
【权利要求】
1.一种光发送器，该光发送器包括: 光调制器，该光调制器包括第一调制单元和第二调制单元，该第一调制单元和第二调制单元分别传播通过对输入光进行分束而获得的第一光信号和第二光信号； 信号生成器，该信号生成器生成分别提供给所述第一调制单元和所述第二调制单元的第一驱动信号和第二驱动信号； 相位控制器，该相位控制器控制所述光调制器中所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差；以及 相位差检测器，该相位差检测器检测所述相位控制器所控制的所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差，其中， 所述信号生成器基于所述相位差检测器检测到的所述相位差，生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
2.根据权利要求1所述的光发送器，其中， 所述信号生成器基于所述相位差检测器检测到的所述相位差，控制用于根据输入数据生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的参数。
3.根据权利要求1所述的光发送器，其中， 所述信号生成器通过基于所述相位差检测器检测到的所述相位差将所述输入数据映射到星座图，生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
4.根据权利要求1所述的光发送器，其中， 所述信号生成器具有色散预均衡器，该色散预均衡器控制要添加到所述光调制器生成的所述光信号的色散，并且 所述色散预均衡器生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，使得与所述相位差检测器检测到的所述相位差对应的色散被添加到所述光信号。
5.根据权利要求1所述的光发送器，其中， 所述信号生成器具有频率偏移控制器，该频率偏移控制器控制要添加到所述光调制器生成的所述光信号的频率偏移，并且 所述频率偏移控制器生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号，使得与所述相位差检测器检测到的所述相位差对应的频率偏移被添加到所述光信号。
6.根据权利要求1所述的光发送器，该光发送器还包括: 乘法器电路，该乘法器电路将所述第一驱动信号、所述第二驱动信号和表示所述光调制器的输出信号的电信号相乘，其中， 所述相位差检测器基于所述乘法器电路的输出信号，检测所述相位差。
7.根据权利要求6所述的光发送器，其中， 所述相位控制器将所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差控制为第一指定值或第二指定值；并且 所述相位差检测器基于所述乘法器电路的所述输出信号，判定所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差被控制为所述第一指定值还是所述第二指定值。
8.根据权利要求7所述的光发送器，其中， 所述信号生成器基于所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差被控制为所述第一指定值还是所述第二指定值，生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
9.根据权利要求7所述的光发送器，其中， 所述第一指定值是η/2+2ηπ，所述第二指定值是3π/2+2ηπ，其中，n是包括零在内的任意整数。
10.根据权利要求6所述的光发送器，其中， 所述相位控制器通过控制提供给所述光调制器的偏压，将所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差控制为所述第一指定值或所述第二指定值；并且 所述相位差检测器检测所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差被控制为所述第一指定值或所述第二指定值时的偏压，并且基于所述乘法器电路的所述输出信号在所检测到的偏压附近的变化来判定所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差被控制为所述第一指定值还是所述第二指定值。
11.根据权利要求6所述的光发送器，其中， 所述乘法器电路包括第一乘法器和第二乘法器，该第一乘法器将所述第一驱动信号乘以所述第二驱动信号，该第二乘法器将所述第一乘法器的输出信号乘以表示所述光调制器的所述输出信号的电信号；并且 基于所述第一乘法器的所述输出信号来判定所述相位差检测器的检测精度。
12.根据权利要求1所述的光发送器，其中， 所述相位控制器通过控制提供给所述光调制器的偏压，控制所述第一光信号与所述第二光信号之间的所述相位差。
13.根据权利要求12所述的光发送器，其中， 所述相位控制器控制提供给所述光调制器的所述偏压，使得所述相位差检测器检测到的所述相位差接近指定值。
14.一种光发送器，该光发送器包括: 光调制器，该光调制器包括第一调制单元和第二调制单元，该第一调制单元和该第二调制单元分别传播通过对输入光进行分束而获得的第一光信号和第二光信号； 信号生成器，该信号生成器生成分别提供给所述第一调制单元和所述第二调制单元的第一驱动信号和第二驱动信号； 相位控制器，该相位控制器控制所述光调制器中所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差； 转换器，该转换器将所述第一驱动信号转换为比特数少于所述第一驱动信号的第一转换信号，并且将所述第二驱动信号转换为比特数少于所述第二驱动信号的第二转换信号；乘法器，该乘法器将所述第一转换信号与所述第二转换信号二者的异或信号乘以表示所述光调制器的输出信号的电信号；以及 相位差检测器，该相位差检测器基于所述乘法器的输出信号来检测所述相位差，其中，所述信号生成器基于所述相位差检测器检测到的所述相位差，生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
15.—种光发送器,该光发送器包括: 第一光调制器，该第一光调制器包括第一调制单元和第二调制单元，该第一调制单元和该第二调制单元分别传播通过对输入光进行分束而获得的第一光信号和第二光信号；第二光调制器，该第二光调制器包括第三调制单元和第四调制单元，该第三调制单元和该第四调制单元分别传播通过对输入光进行分束而获得的第三光信号和第四光信号；偏振复用器，该偏振复用器根据从所述第一光调制器输出的第一调制光信号和从所述第二光调制器输出的第二调制光信号，生成偏振复用光信号； 信号生成器，该信号生成器生成分别提供给所述第一调制单元、所述第二调制单元、所述第三调制单元和所述第四调制单元的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号； 相位控制器，该相位控制器控制所 述第一光调制器中所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差，并且控制所述第二光调制器中所述第三光信号与所述第四光信号之间的相位差；以及 相位差检测器，该相位差检测器检测所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差并且检测所述第三光信号与所述第四光信号之间的相位差，其中， 所述信号生成器基于所述相位差检测器检测到的所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差，生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号；并且 所述信号生成器基于所述相位差检测器检测到的所述第三光信号与所述第四光信号之间的相位差，生成所述第三驱动信号和所述第四驱动信号。
16.一种利用光调制器生成调制光信号的方法，该光调制器包括第一调制单元和第二调制单元，该第一调制单元和该第二调制单元分别传播通过对输入光进行分束而获得的第一光信号和第二光信号，所述方法包括以下步骤: 分别向所述第一调制单元和所述第二调制单元提供第一驱动信号和第二驱动信号；将所述光调制器中所述第一光信号与所述第二光信号之间的相位差控制为第一指定值或第二指定值； 判定所述相位差被控制为所述第一指定值还是所述第二指定值；以及基于所述相位差被控制为所述第一指定值还是所述第二指定值，来校正所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
【文档编号】H04B10/556GK103973374SQ201410022753
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】秋山祐一, 星田刚司, 赤司保, 坂井良男 申请人:富士通株式会社