CN102546001A - 光发射机和光发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光发射机和光发射方法。所述光发射机包括：数字信号处理器，所述数字信号处理器根据输入数据产生驱动信号；控制器，所述控制器根据与所述数字信号处理器的数字信号处理相关的信息控制振幅或者功率；以及光调制器，所述光调制器用经所述控制器控制的驱动信号调制输入光以产生光信号。

Description

光发射机和光发射方法

技术领域

本申请描述的实施方式涉及发射光信号的光发射机，以及光发射方法。

背景技术

在长距离和大容量光通信系统中，存在由于光传输线路的色散等引起的光信号的波形失真的问题。为了应对此问题，已经提出了在光通信系统的发射端处的预均衡，以便初步形成信号波形以补偿光传输线路的特性。

另外，为了实现高速光通信系统的偏振复用通信受到了关注。偏振复用通信能够通过使用相互正交的偏振对来发射两个光信号，因而能够加倍传输容量。

光传输线路的偏振特性在光通信系统中并不恒定，并且偏振特性的波动造成通信质量退化。例如，偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)和偏振相关增益(PDG)可能随着时间变化。针对此问题，提出了减小诸如PMD/PDL/PDG的偏振相关退化的方法，在这些方法中，为了发射信号对偏振进行加扰。

通过使用数字信号处理来实现上述预均衡方法和偏振加扰方法。在这种情况下，光发射机包括数字信号处理器和光调制器。数字信号处理器通过包括预均衡和/或偏振加扰的信号处理根据输入信号产生驱动信号。接着，光调制器使用所产生的驱动信号产生发射数据的光信号。

作为相关技术，提出了通过使用数字信号处理提高发射信号的质量的光传输系统。这种光传输系统的光发射机包括输出调制光信号的光调制器，和位于发射端的对输入信号执行数字信号处理以向经调制的光信号施加偏振变化的信号处理器。光调制器根据被发射端的信号处理器进行了发射端数字信号处理的输入信号进行光调制。光接收机包括：转换器，该转换器针对每个偏振分量将经过传输线路来自光发射机的光信号转换为数字电信号，以及位于接收端的偏振信号处理器，该偏振信号处理器对来自转换器的数字电信号进行接收端的数字信号处理，其中向接收的信号施加相对于发射端的信号处理器的偏振变化的大致逆特性的偏振变化。(例如，参见日本专利特开2010-109705。)

如上所述，数字信号处理能够向光调制器的驱动信号施加期望状态或者期望特性，因而能够产生具有期望状态或者期望特性的光信号。然而，当使用数字信号处理施加多个状态或者特性时，驱动信号的振幅可能从使光调制器工作于最优化状态的驱动振幅偏离。当光调制器用具有不适当的振幅的驱动信号工作时，发射信号的质量劣化。

发明内容

本发明的目的是改善使用光发射机中的数字信号处理产生的光信号的质量。

根据本发明的一个方面，一种光发射机，所述光发射机包括：数字信号处理器，所述数字信号处理器根据输入数据产生驱动信号；控制器，所述控制器根据与所述数字信号处理器的数字信号处理相关的信息控制振幅或者功率；以及光调制器，所述光调制器用经所述控制器控制的驱动信号调制输入光以产生光信号。

附图说明

图1是例示实施方式的光通信系统的示例的图。

图2是例示光发射机中的数字信号处理器和调制器的示例的图。

图3是例示偏振旋转器的示例的图。

图4是例示根据实施方式的光发射机的配置的图。

图5是例示光调制器的配置的图。

图6是例示根据第一实施方式的光发射机的操作的图。

图7A和图7B是例示关于驱动信号的振幅的光输出的曲线图。

图8是例示根据第一实施方式的控制驱动信号的振幅的处理的流程图。

图9是例示对驱动信号的振幅进行均衡化的处理的示例的图。

图10是例示根据第二实施方式的光发射机的操作的图。

图11是例示根据第三实施方式的光发射机的操作的图。

图12是例示根据第三实施方式的控制驱动信号的振幅的处理的流程图。

图13是例示LN调制器的操作的图，其中利用叠加了引导信号的驱动信号产生光信号。

图14A和图14B是例示当驱动信号的振幅从最优值偏离时LN调制器的操作的图。

具体实施方式

图1例示了一实施方式的光通信系统的示例。图1的光通信系统1包括光发射机2和光接收机3。在光发射机2和光接收机3之间设置有光传输线路4。光传输线路4中可以设置有一个或者更多个中继节点或者光放大器。在本实施方式中，光通信系统1发射偏振复用光信号。

光发射机2包括数字信号处理器5和调制器6。数字信号处理器5是产生驱动信号的驱动信号产生器的示例，数字信号处理器5通过使用数字信号处理根据输入数据产生驱动信号。在此，数字信号处理器5是产生驱动信号或者受控制驱动信号的处理器的示例。可以以多种方式实现数字信号处理器5。例如，可以使用FPGA(现场可编程门阵列)或者专用LSI实现数字信号处理器5。也就是说，可以用硬件电路实现数字信号处理器5，并且数字信号处理器5可以包括硬件电路。

调制器6包括D/A(数-模)转换器61、光源62、和光调制器63。D/A转换器61将数字信号处理器5产生的驱动信号转换为模拟驱动信号。光源62例如是包括激光二极管的激光光源，并且产生CW(连续波)光。光调制器63用D/A转换器61获得的模拟驱动信号调制从光源62输出的CW光以产生光信号。光发射机2向光传输线路4输出光信号。

图2例示了光发射机2中的数字信号处理器5和调制器6的示例。数字信号处理器5包括线性预均衡器51x和51y、偏振旋转器52、和非线性预均衡器53x和53y。请注意图2例示了数字信号处理器5可能具有的功能的一部分。换句话说，数字信号处理器5可以提供其它功能。

发射数据X和发射数据Y被输入到数字信号处理器5。发射数据X和Y由数字信号处理器5中设置的符号映射器(未例示)分别转换为I分量信号和Q分量信号，并且输入到线性预均衡器51x和51y。发射数据X被表示为“信号Ex＝X_I+jX_Q”。发射数据Y被表示为“信号Ey＝Y_I+jY_Q”。请注意“j”表示复数。

线性预均衡器51x根据光传输线路4的线性特性对信号Ex进行预均衡。按照类似方式，线性预均衡器51y根据光传输线路4的线性特性对信号Ey进行预均衡。在本实施方式中，假定预先测量了光传输线路4的线性特性中的一个，例如，色散。光传输线路4的色散的测量值(或者与色散的测量值相对应的控制数据)被设定到线性预均衡器51x和51y。可以通过进行模拟等来计算光传输线路4的线性特性。

偏振旋转器52对从线性预均衡器51x和51y输出的信号进行旋转变换。在此，分别从线性预均衡器51x和51y输出信号Ex0和Ey0。在此情况下，偏振旋转器52进行如算式(1)和(2)中指示的旋转变换R以输出信号Ex1和Ey1。

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ex}1\\ \mathrm{Ey}1\end{array}\right)=R\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ex}0\\ \mathrm{Ey}0\end{array}\right)\·\·\·\left(1\right)$

$R=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\·\·\·\left(2\right)$

请注意“θ”随着时间变化。在一个示例中，偏振旋转的角度θ周期地变化。例如，在时间T0到T1“θ＝0”，在时间T1到T2“θ＝π/4”，在时间T2到T3“θ＝π/2”，以及在时间T3到T4“θ＝3π/4”。然而，偏振旋转的角度θ不是必须周期地变化。偏振旋转的角度θ也不必须以特定角度步长来改变。然而，优选地偏振旋转的角度θ周期地变为零。

如图3所例示的，例如通过复数乘法器52a-52d和复数加法器52e-52f实现偏振旋转器52。在图3中，利用以下算式表达输入信号Ex0和Ey0。

Ex0＝X_I0+jX_Q0

Ey0＝Y_I0+jY_Q0

信号Ex0被输入到复数乘法器52a和52c。在此，cosθ被提供到复数乘法器52a，并且sinθ被提供给复数乘法器52c。因此，复数乘法器52a进行Ex0和cosθ的复数乘法，复数乘法器52c进行Ex0和sinθ的复数乘法。复数加法器52e通过按照以下算式计算从复数乘法器52a和52c输出的信号的和获得信号Ex1。

Ex1＝X_I1+jX_Q1

信号Ey0被输入到复数乘法器52b和52d。在此，-sinθ被提供给复数乘法器52b，并且cosθ被提供给复数乘法器52d。因此，复数乘法器52b进行Ey0和-sinθ的复数乘法，复数乘法器52d进行Ey0和cosθ的复数乘法。复数加法器52f通过按照以下算式计算从复数乘法器52b和52d输出的信号的和，来获得信号Ey1。

Ey1＝Y_I1+jY_Q1

非线性预均衡器53x根据光传输线路4的非线性特性预均衡从偏振旋转器52输出的信号Ex1。按照类似方式，非线性预均衡器53y根据光传输线路4的非线性特性预均衡从偏振旋转器52输出的信号Ey1。在本实施方式中，假定预先测量了光传输线路4的非线性特性。光传输线路4的非线性特性(或者对应于非线性特性的控制数据)被设定到非线性预均衡器53x和53y。可以通过进行模拟等来计算光传输线路4的非线性特性。

如上所述，调制器6包括D/A转换器61、光源62、和光调制器63。D/A转换器61包括D/A转换器61a-61d。光调制器63包括光调制器63x和63y、和偏振光束组合器(PBC)63z。另外，调制器6还包括放大器64a-64d。

D/A转换器61a将从非线性预均衡器53x输出的信号Ex1的I分量转换为模拟信号。D/A转换器61b将从非线性预均衡器53x输出的信号Ex1的Q分量转换为模拟信号。按照类似方式，D/A转换器61c和61d分别将从非线性预均衡器53y输出的信号Ey的I分量和Q分量转换为模拟信号。放大器64a-64d分别放大从D/A转换器61a-61d输出的模拟信号。

光调制器63x包括例如并联光耦合的一对LN调制器。例如通过利用马赫-曾德干涉仪实现各LN调制器。光源62产生的CW光输入到光调制器63x的LN调制器对。此外，经放大器64a和64b放大的信号作为驱动信号分别施加到光调制器63x的LN调制器对。换句话说，光调制器63x用从非线性预均衡器53x输出的信号Ex1调制输入CW光以产生光信号。

光调制器63y的配置和操作与光调制器63x的配置和操作大致相同。然而，经放大器64c和64d放大的信号被作为驱动信号施加到光调制器63y。此外，偏振光束组合器63z组合光调制器63x和63y产生的光信号以输出偏振复用光信号。

从光发射机2输出的偏振复用光信号经过光传输线路4传输，被光接收机3接收。光接收机3解调所接收的偏振复用光信号以恢复传输数据。

如图1所示，光接收机3包括转换器7、数字信号处理器8、和数据恢复器9。转换器7包括检测器71、O/E(光/电)转换器72、和A/D(模-数)转换器73。检测器71检测各偏振分量的光信号。由此，检测器71可以包括偏振解复用器。O/E转换器72包括诸如光电二极管的光电检测器，并且将从检测器71输出的各偏振分量的光信号转换为对应的电信号。A/D转换器73将从O/E转换器72输出的电信号转换为对应的数字信号。

数字信号处理器8包括偏振分离器81、偏振旋转消除器82、和系数控制器83。偏振分离器81利用系数控制器83给出的系数根据转换器7获得的数字信号估计发射信号序列。偏振旋转消除器82对偏振分离器81获得的发射信号序列进行逆转换，消除光发射机2中给出的偏振旋转。系数控制器83根据偏振旋转消除器82获得的信号序列产生用于补偿光传输线路4的传输特性的系数，并且向偏振分离器81提供所产生的系数。如上所述，数字信号处理器8在消除光发射机2中给定的偏振旋转的同时估计发射信号序列。接着，数据恢复器9根据数字信号处理器8获得的信号序列恢复传输数据。

如上所述，在根据本实施方式的光通信系统1中，光发射机2进行预均衡以补偿光传输线路4的特性。因此，光接收机3接收其中已补偿了光传输线路4的特性的光信号。

另外，在根据本实施方式的光通信系统1中，光发射机2对偏振复用光信号的偏振状态加扰。因此，抑制或者控制了由于偏振模色散(PMD)、偏振相关损耗(PDL)、偏振相关增益(PDG)等引起的偏振相关退化。

图4例示了根据该实施方式的光发射机的配置。如图4所示，根据本实施方式的光发射机10包括数字信号处理器(DSP)20、控制器30、D/A转换器61、光源62、光调制器63、和放大器64a-64d。可以使用光发射机10代替图1的光通信系统1中的光发射机2。

在本实施方式中，数据X和数据Y输入到光发射机10。数字信号处理器20根据控制器30的控制依据数据X和数据Y产生驱动信号。光调制器63通过用数字信号处理器20产生的驱动信号调制输入光而产生用于发射数据X和数据Y的光信号。在本实施方式中，光发射机10利用偏振复用方案发射数据X和数据Y。

数字信号处理器20包括FEC编码器21、预编码器22、映射器23、信号失真均衡器24、偏振加扰器25、振幅均衡器26a-26d、和发射机均衡器27a-27d。例如利用数字信号处理器(DSP)实现数字信号处理器20。可以利用其它配置实现数字信号处理器20。换句话说，例如可以利用FPGA或者专用LSI实现数字信号处理器20。

FEC编码器21将用于误差校正的FEC(正向误差校正)码分别加到输入的数据X和数据Y。FEC代码的类型不受限制，并且可以是例如块码或者卷积码。FEC编码器21根据来自控制器30的命令将FEC码加到数据X和数据Y。

FEC编码器21产生的数据被输入到预编码器22。预编码器22根据控制器30规定的编码方案依据输入数据产生传输数据。例如，当光发射机10使用DQPSK(差分正交相移键控)发射数据X和数据Y时，预编码器22可以通过计算输入数据的相邻符号之间的差产生传输数据。

预编码器22产生的数据比特序列被输入到映射器23。映射器23根据控制器30规定的调制方案将输入的数据比特序列映射到复数符号序列。例如，当调制方案是QPSK或者DQPSK时，映射器23将2比特数据映射到一个符号。当调制方案是16QAM时，映射器23将4比特数据映射到一个符号。

映射器23通过进行如上所述的映射产生信号Ex和信号Ey。例如，通过映射被FEC编码器21和预编码器22处理过的数据X产生信号Ex。类似地，通过映射被FEC编码器21和预编码器22处理的数据Y产生信号Ey。

映射器23产生的信号Ex和信号Ey被输入到信号失真均衡器24。信号失真均衡器24均衡信号Ex和Ey以补偿光传输线路4的特性。在此，信号失真均衡器24例如按照类似于图2的线性预均衡器51x和51y的方式均衡信号Ex和Ey以补偿光传输线路4的色差。此外，信号失真均衡器24还可以例如按照类似于图2的非线性预均衡器53x和53y的方式，补偿光传输线路4的非线性特性。请注意，由控制器30向信号失真均衡器24提供光传输线路4的特性(例如，色散)的信息。

偏振加扰器25对经信号失真均衡器24均衡的信号Ex和Ey进行偏振旋转变换。在此，按照与图2的偏振旋转器52类似的方式，偏振加扰器25进行算式(1)和(2)指示的旋转变换R。换句话说，偏振加扰器25对信号Ex和Ey进行旋转变换R以产生信号Ex′和Ey′。信号Ex′和Ey′用以下算式表示。

Ex′＝X′_I+jX′_Q

Ey′＝Y′_I+jY′_Q

信号Ex′是用于产生使用X偏振发射信息的光信号(在下文，该光信号称为X偏振光信号)的驱动信号。因而，信号Ex′可以称为X′偏振驱动信号。另外，X′偏振驱动信号的I分量(X′_I)和Q分量(X′_Q)分别是用于产生X偏振光信号的I分量和Q分量的驱动信号，并且可以称为驱动信号X′_I和驱动信号X′_Q。

信号Ey′是用于产生使用Y偏振发射信息的光信号(在下文，该光信号称为Y偏振光信号)的驱动信号。因而，信号Ey′可以称为Y′偏振驱动信号。另外，Y′偏振驱动信号的I分量(Y′_I)和Q分量(Y′_Q)分别是用于产生X偏振光信号的I分量和Q分量的驱动信号，并且可以称为驱动信号Y′_I和驱动信号Y′_Q。

偏振加扰器25产生的驱动信号被输入到振幅均衡器26a-26d。振幅均衡器26a-26d根据控制器30的控制调整偏振加扰器25产生的驱动信号的振幅。在此示例中，振幅均衡器26a调整驱动信号X′_I的振幅。振幅均衡器26b调整驱动信号X′_Q的振幅。振幅均衡器26c调整驱动信号Y′_I的振幅。振幅均衡器26d调整驱动信号Y′_Q的振幅。

经振幅均衡器26a-26d调整的驱动信号输入到发射机均衡器27a-27d。发射机均衡器27a-27d补偿光发射机10内产生的非线性特性和驱动信号之间的相位差。例如，当从发射机均衡器27a-27d到光调制器63的路径的长度彼此不相等时，造成了驱动信号之间的相位差。在此情况下，发射机均衡器27a-27d补偿驱动信号以补偿相位差。请注意发射机均衡器27a-27d根据控制器30提供的控制信息进行如上所述的补偿。

如上所述，数字信号处理器20根据输入的数据X和数据Y产生驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I、和Y′_Q以驱动光调制器63。此时，数字信号处理器20进行预均衡以补偿光传输线路4的特性，并且进行偏振加扰。

在此，数字信号处理器20(排除振幅均衡器26a-26d)是驱动信号产生器的示例，驱动信号产生器在数字信号处理器中根据输入数据产生驱动信号。另外，控制器30和振幅均衡器26a-26d是根据与上述驱动信号产生器进行的数字信号处理相关的信息控制驱动信号的振幅或者功率的控制器的示例。在不同的方面中，数字信号处理器20可以是数字信号处理器的示例，该数字信号处理器在数字信号处理中根据输入数据产生驱动信号。另外，控制器30可以是根据与数字信号处理器进行的数字信号处理相关的信息控制驱动信号的振幅或者功率的控制器的示例。

以上参照图1和图2描述了D/A转换器61、光源62、光调制器63和放大器64a-64d。换句话说，D/A转换器61将数字信号处理器20产生的驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q转换为对应的模拟信号。放大器64a-64d放大从D/A转换器61输出的对应的模拟驱动信号。光源62产生CW光。光调制器63用驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q调制输入光以产生光信号。

如图5所示，光调制器63包括产生X偏振光信号的光调制器63x、产生Y偏振光信号的光调制器63y、和偏振光束组合器63z。光调制器63x包括例如并联光耦合的一对LN调制器63x(i)和63x(q)。在此情况下，LN调制器63x(i)根据驱动信号X′_I产生光信号，LN调制器63x(q)根据驱动信号X′_Q产生光信号。按照类似的方式，光调制器63y包括并联光耦合的一对LN调制器63y(i)和63y(q)。在此情况下，LN调制器63y(i)根据驱动信号Y′_I产生光信号，LN调制器63y(q)根据驱动信号Y′_Q产生光信号。

偏振光束组合器63z组合(也就是说偏振复用)光调制器63x产生的X偏振光信号和光调制器63y产生的Y偏振光信号以产生偏振复用光信号。接着，光发射机10输出偏振复用光信号。

控制器30从控制面100接收控制信息，并且根据所接收的控制信息控制光发射机10的操作。利用处理器(以及存储器)实现控制器30以执行给定程序。控制面100是管理整个光通信系统的网络管理装置，并且控制面100向光通信系统中的光发射机和光接收机发送控制信息。从控制面100向光发射机和光接收机发送的控制信息包括例如规定调制方案的信息、指示光传输线路的特性(例如，色散)的信息、以及用于控制偏振的信息。控制器30根据从控制面100接收的控制信息控制FEC编码器21、预编码器22、映射器23、信号失真均衡器24、偏振加扰器25、振幅均衡器26a-26d、和发射机均衡器27a-27d。

例如，当从控制面100接收到指示调制方案的信息时，控制器30确定映射器23的映射模式。另外，当从控制面100接收到指示色散补偿量的信息时，控制器30确定为信号失真均衡器24提供的数字滤波器的系数。此外，当从控制面100接收到用于控制偏振的信息时，控制器30控制偏振加扰器25的旋转变换。

在图4的示例中，控制器30从连接到网络的控制面100接收控制信息，但是本实施方式的光发射机不限于此配置。例如，光通信系统的管理员可以通过使用专用接口而不经过网络向控制器30输入上述控制信息。

<第一实施方式>

图6是例示根据第一实施方式的光发射机10的操作的图。在第一实施方式中，对由于偏振加扰器25进行的偏振旋转引起的驱动信号的振幅的变化进行补偿。请注意，在第一实施方式中，在偏振加扰器25、控制器30和振幅均衡器26a-26d执行的前馈操作(feedforward operation)中补偿驱动信号的振幅的变化。

在以下描述中，假定以下信号Ex和Ey被输入到偏振加扰器25。还假定信号失真均衡器24和发射机均衡器27a-27d进行的信号处理被忽略。

Ex＝X_I+jX_Q

Ey＝Y_I+jY_Q

偏振加扰器25对信号Ex和Ey进行算式(3)中指示的旋转变换以输出信号Ex′和Ey′。

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{Ex}}^{\&prime;}\\ {\mathrm{Ey}}^{\&prime;}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}& -\sin \mathrm{\&theta;}\\ \sin \mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{Ex}\\ \mathrm{Ey}\end{array}\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

Ex′＝X′_I+jX′_Q

Ey′＝Y′_I+jY′_Q

请注意“θ”表示偏振旋转角度，并且随着时间变化。例如，偏振加扰器25以特定周期改变偏振旋转角度θ。在此情况下，偏振加扰器25周期地执行例如“θ＝θ+Δθ”。然而，偏振旋转的角度θ不是必须周期地变化。角度步长Δθ也不是必须恒定的。然而，优选地偏振旋转的角度θ周期地变为零。

当展开算式(3)时，信号Ex′和Ey′分别表示为以下。

Ex′＝(X_I+jX_Q)cosθ-(Y_I+jY_Q)sinθ

＝(X_Icosθ-Y_Isinθ)+j(X_Qcosθ-Y_Qsinθ)

Ey′＝(X_I+jX_Q)sinθ+(Y_I+jY_Q)cosθ

＝(X_Isinθ+Y_Icosθ)+j(X_Qsinθ+Y_Qcosθ)

在此，使用信号Ex′的实数分量和虚数分量作为分别用于驱动光调制器63x的I臂和Q臂的驱动信号。按照类似方式，使用信号Ey′的实数分量和虚数分量作为分别用于驱动光调制器63y的I臂和Q臂的驱动信号。因此，光调制器63的驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q表示如下：

X′_I：X_Icosθ-Y_Isinθ

X′_Q：X_Qcosθ-Y_Qsinθ

Y′_I：X_Isinθ+Y_Icosθ

Y′_Q：X_Qsinθ+Y_Qcosθ

如上所述，当偏振加扰器25进行偏振旋转时，施加到光调制器63的驱动信号取决于偏振旋转角度θ。结果，施加到光调制器63的驱动信号的振幅也取决于偏振旋转角度θ。

图7A和图7B是针对驱动信号的振幅例示光输出的曲线图。在图7A和图7B中，光调制器是LN调制器。另外，假定LN调制器以2Vπ驱动产生光信号。请注意Vπ表示用于将LN调制器的光功率从最小值改变到最大值的电压。

在此情况下，如图7A所示，当被振幅被调整到2Vπ的驱动信号驱动时，LN调制器以最优效率产生光信号。另外，如图7B所例示的，当驱动信号的振幅从2Vπ偏离时，从LN调制器输出的光信号的强度降低。当光信号的强度降低时，光学S/N比劣化。因此，优选地，数字信号处理器20中产生的驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅被调整到2Vπ。

下面将给出示例。在以下描述中，假定X偏振光信号和Y偏振光信号的调制方案均是QPSK。另外，假定根据输入数据，向从映射器23输出的信号Ex和Ey的信号分量X_I、X_Q、Y_I和Y_Q分配“0”或者“1”。此外，假定当X_I是“0”和“1”时，D/A转换器61和放大器64a-64d被设计为LN调制器产生的驱动信号的电压例如将分别是在图7A中的“Vx0”和“Vx0+2Vπ”。还假定按照X_I的类似方式针对信号分量X_Q、Y_I和Y_Q设计D/A转换器61和放大器64a-64d。

在上述配置中，驱动信号X′_I例如表示为以下算式。

X′_I：X_Icosθ-Y_Isinθ

因此，当偏振旋转角度θ是零时，获得“X′_I＝X_I”。换句话说，当偏振旋转角度θ是零时，驱动信号X′_I的电压是“Vx0”或者“Vx0+2Vπ”，并且驱动信号X′_I的振幅变为2Vπ。在此情况下，LN调制器根据驱动信号X′_I以最优效率产生光信号。

然而，光发射机10包括偏振加扰器25，并且偏振旋转角度θ随着时间改变。为此原因，如图7B所例示的，当偏振旋转角度θ不是零时，驱动信号X′_I的振幅可能变为不同于2Vπ的值。换句话说，当偏振旋转角度θ不是零时，从LN调制器输出的光信号的强度减小，并且光学S/N比可能劣化。请注意该问题按照类似方式对其它驱动信号X′_Q、Y′_I和Y′_Q产生。

因此，第一实施方式的光发射机10根据从偏振加扰器25给出的偏振旋转角度θ控制驱动信号的振幅。换句话说，控制器30根据偏振旋转角度θ控制振幅均衡器26a-26d的增益，因而最优化驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅(即，LN调制器的2Vπ)。

图8是例示根据第一实施方式的控制驱动信号的振幅的处理的流程图。该流程图的处理例如被控制器30周期地进行。控制器30例如以比偏振加扰器25改变偏振旋转角度θ的周期更短的时间间隔进行图8的流程图的处理。另选地，控制器30可以与偏振加扰器25改变偏振旋转角度θ的时刻同步地进行图8的流程图的处理。

在S1，控制器30从偏振加扰器25获得指示偏振旋转角度θ的角度信息。偏振加扰器25包括例如时钟或者计数器，并且根据从基准时间经过的时间计算偏振旋转角度θ，并且向信号Ex和Ey提供偏振旋转。

然而，控制器30不是必须从偏振加扰器25获得角度信息。例如，如果控制器30计算偏振旋转角度θ并且向偏振加扰器25通知所计算出的角度，则控制器30不必从偏振加扰器25获得角度信息。在此情况下，在S1，控制器30计算偏振旋转角度θ代替获得角度信息。

在S2，控制器30根据所获得的或者所计算出的偏振旋转角度θ计算驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅。作为示例，将描述驱动信号X′_I的情况。在以下描述中，假定根据输入数据向从映射器23输出的信号Ex和Ey的各个信号分量X_I、X_Q、Y_I和Y_Q分配“0”或者“1”。请注意，控制器30识别光发射机10的调制方案，因而识别信号Ex和Ey的信号分量可能采取的可能值。

在此情况下，控制器30分别针对(X_I，Y_I)＝(1，1)(1，0)(0，1)(0，0)计算驱动信号X′_I。换句话说，按照以下算式通过分配在S1获得的或者计算出的偏振旋转角度θ，针对(X_I，Y_I)＝(1，1)(1，0)(0，1)(0，0)分别计算X′_I。

X′_I＝X_Icosθ-Y_Isinθ

接着，控制器30根据上述计算获得的驱动信号X′_I的最大值和最小值计算驱动信号X′_I的振幅。按照类似方式计算其它驱动信号X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅。

在S3，控制器30根据最优振幅和在S2计算出的驱动信号的振幅计算振幅均衡器26a-26d的增益。在第一实施方式中，将光发射机10设计为当偏振旋转角度θ是零时获得的驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅是最优振幅，如以上参照图7A描述的。换句话说，预先计算驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的最优振幅。请注意，指示驱动信号的最优振幅的数据存储在控制器30可存取的存储器中。

例如，假定驱动信号X′_I的最优振幅是“1”。另外，假定在S2根据偏振旋转角度θ1计算出的驱动信号X′_I的振幅是“0.75”。在此情况下，控制器30确定振幅均衡器26a的增益，从而针对偏振旋转角度θ1产生的驱动信号X′_I的振幅将被均衡或者调整到“1”。在此示例中，获得“1.33”作为振幅均衡器26a的增益。按照类似方式计算针对驱动信号X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅均衡器26b-26d增益。

在S4，控制器30将在S3获得的增益设定到振幅均衡器26a-26d。结果，将驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅调整到最优值或者接近最优值。在上述示例中，振幅均衡器26a将驱动信号X′_I乘以“1.33”。结果，驱动信号X′_I的振幅被调整到近似“1”。如上所述，光调制器63的每个LN调制器产生具有优选驱动振幅的光信号，因而改进发射信号的质量。

在图8的示例中，在S2中根据的偏振旋转角度θ计算驱动信号的振幅，以及在S3中计算振幅均衡器的增益。在此，当调制方案固定时，能够初步计算增益以便根据任何偏振旋转角度θ优化驱动信号的振幅。因此，能够准备表，表中分别针对驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q(即，针对振幅均衡器26a-26d)指示偏振旋转角度θ和用于获得最优振幅的增益之间的关系。在此情况下，控制器30能够从该表中获得对应于在S1获得的偏振旋转角度θ的增益数据。换句话说，可以用搜索该表代替S2和S3中进行的数学处理。

在上述实施方式中，以偏振旋转角度θ为零的驱动信号的振幅为基准，来均衡或者调整任意偏振旋转角度的驱动信号的振幅。然而，第一实施方式不限于此配置。换句话说，光发射机10可以例如以偏振旋转角θ为π的驱动信号的振幅为基准，均衡或者调整任意偏振旋转角度的驱动信号的振幅。

图9是例示对驱动信号的振幅进行均衡的处理的示例的图。驱动信号A表示向振幅均衡器26b-26d输入的X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q之一。另外，驱动信号B表示振幅被振幅均衡器均衡了的驱动信号A。

在图9中，在时间T1到T2的时段中偏振旋转角度θ是“零”。在下文，假定当偏振旋转角度θ是“零”时驱动信号A的振幅是“1”。在时间T2到T3的时段中，偏振旋转角度被偏振加扰器25控制为“θ1”，并且驱动信号A的振幅改变为“0.75”。在时间T3到T4的时段中，偏振旋转角度被偏振加扰器25控制为“θ2”，并且驱动信号A的振幅改变为“0.9”。

在时间T1到T2的时段中，控制器30根据“θ＝零”将振幅均衡器的增益G控制为“1”。因此，在时间T1到T2的时段中，驱动信号B的振幅与驱动信号A的振幅相同。请注意，关于图9的描述，仅是为了示例目的而给出指示该增益的值。

在时间T2到T3的时段中，控制器30根据“θ＝θ1”将振幅均衡器的增益G控制为“1.33”。结果，时间T2到T3的时段中驱动信号B的振幅与时间T1到T2的时段中驱动信号B的振幅近似相同。换句话说，时间T2到T3的时段中驱动信号被均衡或者调整为最优振幅。关于根据偏振旋转角度θ确定增益G的方法，例如参照以上对于图8提供的描述。

在时间T3到T4的时段中，控制器30根据“θ＝θ2”将振幅均衡器的增益G控制为“1.11”。结果，时间T3到T4的时段中驱动信号B的振幅也与时间T1到T2的时段中驱动信号B的振幅近似相同。换句话说，时间T3到T4的时段中驱动信号也被均衡或者调整为最优振幅。

在参照图6到图9描述的实施方式中，光发射机10通过使用振幅均衡器26a-26d优化驱动信号的振幅。然而，第一实施方式不限于此配置。换句话说，在监视偏振旋转角度θ的同时光发射机10可以优化驱动信号的功率。在此情况下，光发射机10包括功率均衡器代替振幅均衡器26a-26d。

如上所述，即使在光信号的偏振旋转角度随着时间改变的调制方案中，第一实施方式的光发射机10也可优化或者近似优化光调制器的驱动信号的振幅。因此，发射信号的质量提高。

另外，在光发射机10中，改变驱动信号的振幅以在数字信号处理中实现偏振旋转，并且在数字信号处理中均衡驱动信号的振幅。因而，光发射机10可跟随由于诸如偏振旋转引起的驱动信号的振幅的高速波动并且均衡驱动信号的振幅。因此，在整个光通信系统中实现发射信号的稳定特性。

<第二实施方式>

在第一实施方式中，补偿了由于偏振旋转引起的驱动信号的振幅的波动。然而，在根据输入信号产生驱动信号的数字信号处理中，偏振旋转不是驱动信号的振幅的波动的唯一因素。为此原因，在第二实施方式中，为了实现驱动信号的振幅的优化，还考虑了偏振旋转以外的其它因素。

图10是例示根据第二实施方式的光发射机10的操作的图。请注意，在第一实施方式和第二实施方式之间，光发射机10的配置大致相同。

如上所述，控制面100向控制器30通知光发射机10的调制方案和预均衡中要补偿的色散值。图10中省略了控制面100。映射器23根据控制器30的控制进行对应于调制方案的映射。另外，信号失真均衡器24根据控制器30的控制进行对应于色散值的预均衡。此外，控制器30按照与第一实施方式类似的方式从偏振加扰器25获得偏振旋转角度θ。

在此，假定针对调制方案、色散值、和偏振旋转角度θ的组合，预先计算了光调制器63的驱动信号的最优振幅。此外，假定还根据驱动信号的最优振幅计算驱动信号的最优功率。

控制器30通过监视从发射机均衡器27a-27d输出的各个信号计算驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的功率。在此，控制器30例如通过对具体时间段内从发射机均衡器27a输出的信号取平均来计算驱动信号X′_1的功率。进行平均运算的具体时间段例如但是不限于数个符号和数十个符号之间的时间段。另外，控制器30还按照类似方式计算其它驱动信号X′_Q、Y′_I和Y′_Q的功率。

此外，控制器30根据初步计算出的驱动信号的最优功率和通过对从发射机均衡器27a-27d输出的信号取平均获得的功率计算振幅均衡器26a-26d的增益。此时，控制器30控制振幅均衡器26a-26d的增益从而通过对从发射机均衡器27a-27d输出的信号取平均获得的功率将接近最优功率。结果，优化或者近似优化了驱动信号的振幅。

如上所述，在第二实施方式中，即使当由于调制方案或者由于为了补偿光传输线路的特性进行的预均衡而引起驱动信号的振幅改变时，驱动信号的振幅也得到优化。因此，在第二实施方式中，即使当调制方案改变或者光传输线路的特性被重置时，发射信号的质量也得到提高。

<第三实施方式>

图11是例示根据第三实施方式的光发射机10的操作的图。请注意第一实施方式到第三实施方式之间，光发射机10的配置大致相同。然而，第三实施方式的光发射机还包括监视输出光信号以对驱动信号的振幅进行反馈控制的配置。

在图11中，分光器111将从光调制器63输出的光信号划分出一部分并且将划分出的光信号引导到光电检测器(PD)112。光电检测器112包括光电二极管，并且将从光调制器63输出的光信号转换为电信号。接着，控制器30接收光电检测器112产生的电信号。换句话说，控制器30监视从光调制器63输出的光信号。在下文，控制器30从光电检测器112接收的电信号可以称为监视信号。

在图11的示例中，设置光电检测器112以接收从光调制器63输出的光信号。然而，第三实施方式不限于此配置。例如，如果光调制器63被配置为包括光电检测器，则控制器30可以从光调制器63中的光电检测器接收监视信号。

控制器30包括引导信号产生器31。当偏振旋转角度θ被偏振加扰器25控制为零时引导信号产生器31产生频率为f₀的引导信号。在此，假定与数据X和数据Y的符号率相比较，频率f₀充分慢。另外，假定与偏振加扰器25改变偏振旋转角度θ的周期相比较，频率f₀充分快。在此不是限制性的而是示例性的，传输数据符号率可以是10G-100G符号/s，偏振旋转角度θ的变化周期可以是1kHz-100kHz，并且引导信号的频率f₀可以是1MHz-100MHz。引导信号产生器31是用于控制驱动信号以特定频率振荡的振荡控制器的示例。引导信号产生器31在图11中例示为在控制器30内，然而引导信号产生器31可以设置在控制器外。

控制器30通过使用引导信号对光调制器63的驱动信号的振幅施加抖动。通过这样做，从光调制器63输出的光信号的功率以频率f₀和/或以频率f₀的整数倍的频率波动。

控制器30通过使用从光电检测器112接收的监视信号检测从光调制器63输出的光中的2f₀分量。在此情况下，可以在光电检测器112和控制器30之间设置提取2f₀分量的滤波器。控制器30控制振幅均衡器26a-26d以增加2f₀分量。优选地，控制器30控制振幅均衡器26a-26d以最大化2f₀分量。

图12是例示根据第三实施方式的控制驱动信号的振幅的处理的流程图。图12的流程图的处理被控制器30周期地进行。控制器30例如以比偏振加扰器25改变偏振旋转角度θ的周期更短的时间间隔重复该流程图的处理。

在S11和S12，控制器30监视偏振加扰器25给出的偏振旋转角度θ。此时，控制器30从偏振加扰器25获得指示偏振旋转角度θ的角度信息。当偏振旋转角度θ是零时控制器30的处理移动到S13。换句话说，在偏振旋转角度θ是零的时段，控制器30进行S13到S16的处理。

在此，按照与第一实施方式类似的方式，光调制器63的驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q表示如下：

X′_I：X_Icosθ-Y_Isinθ

X′_Q：X_Qcosθ-Y_Qsinθ

Y′_I：X_Isinθ+Y_Icosθ

Y′_Q：X_Qsinθ+Y_Qcosθ  ...(4)

因此，当偏振旋转角度θ是零时，驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q表示如下：

X′_I＝X _I

X′_Q＝X_Q

Y′_I＝Y_I

Y′_Q＝Y_Q

换句话说，当偏振旋转角度θ是零时，驱动信号X′_I和X′_Q不受数据Y影响，并且驱动信号Y′I和Y′Q不被数据X影响。因此，当偏振旋转角度θ是零时，驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q均具有最优振幅。

另外，从以上算式(4)明显可见，当偏振旋转角度θ是π时，驱动信号X′_I和X′_Q不受数据Y影响，并且驱动信号Y′_I和Y′_Q不受数据X影响。因此，在偏振旋转角度θ是π的时段，控制器30进行S13到S16的处理。

在S13到S16，控制器30调整或者优化驱动信号的振幅。在此，分别针对驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q进行S13到S16的处理。例如，控制器30针对驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q顺序进行S13到S16的处理。在下文，将描述优化驱动信号X′_I的振幅的操作。

在S13，控制器30将引导信号叠加到驱动信号X′_I上。例如，控制器30命令振幅均衡器26a使增益以频率f₀振荡。通过这样做，利用振幅均衡器26a将引导信号叠加在驱动信号X′_I上。另选地，控制器30可以命令放大器64a使增益以频率f₀振荡。在此情况下，利用放大器64a将引导信号叠加在驱动信号X′_I上。

图13是例示LN调制器的操作的图，其中利用叠加了引导信号的驱动信号产生光信号。请注意，在图13中，驱动信号的振幅优化为2Vπ。另外，假定LN调制器的偏压也被优化。在此情况下，当将引导信号叠加到驱动信号上时，从LN调制器输出的光将包括2f₀分量。换句话说，当从LN调制器输出的光包括2f₀分量时，确定驱动信号的振幅已优化到或者近似优化到最优值。

另外，当驱动信号的振幅从最优值偏离时，如图14A和图14B所例示的，从LN调制器输出的光不包括2f₀分量。请注意，图14A例示了驱动信号的振幅大于最优值的状态，图14B例示了驱动信号的振幅小于最优值的状态。当驱动信号的振幅从最优值偏离时，从LN调制器输出的光将包括f₀分量。然而，当将驱动信号的振幅大于最优值的情况与驱动信号的振幅小于最优值的情况相比较时，f₀分量的相位彼此反相。

将再次描述图12。在S14-S15中，控制器30通过使用从光电检测器112接收的监视信号进行同步检测以检测从光调制器63输出的光中的2f₀分量。接着，在S16，控制器30命令振幅均衡器26a控制增益以增加或者最大化2f₀分量。结果，驱动信号X′_I的振幅改变，并且从LN调制器输出的光中提取的2f₀分量也改变。

控制器30重复S14到S16的处理直至2f₀分量达到特定最大值为止(或者直至2f₀分量变得大于特定阈值为止)。当2f₀分量达到最大值时，控制器30完成对驱动信号X′_I的振幅的调整。随后，控制器30还按照类似方式调整驱动信号X′_Q、Y′_I和Y′_Q。

由于以上描述的过程，优化或者近似优化了驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅。结果，发射信号的质量提高。

在图12的示例中，按照时分方案依次调整驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅。然而，第三实施方式不限于此方法。例如，控制器30可以并行地调整驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅。在此情况下，控制器30例如，通过使用各具有不同频率的引导信号调整驱动信号X′_I、X′_Q、Y′_I和Y′_Q的振幅。

在参照图13、图14A和图14B描述的方法中，驱动信号的振幅被控制以在频率f₀振荡。然而，第三实施方式不限于此方法。例如，控制器30可以控制偏压电压从而LN调制器的工作点将以频率f₀振荡。

在图12的示例中，控制器30通过使用2f₀分量调整驱动信号的振幅。然而，第三实施方式不限于此方法。换句话说，控制器30可以例如通过使用f₀分量调整驱动信号的振幅。在此情况下，控制器30调整驱动信号的振幅从而f₀分量将降低到零(或者从而f₀分量将小于特定阈值)。

请注意，可以用几乎相同的控制方案实现使用引导信号调整驱动信号的振幅的操作、以及调整光调制器63的偏压的操作。因此，如果利用同一控制系统进行这两个操作，则能够实现驱动信号的振幅的调整而不增加光发射机10的电路规模。

<其它实施方式>

上述第一到第三实施方式可以任意组合。例如，在第一实施方式或者第二实施方式的方法中发射光信号之前，可以通过使用第三实施方式的方法在基准条件(即，偏振旋转角度θ是零的状态)优化驱动信号的振幅。

在以上描述中，光发射机10发射偏振复用光信号，但是本发明不限于此配置。光发射机10可以通过使用单个偏振发射光信号。

此处引用的全部示例和条件性语言旨在教导以帮助读者理解发明人为了拓展本领域而贡献的本发明和概念，并且不应解释为限于具体引用的示例和条件，并且这些示例在说明书中的组织不涉及本发明的优劣的展示。尽管详细描述了本发明的实施方式，应理解，在不背离本发明的实质和范围的前提下可进行各种变化、替换、和修改。

Claims (10)

1.一种光发射机，所述光发射机包括：

数字信号处理器，所述数字信号处理器根据输入数据产生驱动信号；

控制器，所述控制器根据与所述数字信号处理器的数字信号处理相关的信息控制所述驱动信号的振幅或者功率；以及

光调制器，所述光调制器用经所述控制器控制的驱动信号调制输入光以产生光信号。

2.根据权利要求1所述的光发射机，其中

所述数字信号处理器包括偏振加扰器，所述偏振加扰器向所述驱动信号施加偏振旋转，并且

所述控制器根据所述偏振加扰器施加的偏振旋转的角度控制所述驱动信号的振幅或者功率。

3.根据权利要求2所述的光发射机，其中

所述控制器以所述偏振加扰器施加的偏振旋转的角度是零的驱动信号的振幅或者功率为基准控制所述驱动信号的振幅或者功率。

4.根据权利要求1所述的光发射机，其中

所述数字信号处理器包括映射器，所述映射器依据特定调制方案根据所述输入数据产生所述驱动信号，并且

所述控制器根据所述调制方案控制所述驱动信号的振幅或者功率。

5.根据权利要求1所述的光发射机，其中

所述数字信号处理器包括失真均衡器，所述失真均衡器向所述驱动信号施加失真以补偿用于传输所述光信号的光传输线路的色散，并且

所述控制器根据所述光传输线路的色散控制所述驱动信号的振幅或者功率。

6.根据权利要求1所述的光发射机，其中

所述控制器将所述驱动信号的振幅控制为所述光调制器在最优状态下工作的特定振幅。

7.根据权利要求1所述的光发射机，其中

所述光发射机接收指令信息，所述指令信息提供针对所述数字信号处理的指令，

所述数字信号处理器依据所述指令信息根据所述输入数据产生所述驱动信号，并且

所述控制器根据所述指令信息控制所述驱动信号的振幅或者功率。

8.根据权利要求1所述的光发射机，所述光发射机还包括：振荡控制器，所述振荡控制器控制所述驱动信号以特定频率振荡，其中

所述数字信号处理器包括偏振加扰器，所述偏振加扰器向所述驱动信号施加偏振旋转，并且

当所述偏振加扰器施加的偏振旋转的角度是零或者π时，所述控制器根据从所述光调制器输出的光信号中包括的所述特定频率的分量或者频率为所述特定频率的整数倍的分量，控制所述驱动信号的振幅或者功率。

9.根据权利要求8所述的光发射机，其中

当所述偏振加扰器施加的偏振旋转的角度是零或者π时，所述控制器控制所述驱动信号的振幅或者功率，从而最大化从所述光调制器输出的光信号中包括的频率为所述特定频率的两倍的分量。

10.一种光发射方法，所述光发射方法包括：

在数字信号处理中根据输入信号产生驱动信号；

根据与所述数字信号处理相关的信息控制所述驱动信号的振幅或者功率；以及

用经控制的驱动信号调制输入光以产生光信号。

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