CN103493406B - 光发射器和用于控制该光发射器的方法 - Google Patents

Abstract

由于难以借助于用于QAM格式的IQ调制器来发出稳定并且可靠的调制的光波信号，所以用于控制根据本发明的示例性方面的光发射器的方法包括如下步骤：（a）保持从光发射器输出的连续波光的光振幅恒定；（b）将在步骤（a）期间的光调制中的操作点值收敛到预定的值，以及（c）将具有多个振幅级和相位级的连续波光调制为在步骤（b）中收敛的操作点值的附近。

Description

光发射器和用于控制该光发射器的方法

技术领域

本发明大体涉及光通信技术，具体地，涉及利用多级调制方案的光通信技术。

背景技术

用于处理在光纤链路上的信息的传输的日益增加的需求以及优化光纤链路中的投入的一种方式是更加有效地使用在一个链路中可用的带宽以便于增加其容量。波分多路复用（WDM）技术使得能够通过添加使用不同波长的更多的发射器和接收器来增加传送信道的数目。然而，在WDM系统中的特性受到链路内部的放大器的带宽以及依赖于链路内部的有源部件或无源部件的波长的限制。因此，WDM系统的实际使用被限制为光谱中的S带（短带）、C带（常规带）或L带（长带）。

增加链路的容量的另一种方式是通过对传送的信息使用更加有效的调制格式来增加频谱效率（SE）。这能够结合WDM来使用。具有高达10Gb/s的传输速率的光通信系统主要利用用于调制的开关键控（OOK），其中，信息在光波信号的两个振幅级上进行编码。此外，较高容量系统基于对在四个相位水平上的信息进行编码的正交相移键控（QPSK）来利用调制方案。因此，可以每个传送的符号编码两个二进制比特。这在非专利文献1（NPL1）中进行说明。以这种方式，传送信息所需要的光谱的必要带宽被更加有效地使用。

用以甚至更多地增加信道中的光谱效率并且因此增加链路容量的另一种方式是使用正交幅度调制（QAM），其中，符号在相位和振幅级上被编码，并且被组织为在正交相位中的多级振幅的组合。在非专利文献2（NPL2）中公开了QAM系统的示例。在NPL2中，调制格式是16QAM，其中，信息被编码成16级，也就是，每个符号4个二进制比特。与QPSK相比，这使得能够增加频谱效率。此外，在非专利文献3（NPL3）中，公开了对512QAM的使用，其中，信息被编码成512级，即，每个符号9个二进制比特，并且与16QAM相比，频谱效率甚至增加得更多。因此，QAM格式是增加链路容量的有效方式。

如由NPL2和NPL3所示，在可实现的频谱效率（SE）与可实现的传输距离之间存在折衷（trade off）。因此，根据具有被传送的信号的光纤链路上的距离，有利的是能够选择QAM格式的指数，即，在星座上的调制的符号的数目或者换言之在一个符号上编码的二进制比特的数目的2的幂，以优化该折衷。能够根据发射器的设定来发出以不同QAM指数调制的光的发射器的使用是优化该折衷的经济有效的方式。

QAM格式能够利用光IQ调制器来执行，该光IQ调制器根据源有时称为笛卡尔调制器、矢量调制器、双平行调制器或嵌套（nested）调制器。在IQ调制器中，电信号驱动能够被称为子马赫曾德尔（Mach-Zehnder）调制器（MZM）的两个独立的马赫曾德尔装置。子MZM调制相同的光载波的相位和振幅。其输出中的一个的相位在被重新组合之前相对延迟90度。子MZM的输出之间的相位延迟能够被称为正交角度（angle of quadrature）并且理想地是90度模180度。这些IQ调制器在NPL2和NPL3中用于QAM格式并且还有在NPLl中用于QPSK调制。这些IQ调制器提供有效并且经证实的方式以执行QAM格式。

然而，已知的是，由于温度的变化或装置的老化而导致在IQ调制器中存在DC（直流）偏置的漂移。存在三种类型的受影响的偏置，即，两个子MZM中的每一个的DC偏置和用于以正交设定角度的DC偏置。如果使用具有相同结构的调制器，则已知QPSK调制和QAM格式。偏置中的漂移导致不正确地设定调制器，这使得传送的信号的降级，并且因此使得接收的信号质量降低，或者在最坏的情况下，使得不可能对接收的信号进行解码。该问题可能在使用调制器的发射器的生产阶段或组装阶段，在调制器的特征测试中并且每当调制器首次用于数据的调制时也就是在每次启动或复位操作时被显现。相同的故障也有可能在调制器的操作期间出现。对于OOK、相移键控（PSK）调制和QPSK而言，这些故障通过使用自动偏置控制（ABC）电路来解决，该自动偏置控制电路控制调制器的偏置并且用于补偿DC偏置变化。以这种方式，ABC技术能够在启动或复位两者时并且在操作期间DC操控偏置的漂移。

非专利文献4（NPL4）公开了一种方案，该方案能够用于ABC以控制马赫曾德尔装置的输出之间的90度相位。这基于最小化调制信号的RF功率频谱。基本原理在于，I数据分量与Q数据分量之间的干扰增强RF功率频谱，并且因此，正交角度能够通过最小化RF功率频谱来控制。该方案结合用于控制子MZM的DC偏置的已知方法使得能够控制IQ调制器的DC偏置以进行QPSK调制。

在专利文献1（PTL1）中，使用与NPL4的原理相同的原理，并且此外，添加抖动频率以通过控制与抖动频率相关的监视的频谱分量来控制正交角度。此外，还解释了用于马赫曾德尔装置的DC偏置的控制的基于抖动的ABC电路。以与用于NPL4相同的方式，这样的方法对于QPSK是有效的。使得能够补偿在操作期间以及在QPSK的调制器的启动之前的偏置改变。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利申请特开公布No.2008-249848

非专利文献

NPL1:L.Nelson等人的"Capabilities of Real-Time DigitalCoherentTransceivers",European Conference on Optical Communications(paper MolC5,2010).

NPL2:P.Winzer等人的"Generation and1,200-km Transmission of 448-Gb/sETDM 56-Gbaud PDM 16-QAM using a Single I/Q Modulator",(ECOC2010,PD2.2).

NPL3:S.Okamoto等人的"512QAM(54Gbit/s)Coherent Optical Transmissionover 150 km with an Optical Bandwidth of 4.1GHz",(ECOC2010,PD2.3).

NPL4:R.A.Griffin et al.,"Integrated DQPSK Transmitters",(OFC2005,paper OWE3).

发明内容

技术问题

在QPSK格式与QAM格式之间的一个不同之处在于，QPSK是以恒定幅度的相位调制，而QAM格式使用多个振幅和相位级。因此，局部极值以诸如QAM格式的方式在用于控制DC偏置的监视信号中出现，而对于QPSK格式，不存在局部最小值。然而，这样的ABC电路能够补偿在利用QAM格式的操作期间发生的DC偏置改变，只要调制器被正确地设定在最优条件。然而，这样的ABC电路无法避免在启动或复位时由QAM格式引起的局部极值，并且因此无法适当并且可靠地设定偏置。

即使在如PTL1中所示的使用利用抖动频率的ABC技术的情况下，也不能避免由于QAM格式而导致的局部极值的出现。

如上所述，那些相关的光发射器的问题在于，因为不能避免在IQ调制器的启动或复位时在IQ调制器中的DC偏置的漂移，所以借助于用于QAM格式的IQ调制器难以发出稳定并且可靠的调制光波信号的问题。

本发明的示例性目的在于提供光发射器和用于控制该光发射器的方法，该发射器和方法能够借助于用于QAM格式的IQ调制器来发出稳定并且可靠的调制光波信号。

对问题的解决方案

根据本发明的示例性方面的用于控制光发射器的方法包括如下步骤：（a）保持从光发射器输出的连续波光的光振幅恒定；（b）将在步骤（a）期间，使光调制中的操作点值收敛到预定值，以及（c）将具有多个振幅级和相位级的连续波光调制为在步骤（b）中收敛的操作点的附近。

根据本发明的示例性方面光发射器的包括：发射连续波光的激光器；调制所述连续波光的光调制器；控制所述光调制器的直流偏置的电压值的自动偏置控制电路；对逻辑二进制数据进行编码并且输出多级信号的编码器；以及放大所述多级信号并且由此驱动所述光调制器的驱动器，其中，使从所述光调制器输出的所述连续波光的光振幅保持恒定，所述自动偏置控制电路使得所述电压值收敛到预定值，并且所述光调制器利用多个振幅级和相位级将所述连续波光调制为在收敛的电压值附近。

技术效果

根据本发明的示例性优点提供了一种能够借助于用于QAM格式的IQ调制器来发出稳定并且可靠的调制光波信号的光发射器和用于控制该光发射器的方法。

附图说明

图1是包括利用ABC电路受到控制的IQ调制器的光发射器的示意性表示。

图2是图1所示的用于QPSK格式的光发射器的模拟结果的集合。图2A是表示带通滤波器的输出对DC偏置的线形图。图2B是表示带通滤波器的输出与抖动正弦信号之间的相位差的线形图。图2C是表示带通滤波器的输出对正交角度的线形图。图2D是QPSK光波信号的模拟眼图。图2E是表示光波信号的模拟轨迹的星座图。图2F是表示图2E所示的在符号的中心处采样的轨迹点的星座图。

图3是图1所示的用于64QAM格式的光发射器的模拟结果的集合。图3A是表示带通滤波器的输出对DC偏置的线形图。图3B是表示带通滤波器的输出与抖动正弦信号之间的相位差的线形图。图3C是表示带通滤波器的输出对正交角度的线形图。图3D是64QAM光波信号的模拟光波形。图3E是表示在光波信号中的符号的中心处采样的点的星座图。图3F是表示在具有等于0的偏置的I-MZM中的带通滤波器的输出的振幅的线形图。图3G是表示带通滤波器的输出与在具有等于0的偏置的I-MZM中的参考正弦信号之间的相位差的线形图。图3H是表示在具有等于两倍Vpi的偏置的Q-MZM中的带通滤波器的输出的振幅的线形图。图3I是表示带通滤波器的输出与在具有等于两倍Vpi的偏置的Q-MZM中的参考正弦信号之间的相位差的线形图。图3J是表示带通滤波器的输出对正交角度的线形图。图3K是当偏置条件不同于理想条件时64QAM光波信号的模拟光波形。图3L是表示当偏置条件不同于理想条件时在64QAM光波信号中的符号的中心处采样的点的星座图。图3M是具有64QAM光波信号中的另一个局部最小值的星座图。

图4是根据第一示例性实施例的光发射器的示意性表示。

图5是示出用于控制根据第一示例性实施例的光发射器的方法的流程图。

图6是根据第二示例性实施例的光发射器的示意性表示。

图7是示出根据第二示例性实施例的用于控制光发射器的方法的流程图。

图8是示出用于控制根据第二示例性实施例的光发射器的另一种方法的流程图。

图9是根据第三示例性实施例的光发射器的示意性表示。

图10是示出用于控制根据第三示例性实施例的光发射器的方法的流程图。

图11是由根据第三示例性实施例的光发射器发射的信号的一个偏振上的星座图。

具体实施方式

[第一示例性实施例]

图1是包括IQ调制器110和自动偏置控制（ABC）电路120的光发射器1000的示意性表示。图1上所表示的光发射器1000根据逻辑二进制数据流100发出由IQ调制器110调制的光波信号199。编码器101根据逻辑二进制数据流100和光发射器1000的调制格式来生成IQ调制器110的I分量和Q分量的信号。由编码器101生成的两个电信号由驱动器102和103放大，使得其振幅对于IQ调制器110而言将是最优的。激光器104根据由驱动器102和103生成的驱动信号来发出由IQ调制器110调制的连续波（CW）光。

IQ调制器110包括分别用于I分量和Q分量的两个子马赫曾德尔调制器（MZM）111和112。IQ调制器110还包括相移元件113和集成监视光检测器（PD）114。替代地，监视PD114能够独立于IQ调制器110进行设定，并且接收IQ调制器的输出光波信号的分接部分（tappedportion）。相位移位元件113使得能够控制IQ调制器110中的正交的角度。监视PD114生成与调制的光信号成比例的强度成比例的电信号，并且能够用于监视IQ调制器110的状况。

ABC电路120根据由监视PD114提供的监视信号来控制子MZM111和112的DC偏置以及通过相移元件113控制正交角度的偏置。ABC电路120使用由以相应的独立频率f1、f2和f3生成正弦信号的振荡器131、132和133所生成的抖动来分别控制MZM111、MZM112和相移元件113的偏置。这些频率可以在从几千赫兹到几兆赫兹的范围内。由监视PD114生成的监视信号由放大器121放大，并且随后由分频器122分割成三个相等的信号。

控制电路140根据分频器122的输出和由振荡器131生成的频率f1的正弦电压来生成I-子MZM111的DC偏置。带通滤波器141具有中心频率f1和窄得足以排除f2和f3的其它频率分量的带宽。带通滤波器141的输出的振幅与由监视PD114生成的监视信号的f1处的频率分量成比例。相位比较器142生成与带通滤波器141的输出的振幅成比例并且与由带通滤波器141提取的在f1附近的信号和由振荡器131生成的f1处的正弦信号之间的相位差成比例的误差信号。偏置电路143生成DC电压以控制I-子MZM111的偏置以便于最小化由相位比较器142生成的并且具有在频率f1处的抖动分量的误差信号。

另一控制电路150与控制电路140相同，并且具有中心频率f2的带通滤波器。控制电路150以与控制电路140相同的方式，根据与由监视PD114生成的监视信号成比例的分频器122的输出来控制Q-子MZM112的DC偏置。

分频器122的第三输出被馈送到包络检测器160，该包络检测器160的输出由具有中心频率f3的带通滤波器161进行滤波。包络检测器160的输出生成反映由监视PD114生成的监视信号的RF功率频谱的信号。锁定电路162使用抖动频率f3来生成与带通滤波器161的输出成比例的误差信号。最终，角偏置电路163生成最小化由锁定电路162生成的并且具有抖动频率f3的误差信号的电压。由角偏置电路163生成的电压通过相移元件113来控制IQ调制器110的正交角度。

首先，解释QPSK格式的模拟结果。图2是图1所示的对于具有32Gbaud的波特率的QPSK格式的光发射器1000的模拟结果的集合。监视PD114的带宽是1GHz。频率f1、f2和f3分别被设定为4MHz、9MHz和7.5MHz。相应地设计带通滤波器141、161以及包括在控制电路150中的带通滤波器。由驱动器102和103输出的每个驱动信号都具有两倍Vpi的峰间振幅。Vpi表示在没有调制的情况下在子MZM111和112的最大传输条件与最小传输条件之间的电压中的差异。Vpi的模拟值等于3V。该驱动条件对于QPSK调制而言是理想的。

图2A是表示带通滤波器141的输出对由Vpi归一化的子MZM111的DC偏置的线形图。在表示MZM111的最大传输特性和最小传输特性的每个点处存在最小值。图2B是表示带通滤波器141的输出与由振荡器131生成的抖动正弦信号之间的相位差的线形图。该相位在图2A所示的曲线的每个最小值点处交替。

接着，解释控制MZM111的DC偏置的示例。在光发射器1000的启动或复位时，可以考虑归一化的偏置的不同的条件。根据装置的温度和状态，图2A和图2B所示的调制器的电压特性容易在其横坐标上平移。然而，为了常规原因和研究的便利，我们将特性考虑为固定的，并且使电压平移相反的量。因此，由于该习惯并且考虑到调制器的特性的周期性，在启动或复位时的归一化电压可能取0V与2V之间的值中的任何一个。当该值是在0V与0.5V之间时，最接近的最小值是0V。然而，由于监视的信号与参考正弦信号同相，所以由相位比较器142生成的误差信号继续是严格正的（strictly positive)，并且由偏置电路143生成的偏置继续增加远离0V。

电压经过0.5V并且增加直至达到1V。在该情况下，可达到一个最小值。此外，当通过1V时，信号和参考正弦信号将反相，因此，由偏置电路143生成的误差信号将变小。结果，由偏置电路143生成的偏差将被保持在1V。相应地，由于相位关系，1V（偏置等于Vpi）是稳定的最小值，而0V是不稳定的。根据相同的机制，ABC电路120生成1V的偏置。以同样的方式，当跟踪由于操作期间的温度的改变而引起的电压变化时，生成的归一化偏置被保持在1V。这意味着MZM111在Vpi处被偏置，这对于QPSK而言是最佳的偏置条件。用于控制MZM112的偏置的操作与上文提及的操作相同。

图2C是表示带通滤波器161的输出对通过相移元件113从0°至360℃进行控制的正交角度的线形图。信号在获得正交角度的正交性的每个点处达到最小值，也就是，正交角度是90度模180度。这是由于I分量上的信号与Q分量上的信号之间的干扰在该配置下最小的事实而导致的。锁定电路162控制由角偏置电路163生成的偏置，以便于最小化带通滤波器161的输出。在该配置下，针对QPSK调制优化正交角度。

无论条件如何，图2A、图2B和图2C的特性都与由ABC电路120控制的IQ调制器110的三个偏置相同。这意味着ABC电路120在启动或复位时能够找到对于QPSK调制的最优条件。而且，对于在图1所示的光发射器1000的操作期间的偏置的变化，ABC电路120能够补偿这些变化，并且将IQ调制器110的偏置保持在其最优条件下。

图2D是在光发射器1000以最优偏置发出32Gbaud QPSK信号并且IQ调制器110由ABC电路120控制的条件下由图1所示的光发射器1000生成的QPSK光波信号199的模拟眼图。

图2E是表示光波信号199的模拟轨迹的星座图。图2F是表示图2E所示的在符号的中心处采样的轨迹点的星座图。QPSK调制的四个可能的符号被正确地定位和分离。ABC电路120使得能够在启动或复位时并且在操作期间在最优条件下控制IQ调制器110。

接下来，如下解释QAM格式的模拟结果。图3是图1所示的对于选择为具有32Gbaud的波特率的64QAM的调制格式的光发射器1000的模拟结果的集合。IQ调制器110和ABC电路120的抖动频率被选择为与图2中所示的QPSK格式的那些相同。然而，编码器101包括两个数模转换器（DAC）。DAC将逻辑二进制数据流100变换成具有8个级的电信号。多级电信号由驱动器102和103放大，并且多级驱动信号被馈送到IQ调制器110以根据64QAM来调制CW光。由驱动器102和103输出的驱动信号具有两倍Vpi的峰间振幅。该驱动条件对于在不同的级之间具有适当差异的64QAM格式而言是理想的。

图3A是表示带通滤波器141的输出对由Vpi归一化的子MZM111的DC偏置的线形图。对于该模拟的条件是，Q侧的DC偏置是Vpi，并且正交角度是90度。图3B是表示带通滤波器141的输出与由振荡器131生成的抖动正弦信号之间的相位差的线形图。图3C是表示当DC偏置被设定为I和Q子MZM上的Vpi时带通滤波器161的输出对正交角度的线形图。这些结果与图2所示的那些结果相同，并且示出了如果Q侧的DC偏置ABC被设定为Vpi并且正交角度被设定为90度，则ABC电路120能够将DC控制在Vpi附近。

图3D是当在ABC电路120的理想条件下设定IQ调制器时64QAM光波信号199的模拟光波形。图3E是表示在相同的条件下在光波信号199中的符号的中心处采样的点的星座图。如图3E所示，存在64个不同的可能符号，其被相等地间隔并且位于8X8的栅格上。这些结果示出了如果DC偏置在IQ调制器的操作期间接近理想条件，则ABC电路120能够根据64QAM格式来控制IQ调制器110驱动。

然而，由于QAM格式与QPSK相比不再具有恒定振幅的事实，当偏置条件不同于理想条件时，监视信号上的其它最小值出现。这种情况在光发射器的启动或复位时可能出现。

下面解释局部最小值出现的这些条件中的一个。该条件是，I-MZM的偏置等于0V，Q-MZM的偏置等于两倍Vpi，并且正交角度等于45度，并且偏置在这些点附近变化。图3F是表示带通滤波器141的输出的振幅的线形图。图3G是表示带通滤波器141的输出与由振荡器131输出的参考正弦信号之间的相位差的线形图。如图3F所示，监视信号的振幅在等于0V的偏置条件下具有最小值。根据该点上的相位变化，这是对于ABC电路的稳定条件。

以同样的方式，图3H是表示包括在另一控制电路150中的带通滤波器的输出的振幅的线形图。图3I是表示在带通滤波器的输出与由振荡器生成的参考正弦信号之间的相位差的线形图。在这种情况下，如图3H所示，振幅具有在等于两倍Vpi的偏置条件下具有最小值。在该点上的相位改变示出了它对于ABC电路而言是稳定条件。最后，图3J是表示带通滤波器161的输出对正交角度的线形图。在这种情况下，因为45°的角度是特性的最小值，所以45°的角度是稳定条件。因此，由于QAM格式，在I-MZM的偏置等于0V的，Q-MZM的偏置等于2Vpi，并且正交角度等于45°的情况下，监视信号的局部最小值已经出现。

图3K是在不同于理想条件的这些偏置条件中的64QAM光波信号199的模拟光波形。图3L是表示在相同的条件下在64QAM光波信号199中的符号的中心处采样的点的星座图。很明显，因为一些符号被降级并且这些符号不能被正确解调，所以在这些条件下不能正确地执行64QAM格式。因此，在光发射器在这些偏置附近启动或复位时，由于热条件和调制器状态而导致ABC电路将使得偏置收敛于该局部最小值，并且将不会正确地执行调制。

局部最小值的存在不限于这些条件。图3M是在I-MZM的偏置等于0.5Vpi，Q-MZM的偏置等于0.2Vpi并且正交角度等于45°的情况下具有另一个局部最小值的星座图。而且，这些最小值的存在并不限于64QAM格式。对于具有包括振幅级是多个的16QAM、32QAM、128QAM、256QAM和512QAM的不同指数的QAM格式，存在其它局部最小值。

接下来，解释根据本实施例的光发射器。图4是根据本实施例的光发射器的示意性表示。光发射器400发出以发射器的调制格式根据逻辑二进制数据流498调制的光波信号499。光发射器400可以是发出根据逻辑二进制数据流498以xQAM格式调制的光波信号499的xQAM发射器。这里，x表示QAM指数，例如对于64QAM格式x等于64。激光器404发出由作为光调制器的IQ调制器410调制的连续波（CW）光。IQ调制器410可以与图1所示的IQ调制器110相同。根据在IQ调制器410中的集成监视PD的输出，自动偏置控制（ABC）电路420控制IQ调制器410的三个DC偏置，即，控制I子MZM的DC偏置、控制Q子MZM的DC偏置以及控制正交角度的DC偏置。编码器401包括数据编码器单元405和数模转换器（DAC）406、407。数据编码器单元405将逻辑二进制数据流498分割成编码为生成DAC406和407的多级信号的两个子流。DAC406和407的输出由相应的驱动器402和403放大，以生成驱动IQ调制器410中的相应的I和Q子MZM的电信号。

光发射器400包括包含定时器471和开关单元472的驱动器控制器470。定时器471根据预定的时间Tswitch来控制开关单元472。时间Tswitch是从启动时间开始测量或者替代地从光发射器400的复位时间开始测量，并且被设计成使ABC电路420保持足够的时间以达到收敛。开关单元472确保，驱动器402和403在光发射器400的启动或复位时被断开。当定时器471已经测量了时间Tswitch时，激活开关单元472，并且然后开关单元472接通驱动器402和403。

接下来，解释用于控制根据本实施例的光发射器的方法。图5是示出用于控制图4所示的光发射器400的方法的流程图。在下文中，将参考图5来解释光发射器400的操作的示例。在本实施例中，具有64QAM格式的132Gb/s发射器用作光发射器400。因此，该发射器在22Gbaud下进行操作。逻辑二进制数据流498是具有132Gb/s的聚合率的二进制数据流。数据编码器405的输出中的每一个具有66Gb/s的聚合率。DAC406和407以22Gbaud生成8级电信号。

光发射器400首先在启动时被接通过，并且其启动序列开始。开关单元472保持驱动器402和403断开（图5的步骤S401），也就是，保持驱动器的输出电压值恒定。结果，连续波光的光振幅已经被保持恒定。在这点上，ABC电路420以及激光器404和IQ调制器410是接通的。然而，由于驱动器402和403保持断开，所以其输出是零。在该条件下，ABC电路420控制IQ调制器410的DC偏置。如上所提及的，在IQ调制器410的启动时，由于局部最小值以64QAM格式出现而导致其DC偏置可能被错误地设定。然而，由于调制数据是零，也就是，恒定的，所以ABC电路420可以使得子MZM的DC偏置收敛到其最小传输点Vpi，该最小传输点Vpi是与IQ调制器410的最优操作点值的直流偏置的电压值，并且也是64QAM的最优设定点。子I和QMZM的最优操作DC偏置等于Vpi，模2*Vpi，该最优操作DC偏置是针对相消干涉设定马赫曾德尔干扰计的偏置。用于控制I和Q MZM之间的正交角度的偏置的最优操作点是与以90度模180度的相位差相对应的电压。

定时器471测量从光发射器400的启动时间开始所经过的时间，并且确定所经过的时间是否已经达到Tswitch（步骤S402）。在时间Tswitch（步骤S402/是）处，ABC电路420已经收敛了DC偏置。定时器471向开关单元472发出已经到达Tswith的信号。然后，开关单元472接通驱动器402和403（步骤S403）。此时，IQ调制器410开始根据64QAM格式调制光。由于子MZM的DC偏置已经到达其最优点，ABC电路420能够在操作期间追踪DC偏置的漂移。此外，在该条件下，ABC电路420还能够在不遇到任何局部最小值的情况下将正交角度控制到其90度的最佳设定（步骤S404）。以这种方式，光发射器400的启动序列已经完成，并且已经针对QAM调制正确地设定了IQ调制器410的DC偏置。结果，在光发射器400的操作期间，ABC电路420能够追踪DC偏置中的任何变化。

替代地，图5的序列能够在发射器400的复位时被施加。在那种情况下，光发射器400的复位序列已经完成，并且已经正确地设定了IQ调制器410的DC偏置。结果，在光发射器400的操作期间，ABC电路420能够追踪DC偏置中的任何变化。

在本实施例的替代实施方式中，能够通过适当地设定数据编码器405来设定图4中所示的光发射器400的QAM格式的指数。例如，在开始时能够针对调制的格式选择256QAM。在该实施方式中，根据图5所示的流程图，对于光发射器400，能够独立于所选择的调制格式来正确地启动和操作。

如上所提及的，根据本实施例，光发射器能够借助于用于QAM格式的IQ调制器来发出稳定并且可靠的调制的光波信号。这是因为，通过在启动时使用恒定或零调制数据，IQ调制器的DC偏置能够收敛到其最小传输点。换言之，使得能够避免达到用于具有QAM格式的ABC电路的监视信号的局部最小值。因此，本实施例使得能够实现调制的正确且可靠的启动。此外，一旦启动序列已经被实现，则由ABC电路进行的控制使得能够实现正确的操作。而且，不必使用可能与光波载波发生干扰的任何其它光。最后，本实施例可以用于具有任何指数的QAM格式以及QPSK格式。

此外，借助于简单的现成的电子设备来实施根据本实施例的光发射器是可能的，因此，它是具有成本有效的。另外，能够以小封装（footprint）来实施光发射器，因此能够被制造得更小。

[第二示例性实施例]

图6是根据第二示例性实施例的光发射器的示意性表示。光发射器600是发出根据逻辑二进制数据流698以xQAM格式调制的光波信号699的xQAM发射器。这里，x表示QAM指数。编码器601与图4所示的编码器401相同。编码器601包括数据编码器和两个DAC，并且生成多级电信号以在由驱动器602和603放大之后驱动IQ调制器610。IQ调制器610根据I和Q驱动信号调制由激光器604发出的CW光。驱动器602和603能够由开关单元672断开。开关单元672命令驱动器602和603供应电压。开关单元672由控制单元630来控制。控制单元630由电路组成，并且可以包括微处理器。

IQ调制器610的三个DC偏置由ABC电路620来控制。集成在IQ调制器610中的监视PD的输出由分频器674分割。分频器674的一个输出由ABC电路620使用以控制IQ调制器610的DC偏置。分频器674的另一个输出由角度分析器673参考设定为控制IQ调制器610中的正交角度的DC偏置的值来记录。角度分析器673由控制单元630来控制。此外，角度分析器673将用于控制正交角度的最适当的DC电压通信到ABC电路620。如果ABC电路602类似于图1所示的ABC电路120，则关于用于控制正交角度的偏置的适当的信息由类似于角偏置电路163的角度分析器673来提供。

扫描电路675生成不同的DC电压并且由控制单元630来控制。扫描电路675的输出连接到角度分析器673。角度分析器673在接收分频器674的输出的同时记录扫描电路675的输出，分频器674的输出是从IQ调制器610中的监视PD分割的信号。扫描电路675的输出还连接到开关676。开关676能够将其输出选择为由扫描电路675生成的电压或由ABC电路620生成的DC偏置，以便于控制IQ调制器610中的正交角度。开关676还由控制单元630来控制。控制单元630还能够接通和断开ABC电路620，并且监视由ABC电路620针对DC偏置的控制生成的错误信号。这里，误差信号被定义为其大小和相位与实际接收值和标准值之间的差异成比例的信号。

图7是示出用于控制根据本实施例的光发射器600的方法的流程图。图7所示的序列使得能够实现图6所示的xQAM发射器的正确启动。当光发射器600被通电或被复位时，控制单元630命令开关单元672通过关闭驱动器602和603的电源来使驱动器602和603断开（图7中步骤S601）。以同样的方式，控制单元630关闭ABC电路620的电源（步骤S602）。控制单元630将开关676设定用于选择扫描电路675的输出（步骤S603）。

然后，控制单元630命令扫描电路675取在适当的电压范围Vqad内的N+1个电压值VQ中的每一个。对于IQ调制器610中的正交角度，适当的电压范围Vqad能够被选择为使得它能够产生180度相位差。这些电压值的数能够为约5。对于VQ值中的每一个，角度分析器673以低速模数转换器（ADC）记录值VQ和包括在IQ调制器610中的监视PD的对应的级Vmon。这些值能够被记录在包括在角度分析器673中的易失性存储器上（步骤S604）。然后，控制单元630命令角度分析器673扫描记录的Vmon值，并且搜索最大值和最小值（步骤S605）。角度分析器673生成作为与最大Vmon和最小Vmon相对应的电压VQ的平均值的平均电压VHalf（步骤S606）。该平均电压大致上对应于将IQ调制器610中的正交角度设定为约90度所需要的DC偏置。90度是从IQ调制器（0°正交）中的相长干涉的估计开始并且到IQ调制器（180度正交）中的相消干涉的一半。控制单元630读取VHalf并且针对扫描电路675设定VHalf（步骤S607）。

然后，控制单元630将ABC电路620设定为接通（步骤S608），并且命令开关单元672使驱动器602和603接通（步骤S609）。ABC电路620控制IQ调制器610的I和Q子MZM的DC偏置，而IQ调制器610中的正交角度被保持在大约90度。在该配置中，ABC电路620能够为子MZM找到不落入由于QAM格式而导致的不正确的局部最小值的适当的DC偏置。

控制单元630对ABC电路620轮询子MZM的DC偏置的错误信号。如果ABC电路620类似于图1所示的ABC电路120，则轮询的错误信号是相位比较器142的输出和控制电路150中对应的信号。控制单元630确定DC偏置的错误信号是否已经收敛（步骤S610）。当错误信号在通过考虑DC偏置是否已经收敛而选择的阈值以下时（步骤S610/是），控制单元630命令ABC电路620将VHalf作为控制IQ调制器610的正交角度的DC偏置来施加（步骤S611）。如果ABC电路620类似于图1所示的ABC电路120，则角偏置电路163的输出被设定为VHalf。然后，控制单元630命令开关676选择用于控制ABC电路620的正交角度的DC偏置（步骤S612）。在该配置中，ABC电路620能够有效地控制IQ调制器610中的正交角度，并且将该角度设定为约90度，确保不存在由于QMA格式而导致的任何不适当的局部最小值的发生（步骤S613）。

一旦已经实现了光发射器600的启动序列，IQ调制器610的DC偏置就被正确地设定。在光发射器600的操作期间，ABC电路能够追踪所有的偏置变化。

在本实施例的替代实施方式中，VHalf被施加到ABC电路620的时刻能够由类似于图4所示的定时器471的定时器来确定，而不是通过轮询ABC电路620的错误信号来确定。

图8是示出用于控制根据本实施例的光发射器600的另一种方法的流程图。图8所示的序列使得能够实现图6所示的xQAM发射器的正确启动。当光发射器600被通电或被复位时，控制单元630命令开关单元672关闭驱动器602和603（图8中步骤S621）。控制单元630关闭ABC电路620的电源（步骤S622）。控制单元630将开关676设定为选择扫描电路675的输出（步骤S623）。

然后，控制单元630命令扫描电路675取在适当的电压范围Vqad内的N+1个电压值VQ中的每一个。对于VQ值中的每一个，角度分析器673记录值VQ和被包括在IQ调制器610中的监视PD的对应的级Vmon。这些值能够被记录在被包括在角度分析器673中的易失存储器上（步骤S624）。然后，控制单元630命令角度分析器673扫描记录的Vmon值并且搜索最大值和最小值（步骤S625）。角度分析器673生成作为对应于最大Vmon和最小Vmon的电压VQ的平均值的电压VHalf（步骤S626）。该电压大致上对应于将IQ调制器610中的正交角度设定为约90度所需的DC偏置。控制单元630读取VHalf并且为扫描电路675设定VHalf（步骤S627）。

然后，控制单元630将ABC电路620设定成接通（步骤S628）。ABC电路620控制IQ调制器610的I和Q子MZM的DC偏置，而调制信号的振幅仍然被保持为恒定或零，因为驱动器602和603被断电。在该配置中，ABC电路620能够为子MZM找到不落入由于QAM格式而引起的不正确的局部最小值的适当的DC偏置。

控制单元630对ABC电路620轮询子MZM的DC偏置的错误信号。控制单元630确定DC偏置的错误信号是否已经被收敛（步骤S629）。当错误信号在通过考虑DC偏置是否已经收敛而挑选的阈值下方时（步骤S629/是），控制单元630命令ABC电路620将VHalf作为控制IQ调制器610的正交角度的DC偏置来施加（步骤S630）。然后，控制单元630命令开关676选择用于控制ABC电路620的正交角度的DC偏置（步骤S631）。在那个配置中，ABC电路620能够有效地控制IQ调制器610中的正交角度并且将该角度设定为约90度，确保不存在由于QMA格式引起的任意不适当的局部最小值的发生（步骤S632）。

然后，控制单元630命令开关单元672使驱动器602和603通电（步骤S633）。结果，IQ调制器610实际上以xQAM格式调制光波载体。在这种情况下，同样地，一旦光发射器600的启动序列已经被实现，IQ调制器610的DC偏置就被正确地设定。在光发射器600的操作期间，ABC电路能够追踪所有的偏置变化。

[第三示例性实施例]

图9是根据第三示例性实施例的光发射器的示意性表示。光发射器900是发射根据逻辑二进制数据流998以xQAM格式调制的光波999的偏振多路复用xQAM发射器。在此处，x表示QAM指数。光发射器900包括数据控制器970，该数据控制器970包含定时器971、数据开关972、和训练模式生成器973。

逻辑二进制数据流998经过数据开关972。数据开关972根据其状态输出逻辑二进制数据流998或由训练模式生成器973生成的固定的数据序列。数据开关972从定时器971接收命令。由训练模式生成器973发射的数据模式被挑选使得对应的调制的光波信号999具有三个或四个可能的状态，该三个或四个可能的状态在它们相邻的状态之间分别具有90度的相位差的并且在它们符号的中心处具有恒定振幅。

数据开关972的输出由编码器901编码，该编码器901生成四个多级信号以便以xQAM格式调制所述输出。编码器901包括数据编码器905，该数据编码器905生成四个流，该四个流由四个DAC906、907、908、和909转换成多级信号。DAC的输出由相应的驱动器902、903、904、和905放大。

CW光由激光器904发射并且由偏振维持耦合器（CPL）913分割。耦合器913的1输出被供给到类似于图1所示的IQ调制器110的IQ调制器911中。耦合器913的另一个输出被供给到类似于所示的IQ调制器911的另一个IQ调制器912中。IQ调制器911和912的输出由偏振光束组合器（PBC）914组合，该偏振动光束组合器914使其输出中的一个的偏振90度。IQ调制器911、912、耦合器913和偏振光束组合器914能够被集成到作为单个双重偏振（DP）IQ调制器910的单个封装中。

CW光在X偏振上由IQ调制器911根据由驱动器902和903生成的驱动信号来调制。在Y偏振动上，CW光由另一个IQ调制器912根据由驱动器904和905生成的驱动信号来调制。IQ调制器911的DC偏置受到ABC电路921的控制，并且另一个IQ调制器912的DC偏置受到ABC电路922的控制。这些ABC电路921和922能够被集成为控制IQ调制器910的DC偏置的单个ABC电路920。

图10是示出用于控制根据本实施例的光发射器900的方法的流程图。图10所示的流程图的序列使得能够实现图9所示的PM-xQAM发射器900的正确启动。当光发射器900被通电或被复位时，数据开关972被设定为输出由训练模式生成器973发射的训练模式（图10中的步骤S901）。定时器970类似于图4所示的定时器471。定时器971测量从光发射器900的启动时间开始所经过的时间，并且确定所经过的时间是否已经达到Tswitch（步骤S902），其中Tswitch被设计成使得ABC电路920在Tswitch之前已经到达稳定的状态。在时间Tswitch（步骤S902/是）之后，数据开关972切换其输出并且输出逻辑二进制数据流998（步骤S903）。根据由训练模式生成器973发射的训练模式的性质，在训练模式确保由于xQAM格式引起的局部最小值不出现的条件下，ABC电路920能够在启动时正确地控制DP-IQ调制器911、912的所有DC偏置。在那时，光发射器900发射xQAM数据和DC偏置，其IQ调制器在启动时已经被设定为正确的值。此外，ABC电路能够追踪在操作期间发生的DC偏置中的变化。

图11是由图9所示的光发射器900发射的信号的一个偏振上的星座图。调制格式是16QAM。存在16种等距的且分布在4X4栅格上的可能的状态。在各个符号之上，对应的4个比特序列表示格雷编码的一种情况。当编码器901根据该编码生成多级信号时，在一个星座上的发射光符号遵守图11所示的星座。在这种情况下，通过选择仅与起源（origin）等距的符号，能够设计由训练模式生成器973生成的训练模式。也就是，符号例如对应于“1011”（A）、“0011”（B）、“1111”（C）和“0111”（D）的序列。能够使用这四个符号中的至少三个的任意组合。举例来说，能够使用二进制PRBS（伪随机比特流）11模式的重复，序列“00”被编码为（A）,“01”被编码为（B）,“11”被编码为（C），并且“10”被编码为（D）。

能够改变光发射器900的QAM格式的指数。在这种情况下，训练模式生成器973为QAM格式的各可设定的指数保持训练模式的设定并且发射对应的训练模式。此外，光发射器900能够发射以QPSK格式调制的光波。因此，对于能够被应用的任意调制格式而言，光发射器900在启动时被正确地设定为其DC偏置。此外，使得光发射器900的操作是最佳的，尽管在其操作期间产生偏置漂移。

在光发射器的操作期间，一旦DC偏置已经到达它们的最佳点，ABC电路就能够基本上追踪DC偏置的漂移。然而，在备选示例中，调制器的老化已经导致DC偏置中的一个漂移到接近于ABC电路能够生成的电压的物理限制的值。尽管ABC电路能够补偿偏置范围内的漂移，但是它能够生成DC偏置，这可能是有利的，以便使得发射器的寿命更长，以使发射器复位，使得ABC电路收敛到对应于IQ调制器的最佳操作值的最低的DC偏置。在这种情况下，由QAM调制引起的局部最小值的存在阻止DC偏置在复位之后收敛到最佳的DC偏置值。

为了解决该技术问题，有利的是在发射器操作时将驱动器的输出电压值改变至固定值，并且保持输出电压值为恒定的。作为一个示例，在发射器操作时，被描述为以上第一、第二和第三实施例的解决方案是可应用的。在DC偏置收敛到最佳点之后，驱动器开始正常操作。也就是，驱动器开始放大由编码器生成的电信号并且将放大的电信号施加到子MZM。

根据该示例，在发射器操作期间在ABC电路的复位之后，IQ调制器的DC偏置能够再次收敛到最佳操作点。

虽然已经参照本发明的示例性实施例特别地示出和描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施例。将由本领域的那些技术人员理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本发明的形式和细节上做出各种修改。

工业实用性

本发明能够被应用到利用多级调制方案的光通信系统。

附图标记列表

400，600，900光发射器

401，601，901编码器

402，403，602，603，902，903，904，905驱动器

404，604，904激光器

410，610，911，912IQ调制器

420，620，920ABC电路

470驱动器控制器

630控制单元

970数据控制器

Claims (10)

1.一种用于控制光发射器的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)保持利用正交幅度调制格式的光调制期间的连续波光的光振幅恒定；

(b)在步骤(a)期间使所述光调制中的电压值收敛到预定值；以及

(c)利用多个振幅和相位级将所述连续波光调制为在步骤(b)中收敛的所述电压值的附近。

2.根据权利要求1所述的用于控制光发射器的方法，其中，

在步骤(a)中，将用于光调制的驱动器的输出电压值保持恒定；

在步骤(b)中，将与光调制器的所述电压值相对应的直流偏置的电压值收敛到预定电压值；并且

在步骤(c)中，将所述连续波光调制为在所述光调制器的直流偏置的所收敛的电压值附近。

3.根据权利要求2所述的用于控制光发射器的方法，其中，

在步骤(a)中，所述驱动器被保持断开并且输出零电压值达预定时间；

在步骤(b)中，在所述预定时间内，借助于自动偏置控制方法将所述直流偏置的电压值收敛到所述光调制器的最小传输点；并且

在步骤(c)中，接通所述驱动器，并且所述光调制器根据正交幅度调制格式来调制所述连续波光。

4.根据权利要求1所述的用于控制光发射器的方法，其中，

在步骤(a)中，将用于光调制的驱动器的输出电压值保持恒定；

在步骤(b)中，借助于自动偏置控制方法来收敛与光调制器的所述电压值相对应的直流偏置的错误信号；并且

在步骤(c)中，将所述连续波光调制为在步骤(b)中所确定的所述光调制器的所述直流偏置附近。

5.根据权利要求1所述的用于控制光发射器的方法，进一步包括：

搜索与来自光调制器的输出的最大值和最小值相对应的直流偏置；以及

将所述直流偏置的平均电压应用为控制光调制中的正交角度的直流偏置。

6.根据权利要求1所述的用于控制光发射器的方法，其中，

在步骤(a)中，通过使用固定数据序列来调制所述连续波光，所述固定数据序列被选择为使得

根据所述数据序列调制的光波信号在所调制的符号的中心处具有恒定振幅，并且

根据所述数据序列调制的光波信号的至少两个连续的符号具有90度的相位差。

7.一种光发射器，包括：

激光器，所述激光器发出连续波光；

光调制器，所述光调制器利用正交幅度调制格式来调制所述连续波光；

自动偏置控制电路，所述自动偏置控制电路控制所述光调制器的直流偏置的电压值；

编码器，所述编码器对逻辑二进制数据进行编码并且输出多级信号；以及

驱动器，所述驱动器放大所述多级信号并且由此驱动所述光调制器；

其中，在将从所述光调制器输出的所述连续波光的光振幅保持恒定的同时，所述自动偏置控制电路使得所述电压值收敛到预定值；并且

所述光调制器利用多个振幅和相位级将所述连续波光调制为在所收敛的电压值附近。

8.根据权利要求7所述的光发射器，进一步包括驱动器控制器，所述驱动器控制器测量从所述光发射器的最近启动时间或复位时间开始所经过的时间，并且在所经过的时间已经达到预定时间之后接通所述驱动器。

9.根据权利要求7所述的光发射器，进一步包括：

开关单元，所述开关单元切换所述驱动器；以及

控制单元，所述控制单元搜索与来自所述光调制器的输出的最大值和最小值相对应的直流偏置，并且命令所述自动偏置控制电路将所述直流偏置的平均电压应用为控制所述光调制器中的正交角度的直流偏置。

10.根据权利要求7所述的光发射器，进一步包括数据控制器，所述数据控制器将固定数据序列输出到所述编码器；

其中，所述固定数据序列被选择为使得

根据所述数据序列调制的光波信号在所调制的符号的中心处具有恒定振幅，并且

根据所述数据序列调制的光波信号的至少两个连续的符号具有90度的相位差。