CN106330336A - 一种调节调制器输出光信号功率平衡的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种调节调制器输出光信号功率平衡的装置及方法，其中该装置包括：多个平衡控制器，其中每个平衡控制器的输入端通过解调单元、跨阻放大器以及分光器与调制器的输出端相连，每个平衡控制器的输出端与驱动器相连，且每个平衡控制器对应一路光信号，平衡控制器包括：参数设置单元、第一控制环路、第二控制环路、乘加单元、低频信号产生单元以及电压监控单元，本发明的实施例能自适应且准确快速的探测驱动振幅2Vπ，进而通过找到的准确的2Vπ幅度可以在锁定差分相移键控眼图时，自动调节输出光信号的功率大小，以保证输出光信号功率平衡，从而减小多路光信号之间的差损。
Description
技术领域
本发明涉及光模块技术领域，特别涉及一种调节调制器输出光信号功率平衡的装置及方法。
背景技术
随着信息时代的来临，社会对信息的需要急剧膨胀，特别是过去十几年，互联网流量一直处于爆炸式增长。光纤传输网络是整个信息网络的支撑基础，高速光传输作为一种新型光通信模式推动下一代互联网和宽带移动通信网的发展和技术进步，已成为国际研究热点。
光纤通讯传输系统发展历程来看，每一次光纤传输速率的升级都伴随着调制格式的创新。100Gbit/s光纤传输系统，采用偏振复用正交相移键控(PM-QPSK)调制方式，把波特率降低为二进制调制码型的一半，以获得更大色度色散(CD)容限和偏振模色散(PMD)容限。100Gbit/s PM-QPSK传输技术的调制方案是采用25G baud QPSK编码方式，该方法是在每一波长采用两个正交相移键控(QPSK)信号来传递100Gbit/s业务，这两个QPSK信号分别调制光载波两个正交极化(偏振)中的一个。
当调制器的两个偏振态输出X路和Y路平衡在±0.5dB时，调制器的X路和Y路的差损范围在±1.5dB，而目前没有还没有一种方法对发射光功率进行平衡控制，从而当调制器输出各路的差损较大时，严重影响了发送端工作状态，从而影响光模块传输质量。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种调节调制器输出光信号功率平衡的装置及方法，能自适应且准确快速的探测驱动振幅2Vπ，进而通过找到的准确的2Vπ幅度可以在锁定差分相移键控眼图时，自动调节输出光信号的功率大小，以保证输出光信号功率平衡，从而减小多路光信号之间的差损。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种调节调制器输出光信号功率平衡的装置，该装置包括多个平衡控制器，其中每个平衡控制器的输入端通过解调单元、跨阻放大器以及分光器与调制器的输出端相连，每个平衡控制器的输出端与驱动器相连，且每个平衡控制器对应一路光信号，
平衡控制器包括：参数设置单元、第一控制环路、第二控制环路、乘加单元、低频信号产生单元以及电压监控单元，其中
参数设置单元的第一输出端与第一控制环路的第一输入端连接，参数设置单元的第二输出端与第二控制环路的第一输入端连接，参数设置单元的第三输出端与乘加单元的第一输入端连接，
第一控制环路的第二输入端与解调单元的输出端连接，第一控制环路的输出端与第二控制环路的第二输入端连接，
第二控制环路的输出端分别与驱动器的VD3管脚电压端口和乘加单元的第二输入端连接，
乘加单元的第三输入端与低频信号产生单元的第一输出端连接，乘加单元的输出端与驱动器的VC3管脚电压端口连接，
低频信号产生单元的第二输出端与解调单元连接，
电压监控单元的输出端与第二控制环路的第三输入端连接，电压监控单元的输入端与驱动器连接。
其中，
第一控制环路包括第一减法器和第一积分器，其中第一减法器的两个输入端分别与解调单元和参数设置单元的第一输出端连接，第一减法器的输出端与第一积分器的输入端连接，第一积分器的输出端与第二控制环路的第二输入端连接，
其中第一减法器在接收到解调单元输出的导频信号幅度值和参数设置单元的第一输出端输出的第一控制环路的设置参数的数值之后，会计算导频信号幅度值与第一控制环路的设置参数的数值之间的差值，并将差值输出给第一积分器，第一积分器会对接收到的差值进行累计运算，得到第一累计运算结果，并将第一累计运算结果输出给第二控制环路的第二输入端。
其中，
第二控制环路包括第二减法器和第二积分器，其中第二减法器的三个输入端分别与第一控制环路的输出端、参数设置单元的第二输出端以及电压监控单元的输出端连接，第二减法器的输出端与第二积分器的输入端连接，第二积分器的输出端与驱动器连接，
其中第二减法器在接收到电压监控单元输出的驱动器的管脚电压值、参数设置单元的第二输出端输出的第二控制环路的设置参数的数值以及第一控制环路的输出端输出的第一累计运算结果之后，会计算驱动器的管脚电压值、第一累计运算结果与第二控制环路的设置参数的数值之间的差值，并将该差值输出给第二积分器，第二积分器会对接收到的差值进行累计运算，得到第二累计运算结果，并将第二累计运算结果输出给驱动器的VD3管脚电压端口。
其中，第二控制环路的锁定速度大于第一控制环路的锁定速度。
本发明的实施例还提供了一种调节调制器输出光信号功率平衡的方法，应用于上述的调节调制器输出光信号功率平衡的装置，该方法包括：
根据预先得到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值，对每个平衡控制器进行设置；
接收调制器通过分光器、解调单元和跨阻放大器发送的多路光信号，其中每个平衡控制器对应一路光信号；
通过设置参数后的多个平衡控制器对所接收到的多路光信号的功率进行调节，使多路光信号功率平衡。
其中，
在根据预先得到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值，对每个平衡控制器进行设置之前，方法还包括：
获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值。
其中，
获取每个平衡控制器的第二控制环路的设置参数的第二数值，具体包括：
将第二控制环路的设置参数设置为第一初始值，第一初始值为调制器偏置电压为最小值时驱动器的电压值；
锁定第一控制环路和第二控制环路，并获取当前第一控制环路输出的第一电压值；
给第二控制环路的设置参数增加一个第一预设值；
重新锁定第一控制环路和第二控制环路，并获取当前第一控制环路输出的第二电压值；
比较第一电压值的绝对值与第二电压的绝对值；
当第二电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第二电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将第一初始值与第一预设值的和值作为第二数值；
当第二电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第二电压的绝对值大于第二预设值时，则以第一预设值为步长一直给第二控制环路的设置参数增加一个第一预设值，并在每增加一个第一预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与增加的第一预设值的和值作为第二数值。
其中，方法还包括：
当第二电压值的绝对值大于第一电压值的绝对值时，则将第二控制环路的设置参数在第一初始值的基础上减小一个第一预设值，并重新锁定第一控制环路和第二控制环路；
获取当前第一控制环路输出的第三电压值；
比较第三电压值的绝对值与第一电压值的绝对值；
当第三电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第三电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将第一初始值与第一预设值的差值作为第二数值；
当第三电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第三电压的绝对值大于第二预设值时，则一直以第一预设值为步长给第二控制环路的设置参数减小一个第一预设值，并在每减小一个第一预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与减小的第一预设值的差值作为第二数值。
其中，
在获取当前第一控制环路输出的第一电压值之后，方法还包括：
在第一初始值的基础上给第二控制环路的设置参数减小一个第三预设值；
重新锁定第一控制环路和第二控制环路，并获取当前第一控制环路输出的第四电压值；
比较第四电压值的绝对值与第一电压值的绝对值；
当第四电压值的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第四电压值的绝对值小于或等于第二预设值时，将第一初始值与第三预设值的差值作为第二数值；
当第四电压值的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第四电压值的绝对值大于第二预设值时，则一直以第三预设值为步长给第二控制环路的设置参数减小一个第三预设值，并在每减小一个第三预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与减小的第一预设值的差值作为第二数值。
其中，
当第四电压值的绝对值大于第一电压值的绝对值时，则将第二控制环路的设置参数在第一初始值的基础上增加一个第三预设值，并重新锁定第一控制环路和第二控制环路；
获取当前第一控制环路输出的第五电压值；
比较第五电压值的绝对值与第一电压值的绝对值；
当第五电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第五电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将第一初始值与第三预设值的和值作为第二数值；
当第五电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第五电压的绝对值大于第二预设值时，则一直以第三预设值为步长给第二控制环路的设置参数增加一个第三预设值，并在每增加一个第三预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与增加的第三预设值的和值作为第二数值。
其中，
在获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值之前，方法还包括：
获取当各平衡控制器的第二控制电路的设置参数都设置为对应的第二数值时，各路光信号的第一输出功率；
根据各第一输出功率中的最小值，确定出各路光信号的目标功率值范围。
其中，
获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值，具体包括：
将第一控制环路的设置参数设置为第二初始值，并在第二初始值的基础上给第一控制环路的设置参数增加一个第四预设值；
锁定第一控制环路和第二控制环路；
获取与平衡控制器对应的光信号当前的第二输出功率，并比较第二输出功率与该光信号的第一输出功率；
当第二输出功率小于该光信号的第一输出功率，且第二输出功率在目标功率值范围内时，将第二初始值与第四预设值的和值作为第一数值；
当第二输出功率小于该光信号的第一输出光功率，且第二输出功率超出目标功率值范围时，则以第四预设值为步长一直给第一控制环路的设置参数增加一个第四预设值，并在每增加一个第四预设值后重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第二输出功率在目标功率值范围内为止，并将第二初始值与增加的第四预设值的和值作为第一数值。
其中，
在比较第二输出功率与该光信号的第一输出功率之后，方法还包括：
当第二输出功率大于该光信号的第一输出功率时，则在第二初始值的基础上给第一控制环路的设置参数减小一个第四预设值，并重新锁定第一控制环路和第二控制环路；
获取与平衡控制器对应的光信号当前的第三输出功率；
比较第三输出功率与该光信号的第一输出功率；
当第三输出功率小于该光信号的第一输出功率，且第三输出功率在目标功率值范围内时，将第二初始值与第四预设值的差值作为第一数值；
当第三输出功率小于该光信号的第一输出光功率，且第二输出功率超出目标功率值范围时，则以第四预设值为步长一直给第一控制环路的设置参数减小一个第四预设值，并在每减小一个第四预设值后重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至与平衡控制对应的光信号的输出功率在目标功率值范围内为止，并将第二初始值与减小的第四预设值的差值作为第一数值。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
在本发明的实施例中，通过多个平衡控制器对多路光信号的输出功率的大小进行调节，使得多路光信号的输出功率平衡，解决了目前不能对发射光功率进行平衡控制的问题，达到了自动调节输出光信号的功率大小，保证输出光信号功率平衡，减小多路光信号之间的差损的效果。
附图说明
图1为本发明第一实施例中平衡控制器的示意图；
图2为本发明第一实施例中第一控制环路的示意图；
图3为本发明第一实施例中第二控制环路的示意图；
图4为本发明第二实施例中调节调制器输出光信号功率平衡的方法的流程图；
图5为本发明第三实施例中调节调制器输出光信号功率平衡的方法的流程图；
图6为本发明第三实施例中获取每个平衡控制器的第二控制环路的设置参数的第二数值的方式一的流程图；
图7为本发明第三实施例中获取每个平衡控制器的第二控制环路的设置参数的第二数值的方式二的流程图；
图8为本发明第三实施例中获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值的流程图；
图9为本发明第三实施例中平衡控制与PM-QPSK调制器的配合使用的示意图；
图10为本发明第三实施例中平衡控制与DQPSK调制器的配合使用的示意图；
图11为本发明第三实施例中平衡控制与16-QAM调制器的配合使用的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
第一实施例
如图1所示，本发明的第一实施例提供了一种调节调制器输出光信号功率平衡的装置，该装置包括多个平衡控制器，其中每个平衡控制器的输入端通过解调单元、跨阻放大器以及分光器与调制器的输出端相连，每个平衡控制器的输出端与驱动器相连，且每个平衡控制器对应一路光信号，平衡控制器包括：参数设置单元、第一控制环路、第二控制环路、乘加单元、低频信号产生单元以及电压监控单元，其中参数设置单元的第一输出端与第一控制环路的第一输入端连接，参数设置单元的第二输出端与第二控制环路的第一输入端连接，参数设置单元的第三输出端与乘加单元的第一输入端连接，第一控制环路的第二输入端与解调单元的输出端连接，第一控制环路的输出端与第二控制环路的第二输入端连接，第二控制环路的输出端分别与驱动器的VD3管脚电压端口和乘加单元的第二输入端连接，乘加单元的第三输入端与低频信号产生单元的第一输出端连接，乘加单元的输出端与驱动器的VC3管脚电压端口连接，低频信号产生单元的第二输出端与解调单元连接，电压监控单元的输出端与第二控制环路的第三输入端连接，电压监控单元的输入端与驱动器连接。
在本发明的第一实施例中，其中参数设置单元的Offset/Ki参数是乘加单元的偏移量/斜率值的设置，被用于计算驱动器的VC3管脚电压；VD3set是第二控制环路的参数设置，被用来调节调制器驱动幅度VD3到2Vπ位置；Level set是第一控制环路的参数设置，被用于调整调制器驱动幅度VD3以使各路光信号输出功率平衡。电压监控单元主要用于监控驱动器管脚电压值，其反馈回来的电压值Vbus和VD3实时调节值形成闭环环路。乘加单元主要用于乘加法计算，完成驱动器VC3与VD3之间的关系运算，VC3＝Ki*VD3+Offset。低频信号产生单元主要用于产生所需频率f0的交流信号，该频率f0的交流信号主要被用于驱动器VC3管脚电压的设置。
其中，在本发明的第一实施例中，如图2所示，第一控制环路包括第一减法器和第一积分器，其中第一减法器的两个输入端分别与解调单元和参数设置单元的第一输出端连接，第一减法器的输出端与第一积分器的输入端连接，第一积分器的输出端与第二控制环路的第二输入端连接，其中第一减法器在接收到解调单元输出的导频信号幅度值和参数设置单元的第一输出端输出的第一控制环路的设置参数的数值(Level set)之后，会计算导频信号幅度值与第一控制环路的设置参数的数值(Level set)之间的差值，并将差值输出给第一积分器，第一积分器会对接收到的差值进行累计运算，得到第一累计运算结果，并将第一累计运算结果输出给第二控制环路的第二输入端。
在本发明的第一实施例中，第一控制环路主要用于闭环控制，其环路调整可使得调制器驱动振幅改变，从而使得多路光信号输出功率平衡。其中第一积分器用户控制第一控制环路锁定值累计运算，即当第一积分器的输出达到第二控制环路所需要值时，第一积分器的输入将会是0左右的值，此时第一控制环路不再累积第一积分器输出稳定。而第一减法器主要被用于计算解调单元输出的导频信号幅度与第一控制环路的设置参数的数值之间的差，其输出结果为锁定标志1。
其中，在本发明的第一实施例中，如图3所示，第二控制环路包括第二减法器和第二积分器，其中第二减法器的三个输入端分别与第一控制环路的输出端、参数设置单元的第二输出端以及电压监控单元的输出端连接，第二减法器的输出端与第二积分器的输入端连接，第二积分器的输出端与驱动器连接，其中第二减法器在接收到电压监控单元输出的驱动器的管脚电压值、参数设置单元的第二输出端输出的第二控制环路的设置参数的数值以及第一控制环路的输出端输出的第一累计运算结果之后，会计算驱动器的管脚电压值、第一累计运算结果与第二控制环路的设置参数的数值之间的差值，并将该差值输出给第二积分器，第二积分器会对接收到的差值进行累计运算，得到第二累计运算结果，并将第二累计运算结果输出给驱动器的VD3管脚电压端口。
在本发明的第一实施例中，第二控制环路主要用于闭环控制，其环路调整可使得调制器驱动振幅达到2Vπ。其中第二积分器主要用于控制第二控制环路锁定值累积运算，当第二积分器的输出达到VD3所需值时，第二积分器的输入将会是0左右的值，此时第二控制环路不再累积第二积分器输出稳定。而第二减法器主要用于计算驱动器的管脚电压值(Vbus)、第一累计运算结果与第二控制环路的设置参数的数值(VD3set)之间的差值，其输出结果为锁定标志2。
在本发明的第一实施例中，第二控制环路的锁定速度要比第一控制环路的锁定速度快，即在第一控制环路锁定之前须保证第二控制环路锁定，这样才能确保整个控制环路工作在稳定状态。
在本发明的第一实施例中，多个平衡控制器均能自适应且准确快速的探测驱动振幅2Vπ，进而通过找到的准确的2Vπ幅度可以在锁定差分相移键控(DPSK)眼图时，自动调节输出光信号的功率大小，使得多路光信号的输出功率平衡，解决了目前不能对发射光功率进行平衡控制和采用手动调节驱动器的电眼图幅度生产效率低的问题，达到了在提高生产效率的情况下，自动调节输出光信号的功率大小，保证输出光信号功率平衡，减小多路光信号之间的差损的效果。
第二实施例
如图4所示，本发明的第二实施例提供了一种调节调制器输出光信号功率平衡的方法，应用于上述的调节调制器输出光信号功率平衡的装置，该方法包括：
步骤S41，根据预先得到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值，对每个平衡控制器进行设置；
步骤S42，接收调制器通过分光器、解调单元和跨阻放大器发送的多路光信号，其中每个平衡控制器对应一路光信号；
步骤S43，通过设置参数后的多个平衡控制器对所接收到的多路光信号的功率进行调节，使多路光信号功率平衡。
在本发明的第二实施例中，可通过预选得到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值(Level set)和第二控制环路的设置参数的第二数值(VD3set)，对每个平衡控制器进行设置，这样当接收到调制器通过分光器、解调单元和跨阻放大器发送的多路光信号时，每个平衡控制器可对各自接收到的光信号进行功率调节，从而使这多路光信号的输出功率平衡，减小多路光信号之间的差损。
第三实施例
如图5所示，本发明的第三实施例提供了一种调节调制器输出光信号功率平衡的方法，应用于上述的调节调制器输出光信号功率平衡的装置，该方法包括：
步骤S51，获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值；
步骤S52，根据预先得到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值，对每个平衡控制器进行设置；
步骤S53，接收调制器通过分光器、解调单元和跨阻放大器发送的多路光信号，其中每个平衡控制器对应一路光信号；
步骤S54，通过设置参数后的多个平衡控制器对所接收到的多路光信号的功率进行调节，使多路光信号功率平衡。
在本发明的第三实施例中，可通过获取到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值(Level set)和第二控制环路的设置参数的第二数值(VD3set)，对每个平衡控制器进行设置，这样当接收到调制器通过分光器、解调单元和跨阻放大器发送的多路光信号时，每个平衡控制器可对各自接收到的光信号进行功率调节，从而使这多路光信号的输出功率平衡，减小多路光信号之间的差损。其中具体获取Level set和VD3set的方法会在后文详细阐述。
其中，如图6所示，在本发明的第三实施例中，其中获取每个平衡控制器的第二控制环路的设置参数的第二数值的方式有两种，其中方式一包括：
步骤S61，将第二控制环路的设置参数设置为第一初始值，第一初始值为调制器偏置电压为最小值时驱动器的电压值；
在本发明的第三实施例中，在执行步骤S61之前，需要执行调制器输出光功率定标、打开驱动器射频(RF)信号，将调制器偏置电压锁定到最低点的操作。此外，上述第一初始值为电压监控单元读取的反馈值Vbus，即调制器偏置电压为最小值时驱动器的电压值(即驱动器的管脚电压值)。同时在设置完第二控制环路的设置参数后，即可打开第一控制环路和第二控制环路的使能开关，便于执行后续的步骤。
步骤S62，锁定第一控制环路和第二控制环路，并获取当前第一控制环路输出的第一电压值；
在本发明的第三实施例中，在设置完第二控制环路的设置参数后，需要查看第二控制环路是否锁定(即查看锁定标志位2是否在0左右)，若锁定，则继续查看第一控制环路是否锁定(即查看锁定标志位1是否在0左右)，若锁定，则继续执行步骤S63。其中若发现第二控制环路没有锁定，则重复锁定第二控制环路，当然如果经过多次操作第二控制环路仍不能锁定(有可能是第二控制环路本身有问题导致流程进入死循环)，则结束流程。同理，若发现第一控制环路没有锁定，则重复锁定第一控制环路，当然如果经过多次操作第一控制环路仍不能锁定(有可能是第一控制环路本身有问题导致流程进入死循环)，则结束流程。
步骤S63，给第二控制环路的设置参数增加一个第一预设值；
在本发明的第三实施例中，不限定第一预设值的大小，可根据实际需要进行调整。
步骤S64，重新锁定第一控制环路和第二控制环路，并获取当前第一控制环路输出的第二电压值；
在本发明的第三实施例中，锁定第一控制环路和第二控制环路的方法与步骤S62中锁定第一控制环路和第二控制环路的方法一致，在此不再赘述。
步骤S65，比较第一电压值的绝对值与第二电压的绝对值；
步骤S66，当第二电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第二电压的绝对值小于或等于第二预设值(例如0x100)时，将第一初始值与第一预设值的和值作为第二数值；
当第二电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第二电压的绝对值大于第二预设值时，则以第一预设值为步长一直给第二控制环路的设置参数增加一个第一预设值，并在每增加一个第一预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与增加的第一预设值的和值作为第二数值；
当第二电压值的绝对值大于第一电压值的绝对值时，则将第二控制环路的设置参数在第一初始值的基础上减小一个第一预设值，并重新锁定第一控制环路和第二控制环路；
获取当前第一控制环路输出的第三电压值；
比较第三电压值的绝对值与第一电压值的绝对值；
当第三电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第三电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将第一初始值与第一预设值的差值作为第二数值；
当第三电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第三电压的绝对值大于第二预设值时，则一直以第一预设值为步长给第二控制环路的设置参数减小一个第一预设值，并在每减小一个第一预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与减小的第一预设值的差值作为第二数值。
在本发明的第三实施例中，会根据第一电压值的绝对值与第二电压的绝对值的比较结果，确定出调整第二控制环路的设置参数的方向(例如在第一初始值的基础上增加一个第一预设值、在第一初始值的基础上减小一个第一预设值等)。
如图7所示，方式二包括：
步骤S71，将第二控制环路的设置参数设置为第一初始值，第一初始值为调制器偏置电压为最小值时驱动器的电压值；
在本发明的第三实施例中，与方式一类似，在执行步骤S71之前，需要执行调制器输出光功率定标、打开驱动器射频(RF)信号，将调制器偏置电压锁定到最低点的操作。此外，上述第一初始值为电压监控单元读取的反馈值Vbus，即调制器偏置电压为最小值时驱动器的电压值(即驱动器的管脚电压值)。同时在设置完第二控制环路的设置参数后，即可打开第一控制环路和第二控制环路的使能开关，便于执行后续的步骤。
步骤S72，锁定第一控制环路和第二控制环路，并获取当前第一控制环路输出的第一电压值；
在本发明的第三实施例中，在设置完第二控制环路的设置参数后，需要查看第二控制环路是否锁定(即查看锁定标志位2是否在0左右)，若锁定，则继续查看第一控制环路是否锁定(即查看锁定标志位1是否在0左右)，若锁定，则继续执行步骤S73。其中若发现第二控制环路没有锁定，则重复锁定第二控制环路，当然如果经过多次操作第二控制环路仍不能锁定(有可能是第二控制环路本身有问题导致流程进入死循环)，则结束流程。同理，若发现第一控制环路没有锁定，则重复锁定第一控制环路，当然如果经过多次操作第一控制环路仍不能锁定(有可能是第一控制环路本身有问题导致流程进入死循环)，则结束流程。
步骤S73，在第一初始值的基础上给第二控制环路的设置参数减小一个第三预设值；
在本发明的第三实施例中，不限定第三预设值的大小，可根据实际需要进行调整。
步骤S74，重新锁定第一控制环路和第二控制环路，并获取当前第一控制环路输出的第四电压值；
在本发明的第三实施例中，锁定第一控制环路和第二控制环路的方法与步骤S72中锁定第一控制环路和第二控制环路的方法一致，在此不再赘述。
步骤S75，比较第四电压值的绝对值与第一电压值的绝对值；
步骤S76，当第四电压值的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第四电压值的绝对值小于或等于第二预设值(例如0x100)时，将第一初始值与第三预设值的差值作为第二数值；
当第四电压值的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第四电压值的绝对值大于第二预设值时，则一直以第三预设值为步长给第二控制环路的设置参数减小一个第三预设值，并在每减小一个第三预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与减小的第一预设值的差值作为第二数值；
当第四电压值的绝对值大于第一电压值的绝对值时，则将第二控制环路的设置参数在第一初始值的基础上增加一个第三预设值，并重新锁定第一控制环路和第二控制环路；
获取当前第一控制环路输出的第五电压值；
比较第五电压值的绝对值与第一电压值的绝对值；
当第五电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第五电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将第一初始值与第三预设值的和值作为第二数值；
当第五电压的绝对值小于第一电压值的绝对值，且第五电压的绝对值大于第二预设值时，则一直以第三预设值为步长给第二控制环路的设置参数增加一个第三预设值，并在每增加一个第三预设值时重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于第二预设值为止，并将第一初始值与增加的第三预设值的和值作为第二数值。
在本发明的第三实施例中，会根据第一电压值的绝对值与第四电压的绝对值的比较结果，确定出调整第二控制环路的设置参数的方向(例如在第一初始值的基础上增加一个第三预设值、在第一初始值的基础上减小一个第三预设值等)。
其中，在本发明的第三实施例中，在按上述方式一或者方式二获取到每个平衡控制器的第二控制环路的设置参数的第二数值之后，上述方法还包括：获取当各平衡控制器的第二控制电路的设置参数都设置为对应的第二数值时，各路光信号的第一输出功率；并根据各第一输出功率中的最小值，确定出各路光信号的目标功率值范围。从而便于各平衡控制器根据这个目标功率值范围调节各自接收到的光信号的功率。
其中，在本发明的第三实施例中，如图8所示，上述获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值，具体包括：
步骤S81，将第一控制环路的设置参数设置为第二初始值，并在第二初始值的基础上给第一控制环路的设置参数增加一个第四预设值；
在本发明的第三实施例中，在执行步骤S81之前，需执行将调制器偏置电压锁定到最低点、打开第一控制环路和第二控制环路的使能开关的操作。
在本发明的第三实施例中，上述第二初始值为0。可以理解的是，在本发明的第三实施例中，并不限定第四预设值的大小，其可根据实际需要进行调整。
步骤S82，锁定第一控制环路和第二控制环路；
在本发明的第三实施例中，在设置完第一控制环路的设置参数后，需要查看第二控制环路是否锁定(即查看锁定标志位2是否在0左右)，若锁定，则继续查看第一控制环路是否锁定(即查看锁定标志位1是否在0左右)，若锁定，则继续执行步骤S83。其中若发现第二控制环路没有锁定，则重复锁定第二控制环路，当然如果经过多次操作第二控制环路仍不能锁定(有可能是第二控制环路本身有问题导致流程进入死循环)，则结束流程。同理，若发现第一控制环路没有锁定，则重复锁定第一控制环路，当然如果经过多次操作第一控制环路仍不能锁定(有可能是第一控制环路本身有问题导致流程进入死循环)，则结束流程。
步骤S83，获取与平衡控制器对应的光信号当前的第二输出功率，并比较第二输出功率与该光信号的第一输出功率；
步骤S84，当第二输出功率小于该光信号的第一输出功率，且第二输出功率在目标功率值范围内时，将第二初始值与第四预设值的和值作为第一数值；
当第二输出功率小于该光信号的第一输出光功率，且第二输出功率超出目标功率值范围时，则以第四预设值为步长一直给第一控制环路的设置参数增加一个第四预设值，并在每增加一个第四预设值后重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至第二输出功率在目标功率值范围内为止，并将第二初始值与增加的第四预设值的和值作为第一数值；
当第二输出功率大于该光信号的第一输出功率时，则在第二初始值的基础上给第一控制环路的设置参数减小一个第四预设值，并重新锁定第一控制环路和第二控制环路；
获取与平衡控制器对应的光信号当前的第三输出功率；
比较第三输出功率与该光信号的第一输出功率；
当第三输出功率小于该光信号的第一输出功率，且第三输出功率在目标功率值范围内时，将第二初始值与第四预设值的差值作为第一数值；
当第三输出功率小于该光信号的第一输出光功率，且第二输出功率超出目标功率值范围时，则以第四预设值为步长一直给第一控制环路的设置参数减小一个第四预设值，并在每减小一个第四预设值后重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至与平衡控制对应的光信号的输出功率在目标功率值范围内为止，并将第二初始值与减小的第四预设值的差值作为第一数值。
在本发明的第三实施例中，会根据光信号的第二输出功率与该光信号的第一输出功率的比较结果，确定出调整第一控制环路的设置参数的方向(例如在第二初始值的基础上增加一个第四预设值、在第二初始值的基础上减小一个第四预设值等)。
在本发明的第三实施例中，如图9所示，以多个(例如4个)平衡控制与PM-QPSK调制器的配合使用为例进一步阐述上述调节调制器输出光信号功率平衡的方法。
先简单阐述一下PM-QPSK调制器的原理，在用于实现100Gbit/s高速光传输系统的光发送器中，使用马赫-曾德尔型调制器的发送器是基于PM-QPSK调制系统的发送器，是使用两个QPSK调制系统，其调制方式是利用驱动电压-光强度特性的峰值、谷值以及峰值，来以振幅为2Vπ(Vπ表示将调制器的相位改变π的电压)的电信号进行调制。其中，调制器的偏置电压控制使用导频信号f1和f2加直流量的方法。该调制器光输入以可调谐激光器(ITLA)作为光源，ITLA发出的连续波长光信号由调制器进行调制，形成光PM-QPSK调制格式的光输出信号(其输出为平均光功率)。该调制器的数据输入是从PM-QPSK信号源输出的4路信号(RF in XI Data、RF in XQ Data、RF in YI Data和RF in YQ Data)经由驱动器放大后，从而驱动调制器。
调制器的输出经调制光信号以后，经外部的智能功率模块(一种集成了光功率分光器和光探测器的器件，在这里使用外部智能功率模块而不使用调制器内部PDs的原因是因为外部智能功率模块比内部PDs具有更低的波长相应变化率)探测调制器输出的光信号(出光分5％用于光功率探测)，并根据输出的光功率转换为对应的监测光电流IPD。其中Tz AMP也叫跨阻放大器(TIA，Transimpedence Amplifier)是用于将光电流转换成电压信号VTZ。然后被送到模拟和数字相结合的抗混叠低通滤波器(AAF，Anti-alias Filter)电路，AAF电路完成对被检测出的信号滤波放大等功能。经ADC采样后输出到数字带通滤波器(BPF，Digital Band Pass Filter)，用于滤除f1和f2以外的低频tone信号。再到矢量解调(VD，Vector Demodulator)单元，进行低频信号的幅度检测。将XI、XQ、YI以及YQ路的幅度信息分别送到4个功率平衡控制单元，功率平衡单元的输出又反馈去控制驱动器的VD3和VC3管脚电压，从而各路分别形成功率平衡的闭环控制。
再结合上述方法说明PM-QPSK调制器控制多路光信号(XI路、XQ路、YI路和YQ路)功率平衡的过程。
第一步：XI路、XQ路、YI路和YQ路分别执行上述步骤S61到步骤S66或者步骤S71到步骤S76，得到4个VD3set值；
第二步：将这4个VD3set值分别设置到对应平衡控制的参数设置单元中，并记录此时4路的第一输出功率。
第三步：比较4路第一输出功率的大小，假设4路第一输出功率从小到大依次是：YQ路、YI路、XQ路和XI路。在此比较4路第一输出功率的大小，是为了根据最小的第一输出功率得到目标功率值范围。
第四步：YQ路、YI路、XQ路和XI路依次执行上述步骤S81到步骤S84，得到4个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值。
第五步：根据得到的4个VD3set值(即第二数值)和4个第一数值，对相应平衡控制器的参数设置单元进行设置。以便4个平衡控制器对后续接收到的光信号的功率进行调节，使其功率平衡，减小4路之间的差损。
在本发明的第三实施例中，如图10所示，与PM-QPSK调制器的配合使用类似，上述平衡控制器也可与DQPSK调制器配合使用。DQPSK调制器包括：背光功率检测单元PD管，内置在铌酸锂调制器中，用于感应铌酸锂调制器输出的光信号，并根据输出的光功率转换为对应的监测光电流IPD。跨阻放大器TZ AMP用于将光电流信号转换成电压信号VTZ。然后被送到调制控制单元和功率平衡控制单元。在40Gbit/s DQPSK数据调制器中，主要针对DATA调制器的I路偏置点控制、Q路偏置点控制以及第三点控制点偏置点进行控制。由于需要精确控制三个锁定点(I、Q偏置点以及phase偏置点)，在I/Q modulatorbias/phase Control中，采用f1、f2两种不同的导频信号，进行时分控制，来区分不同的锁定点。
在锁定过程中，从DATA调制器内部PD1检测出来的光信号，包含2个不同频率差频信号。检测到差频信号的状态信息被送到平衡控制器中，反馈给驱动器电压信号，从而闭环形成控制环路去调整输出光功率的大小，以使I和Q两功率达到平衡，减小两路之间差损。
在本发明的第三实施例中，如图11所示，与PM-QPSK调制器的应用类似，上述平衡控制器也可与16-QAM调制器配合使用。该16-QAM调制器以可调谐激光器(ITLA)作为光源，ITLA发出的连续波长光信号由调制器进行调制，形成光16-QAM调制格式的光输出信号(其输出为平均光功率)。16-QAM调制器的数据信号输入是从编码单元输出的生成的多电平调制器臂的4路数字驱动信号，经由驱动器放大后，从而驱动调制器。
在发送端锁定过程中，从16-QAM调制器输出的光信号，经由外部的IPM检测并分光5％。后到跨阻放大器(TIA)，TIA是用于将光电流转换成电压信号VTZ。然后被送到X/Y调制器偏置电压控制单元，此单元检测出来的差频信号幅度信息被送到平衡控制器中，反馈给驱动器电压信号，从而闭环形成控制环路去调整输出光功率的大小，以使X和Y两个偏振态输出功率达到平衡，减小两路之间差损。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种调节调制器输出光信号功率平衡的装置，其特征在于，所述装置包括多个平衡控制器，其中每个平衡控制器的输入端通过解调单元、跨阻放大器以及分光器与调制器的输出端相连，每个平衡控制器的输出端与驱动器相连，且每个平衡控制器对应一路光信号，
所述平衡控制器包括：参数设置单元、第一控制环路、第二控制环路、乘加单元、低频信号产生单元以及电压监控单元，其中
所述参数设置单元的第一输出端与所述第一控制环路的第一输入端连接，所述参数设置单元的第二输出端与所述第二控制环路的第一输入端连接，所述参数设置单元的第三输出端与所述乘加单元的第一输入端连接，
所述第一控制环路的第二输入端与所述解调单元的输出端连接，所述第一控制环路的输出端与所述第二控制环路的第二输入端连接，
所述第二控制环路的输出端分别与驱动器的VD3管脚电压端口和所述乘加单元的第二输入端连接，
所述乘加单元的第三输入端与所述低频信号产生单元的第一输出端连接，所述乘加单元的输出端与所述驱动器的VC3管脚电压端口连接，
所述低频信号产生单元的第二输出端与所述解调单元连接，
所述电压监控单元的输出端与所述第二控制环路的第三输入端连接，所述电压监控单元的输入端与所述驱动器连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述第一控制环路包括第一减法器和第一积分器，其中所述第一减法器的两个输入端分别与所述解调单元和所述参数设置单元的第一输出端连接，所述第一减法器的输出端与所述第一积分器的输入端连接，所述第一积分器的输出端与所述第二控制环路的第二输入端连接，
其中所述第一减法器在接收到所述解调单元输出的导频信号幅度值和所述参数设置单元的第一输出端输出的第一控制环路的设置参数的数值之后，会计算所述导频信号幅度值与所述第一控制环路的设置参数的数值之间的差值，并将差值输出给所述第一积分器，所述第一积分器会对接收到的差值进行累计运算，得到第一累计运算结果，并将第一累计运算结果输出给所述第二控制环路的第二输入端。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述第二控制环路包括第二减法器和第二积分器，其中所述第二减法器的三个输入端分别与所述第一控制环路的输出端、参数设置单元的第二输出端以及电压监控单元的输出端连接，所述第二减法器的输出端与所述第二积分器的输入端连接，所述第二积分器的输出端与所述驱动器连接，
其中所述第二减法器在接收到所述电压监控单元输出的驱动器的管脚电压值、所述参数设置单元的第二输出端输出的第二控制环路的设置参数的数值以及所述第一控制环路的输出端输出的第一累计运算结果之后，会计算驱动器的管脚电压值、所述第一累计运算结果与第二控制环路的设置参数的数值之间的差值，并将该差值输出给所述第二积分器，所述第二积分器会对接收到的差值进行累计运算，得到第二累计运算结果，并将所述第二累计运算结果输出给所述驱动器的VD3管脚电压端口。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二控制环路的锁定速度大于所述第一控制环路的锁定速度。
5.一种调节调制器输出光信号功率平衡的方法，应用于如权利要求1～4任一项所述的调节调制器输出光信号功率平衡的装置，其特征在于，所述方法包括：
根据预先得到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值，对每个平衡控制器进行设置；
接收调制器通过分光器、解调单元和跨阻放大器发送的多路光信号，其中每个平衡控制器对应一路光信号；
通过设置参数后的多个平衡控制器对所接收到的多路光信号的功率进行调节，使所述多路光信号功率平衡。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
在所述根据预先得到的每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值，对每个平衡控制器进行设置之前，所述方法还包括：
获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值和第二控制环路的设置参数的第二数值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述获取每个平衡控制器的第二控制环路的设置参数的第二数值，具体包括：
将所述第二控制环路的设置参数设置为第一初始值，所述第一初始值为调制器偏置电压为最小值时驱动器的电压值；
锁定所述第一控制环路和第二控制环路，并获取当前所述第一控制环路输出的第一电压值；
给所述第二控制环路的设置参数增加一个第一预设值；
重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路，并获取当前所述第一控制环路输出的第二电压值；
比较所述第一电压值的绝对值与所述第二电压的绝对值；
当所述第二电压的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第二电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将所述第一初始值与第一预设值的和值作为所述第二数值；
当所述第二电压的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第二电压的绝对值大于所述第二预设值时，则以所述第一预设值为步长一直给所述第二控制环路的设置参数增加一个第一预设值，并在每增加一个第一预设值时重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路，直至所述第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于所述第二预设值为止，并将所述第一初始值与增加的第一预设值的和值作为所述第二数值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述第二电压值的绝对值大于所述第一电压值的绝对值时，则将所述第二控制环路的设置参数在第一初始值的基础上减小一个第一预设值，并重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路；
获取当前所述第一控制环路输出的第三电压值；
比较所述第三电压值的绝对值与所述第一电压值的绝对值；
当所述第三电压的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第三电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将所述第一初始值与第一预设值的差值作为所述第二数值；
当所述第三电压的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第三电压的绝对值大于第二预设值时，则一直以所述第一预设值为步长给所述第二控制环路的设置参数减小一个第一预设值，并在每减小一个第一预设值时重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路，直至所述第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于所述第二预设值为止，并将所述第一初始值与减小的第一预设值的差值作为所述第二数值。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
在所述获取当前所述第一控制环路输出的第一电压值之后，所述方法还包括：
在所述第一初始值的基础上给所述第二控制环路的设置参数减小一个第三预设值；
重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路，并获取当前所述第一控制环路输出的第四电压值；
比较所述第四电压值的绝对值与第一电压值的绝对值；
当所述第四电压值的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第四电压值的绝对值小于或等于第二预设值时，将所述第一初始值与第三预设值的差值作为所述第二数值；
当所述第四电压值的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第四电压值的绝对值大于所述第二预设值时，则一直以所述第三预设值为步长给所述第二控制环路的设置参数减小一个第三预设值，并在每减小一个第三预设值时重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路，直至所述第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于所述第二预设值为止，并将所述第一初始值与减小的第一预设值的差值作为所述第二数值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，
当所述第四电压值的绝对值大于所述第一电压值的绝对值时，则将所述第二控制环路的设置参数在第一初始值的基础上增加一个第三预设值，并重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路；
获取当前所述第一控制环路输出的第五电压值；
比较所述第五电压值的绝对值与所述第一电压值的绝对值；
当所述第五电压的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第五电压的绝对值小于或等于第二预设值时，将所述第一初始值与第三预设值的和值作为所述第二数值；
当所述第五电压的绝对值小于所述第一电压值的绝对值，且所述第五电压的绝对值大于第二预设值时，则一直以所述第三预设值为步长给所述第二控制环路的设置参数增加一个第三预设值，并在每增加一个第三预设值时重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路，直至所述第一控制环路输出的电压值的绝对值小于或等于所述第二预设值为止，并将所述第一初始值与增加的第三预设值的和值作为所述第二数值。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
在所述获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值之前，所述方法还包括：
获取当各平衡控制器的第二控制电路的设置参数都设置为对应的第二数值时，各路光信号的第一输出功率；
根据各第一输出功率中的最小值，确定出各路光信号的目标功率值范围。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述获取每个平衡控制器的第一控制环路的设置参数的第一数值，具体包括：
将所述第一控制环路的设置参数设置为第二初始值，并在所述第二初始值的基础上给所述第一控制环路的设置参数增加一个第四预设值；
锁定所述第一控制环路和第二控制环路；
获取与所述平衡控制器对应的光信号当前的第二输出功率，并比较所述第二输出功率与该光信号的第一输出功率；
当所述第二输出功率小于该光信号的第一输出功率，且所述第二输出功率在所述目标功率值范围内时，将所述第二初始值与所述第四预设值的和值作为第一数值；
当所述第二输出功率小于该光信号的第一输出光功率，且所述第二输出功率超出所述目标功率值范围时，则以第四预设值为步长一直给所述第一控制环路的设置参数增加一个第四预设值，并在每增加一个第四预设值后重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至所述第二输出功率在所述目标功率值范围内为止，并将所述第二初始值与增加的第四预设值的和值作为第一数值。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，
在所述比较所述第二输出功率与该光信号的第一输出功率之后，所述方法还包括：
当所述第二输出功率大于该光信号的第一输出功率时，则在第二初始值的基础上给所述第一控制环路的设置参数减小一个第四预设值，并重新锁定所述第一控制环路和第二控制环路；
获取与所述平衡控制器对应的光信号当前的第三输出功率；
比较所述第三输出功率与该光信号的第一输出功率；
当所述第三输出功率小于该光信号的第一输出功率，且所述第三输出功率在所述目标功率值范围内时，将所述第二初始值与所述第四预设值的差值作为第一数值；
当所述第三输出功率小于该光信号的第一输出光功率，且所述第二输出功率超出所述目标功率值范围时，则以第四预设值为步长一直给所述第一控制环路的设置参数减小一个第四预设值，并在每减小一个第四预设值后重新锁定第一控制环路和第二控制环路，直至与所述平衡控制对应的光信号的输出功率在所述目标功率值范围内为止，并将所述第二初始值与减小的第四预设值的差值作为第一数值。
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| PB01 | Publication | ||
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