CN109314576B - 用于i/q调制器偏置控制的两次正交抖动的二阶检测 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双偏振(Dual Polarization，DP)‑同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫‑曾德调制器(Mach‑Zehnder Modulator，MZM)偏置控制器，用于：生成一对正交抖动信号；将所述一对正交抖动信号相乘以产生二阶正交抖动信号；以及通过以下操作将DP‑I/Q MZM的同相(Inphase，I)MZM锁定到传输信号的对应I分量的值：将所述一对正交抖动信号应用到所述DP‑I/Q MZM的正交(Quadrature，Q)MZM和相位(Phase，P)MZM；将I偏置信号应用到所述DP‑I/Q MZM的所述I MZM；检测所述DP‑I/Q MZM的输出；以及基于所述二阶抖动信号与所述DP‑I/Q MZM的输出的乘积来确定所述DP‑I/Q MZM的所述I MZM的输出中的I误差信号。

Description

用于I/Q调制器偏置控制的两次正交抖动的二阶检测
相关申请案交叉申请
本发明要求2016年6月10日递交的发明名称为“用于I/Q调制器偏置控制的两次正交抖动的二阶检测(Second Order Detection of Two Orthogonal Dithers for I/QModulator Bias Control)”的第15/179,704号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文本中。
背景技术
在太比特光纤传输系统中使用高阶调制可能是一种提高频谱效率并更好地利用现有光纤基础设施的传输能力的方式。然而，传输信号质量和传输信道损伤对于高阶调制系统的性能可能会变得愈加重要。高速模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)的发展和数字信号处理器(digital signal processor，DSP)中的深亚微米半导体处理技术可使高级数字信号处理技术能够应用于光发射器和/或接收器处的信号调节和/或失真补偿。
发明内容
现有方案无法准确地在所有场景中对DP-I/Q MZM进行偏置。如下文将详细描述的，提供了一种用于准确地在所有场景中对DP-I/Q MZM进行偏置的方案。
在一实施例中，本发明包括一种双偏振(Dual Polarization，DP)-同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)偏置控制器，用于：生成一对正交抖动信号；将所述一对正交抖动信号相乘以产生二阶抖动信号；以及通过以下操作将DP-I/Q MZM的同相(Inphase，I)MZM锁定到传输信号的对应I分量的值：将所述一对正交抖动信号应用到所述DP-I/Q MZM的正交(Quadrature，Q)MZM和相位(Phase，P)MZM，将I偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述I MZM，检测所述DP-I/Q MZM的输出，以及基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的所述输出的乘积来确定所述DP-I/QMZM的所述I MZM的输出中的I误差信号。
在一实施例中，所述偏置控制器还用于通过以下操作将所述DP-I/Q MZM的所述QMZM锁定到所述传输信号的对应Q分量的值：将所述一对正交抖动信号应用到所述DP-I/QMZM的所述I MZM和所述P MZM，将Q偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM，检测所述DP-I/Q MZM的输出，以及基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的所述输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM的输出中的Q误差信号。在一实施例中，所述偏置控制器还用于通过以下操作将所述DP-I/Q MZM的相位锁定到所述传输信号的对应合并I/Q值的值：将所述一对正交抖动信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM和所述I MZM，将P偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述P MZM，检测所述DP-I/Q MZM的输出，以及基于所述二阶抖动信号与所述DP-/Q MZM的所述输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述输出中的P误差信号。在一实施例中，所述偏置控制器还用于：基于所述I误差信号迭代调整所述I偏置信号以支持将所述I MZM锁定到所述传输信号的所述I分量，基于所述Q误差信号迭代调整所述Q偏置信号以支持将所述Q MZM锁定到所述传输信号的所述Q分量，以及基于所述P误差信号迭代调整所述P偏置信号以支持将所述P MZM锁定到所述传输信号的所述合并I/Q值。在一实施例中，在锁定所述P MZM时，所述一对正交抖动信号应用到所述I MZM和所述Q MZM，而不应用到所述P MZM。在一实施例中，在锁定所述Q MZM时，所述一对正交抖动信号应用到所述I MZM和所述P MZM，而不应用到所述Q MZM。在一实施例中，在锁定所述I MZM时，所述一对正交抖动信号应用到所述Q MZM和所述P MZM，而不应用到所述I MZM。在一实施例中，所述IMZM、所述Q MZM和所述P MZM从任意值开始锁定，并且不对所述DP-I/Q MZM进行预校准。在一实施例中，所述I MZM、所述Q MZM和所述P MZM在传输数据的峰峰驱动电压(Vpp)等于所述DP-I/Q MZM的半波电压(Vπ)时进行锁定。
在另一实施例中，本发明包括一种双偏振(Dual Polarization，DP)-同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)偏置控制器，所述DP-I/Q MZM偏置控制器包括：正交(Quadrature，Q)偏置电路，用于生成Q偏置信号以应用到DP-I/Q MZM的Q MZM，从而将所述Q MZM锁定到传输信号的对应Q分量的值；抖动信号发生器，用于生成一对正交抖动信号；耦合到所述Q偏置电路和所述抖动信号发生器的抖动开关，所述抖动开关用于将所述一对正交抖动信号相乘以产生二阶正交抖动信号，以及合并所述一对正交抖动信号与同相(Inphase，I)偏置信号和相位(Phase，P)偏置信号；以及耦合到所述Q偏置电路和所述抖动信号发生器的误差信号发生器，所述误差信号发生器用于从所述抖动信号发生器接收所述一对正交抖动信号，接收所述DP-I/Q MZM的输出，以及确定Q误差信号为所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM的输出与所述二阶抖动信号的乘积。
在一实施例中，一种偏置控制器用于：在将所述DP-I/Q MZM的P MZM锁定到所述传输信号的合并I/Q值时，使所述抖动开关合并所述一对正交抖动信号与所述Q偏置信号和同相(Inphase，I)偏置信号，而不合并相位(Phase，P)偏置信号。在一实施例中，所述偏置控制器还用于：在将所述DP-I/Q MZM的I MZM锁定到所述传输信号的I值时，使所述抖动开关合并所述一对正交抖动信号与所述Q偏置信号和所述P偏置信号，而不合并I偏置信号。在一实施例中，所述偏置控制器还用于：在将所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM锁定到所述传输信号的Q值时，使所述抖动开关合并所述一对正交抖动信号与所述I偏置信号和所述P偏置信号，而不合并Q偏置信号。在一实施例中，所述偏置控制器还用于：从任意值开始锁定所述I MZM、所述Q MZM和所述P MZM，并且不对所述DP-I/Q MZM进行预校准。在一实施例中，所述偏置控制器还用于：当传输数据的峰峰驱动电压(Vpp)等于所述DP-I/Q MZM的半波电压(Vπ)时，锁定所述I MZM、所述Q MZM和所述P MZM。在一实施例中，同相(Inphase，I)偏置电路耦合到所述抖动开关，所述I偏置电路用于：生成I偏置信号以应用到DP-I/Q MZM的I MZM，从而将所述I MZM锁定到传输信号的对应I分量的值，其中，所述抖动开关还用于合并所述一对正交抖动信号与所述Q偏置信号，所述误差信号发生器还用于基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的所述输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述I MZM的输出中的I误差信号。
在又一实施例中，本发明包括一种在双偏振(Dual Polarization，DP)-同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)偏置控制器中实施的方法，所述方法包括：生成一对正交抖动信号；将所述一对正交抖动信号相乘以产生二阶抖动信号；将同相(Inphase，I)偏置信号应用到DP-I/Q MZM的I MZM以将所述I MZM锁定到传输信号的对应I分量的值；合并所述一对正交抖动信号与正交(Quadrature，Q)偏置信号和相位(Phase，P)偏置信号；检测所述DP-I/Q MZM的输出；以及基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的所述输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述I MZM的输出中的I误差信号。
为清晰起见，在本发明的范围内，前述实施例中的任何一项可以与前述其它实施例中的任何一项或多项组合来创建新的实施例。
在一实施例中，所述方法包括：将Q偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的Q MZM以将所述Q MZM锁定到所述传输信号的对应Q分量的值；合并所述一对正交抖动信号与所述I偏置信号和所述P偏置信号；以及基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的所述输出的所述乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM的输出中的Q误差信号。在一实施例中，所述方法包括：应用所述P偏置信号以将所述DP-I/Q MZM的P MZM锁定到所述传输信号的合并I/Q值；以及基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的所述输出的所述乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述输出中的P误差信号。在一实施例中，所述方法包括：采用时分复用(timedivision multiplexing，TDM)方案将所述二阶抖动信号应用到所述P偏置信号、所述I偏置信号和所述Q偏置信号，使得所述二阶抖动信号在所述P MZM被锁定时应用到所述I偏置信号和所述Q偏置信号，在所述Q MZM被锁定时应用到所述I偏置信号和所述P偏置信号，以及在所述I MZM被锁定时应用到所述P偏置信号和所述Q偏置信号。
结合附图和权利要求，可以在下文的详细描述中更清楚地理解这些和其它特征。
附图说明
为了更透彻地理解本发明，现参阅结合附图和具体实施方式而描述的以下简要说明，其中，相同参考标号表示相同部件。
图1是基于双偏振(Dual Polarization，DP)-同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)的光发射器(Tx)的一实施例的示意图。
图2是DP-I/Q MZM偏置控制器网络的一实施例的示意图。
图3是收发器单元的一实施例的示意图。
图4是将DP-I/Q MZM的I MZM/Q MZM/P MZM锁定到零点/零点/正交位置的对应值的方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
首先应理解，尽管下文提供了一个或多个实施例的说明性实施方式，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方式、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方式，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
光DP-I/Q调制器用来将电信号数据调制到光载波上以在光介质中传输。在调制过程中，还采用偏置信号来确保调制器的每个部分都锁定到DP I/Q调制方案所使用的适当值。偏置锁定精度对DP I/Q调制光信号的系统性能有显著影响。例如，可在使用正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)和正交幅度调制(Quadrature amplitudemodulation，QAM)方案(例如16-QAM、32-QAM、64–QAM、128-QAM等)等高级调制方案的100吉字节/秒(Gigabytes per second，Gbps)或更大的传输中采用I/Q MZM。需要精确的MZM偏置控制来确保适当的系统性能，使系统性能免受波长、温度、热串扰、老化等多种依赖和损伤的影响。
DP-I/Q MZM包括用于调制信号的一个正交(Quadrature，Q)MZM和一个同相(Inphase，I)MZM，每种正交偏振状态下一个。将Q偏置信号应用到Q MZM以将Q MZM锁定到如调制方案所要求的其传递曲线的零点位置。同样，采用I偏置信号将I MZM锁定到如调制方案所要求的其传递曲线的零点位置。DP-I/Q MZM还采用相位(Phase，P)MZM，P MZM被定位为Q MZM和I MZM两者的输出的父MZM。P MZM还接收P偏置信号以将P MZM锁定到如调制方案所要求的其传递曲线的正交位置。I MZM/Q MZM/P MZM的每个偏置信号按误差信号进行调整，误差信号根据应用于MZM的抖动信号与在P MZM的输出处检测到的光信号的低频分量的乘积而生成。
通过下文将进一步详细描述的传统方法，在以下两种场景中，无法通过传统方案将DP-I/Q MZM锁定到正确位置。第一，I MZM或Q MZM的任何最初起始值与它们的最终锁定值之间大于90度会导致MZM被锁定到峰值位置而非零点位置。第二，射频(RadioFrequency，RF)传输信号的峰峰驱动电压(Vpp)接近MZM传递曲线的半波电压(Vπ)，导致使用零误差信号进行锁定。这是传统方案的普遍问题，不管DP-I/Q MZM是哪种类型(例如基于铌酸锂(Lithium Niobate，LiNbO3)、磷化铟(Indium Phosphide，InP)、硅光子(SiliconPhotonics，SiP)等)。
本文公开了一种用于在所有场景(包括上文讨论的场景)中准确地对DP-I/Q MZM进行偏置的方案。本方案还可准确地用于任何DP-I/Q MZM(例如LiNbO3、InP和SiP)。具体而言，本方案生成一对正交抖动信号(d1和d2)。然后以时域复用(time domainmultiplexing，TDM)方式将d1和d2应用到六个MZM输入(XI、XQ、XP、YI、YQ和YP)中的两个。随后基于MZM的输出以及d1和d2生成二(第二)阶误差信号。然后，在所有场景中，使用该误差信号迭代改变偏置信号并高效准确地锁定DP-I/Q MZM的对应MZM。
图1是基于DP-I/Q MZM的光Tx 100的一实施例的示意图。Tx 100通过光载波的幅度、相位和/或偏振来调制光束。Tx 100可包括耦合到DP-I/Q MZM 105的连续波激光二极管(continuous wave laser diode，CW-LD)150。DP-I/Q MZM 105可由基于LiNbO3、InP、Si的材料或它们的组合组成。DP-I/Q MZM 105分别通过X组件120和Y组件130对载波的第一偏振(X)和第二偏振(Y)进行编码。X组件120包括XI MZM 121和XQ MZM 122，分别用于对X偏振的I分量和Q分量进行编码。同样，Y组件130包括YI MZM 131和YQ MZM132，分别用于对Y偏振的I分量和Q分量进行编码。X组件120和Y组件130还分别包括XP MZM 123和YP MZM 133，用于进行偏置控制。DP-I/Q MZM 105还包括偏振分束器和用于合并X部分和Y部分的合束器。DP-I/Q MZM 105还包括Y光检测器(Y photo detector，PDY)161和X光检测器(Xphotodetector，PDX)160，分别用于检测Y组件130和X组件120的输出，以便产生用于进行偏置锁定的误差信号。
CW-LD 150可以是任何用于通过光介质传输光载波信号的可调谐激光器。CW-LD150可通过光信道耦合到DP-I/Q MZM 105，并可连续传输光载波。在进入DP-I/Q MZM 105后，光载波被分为分别通过光波导发往X组件120的X载波和发往Y组件130的Y载波。例如，光载波可由偏振分束器进行分离，偏振分束器可以是用于进行以下操作的任何光设备：将激光器或如CW-LD 150等其它光源生成的光束分为两个或更多光束，并将这些光束传导到相关联的调制器。
在X组件120处，X载波进一步被分为XI载波和XQ载波，并分别被转发到XI MZM 121和XQ MZM 122，以分别接收射频(radio frequency，RF)信号等电信号的XI分量和XQ分量。XI MZM 121包括：信号元件，用于将RF XI信号调制到X光载波上；以及偏置元件，用于将XI直流(direct current，DC)偏置信号应用到XI MZM 121。如一非限制性示例，信号元件和偏置元件可选择性地改变XI MZM 121中的波导折射率，以将RF XI信号调制到X光载波上。在一实施例中，通过以下方式改变折射率：通过加热元件选择性地对波导加热，或者通过采用电容器和/或二极管，例如通过采用电子损耗调制，选择性地改变波导中的自由电子。RF XI信号可能不会完全调制到光载波上(例如，由于MZM中固有的相位漂移等)，因此，在调制期间会应用XI偏置信号来纠正误差和/或调节XI光信号。XQ MZM 122通过与XI MZM 121基本相同的方式将RF XQ信号调制到光载波上。XP MZM 123跨XI MZM 121和XQ MZM 122的输出，并将XP DC偏置信号应用到这两个输出。XP MZM 123通过与信号和偏置MZM类似的方式来调制信号。XP偏置信号还调节合并的X光信号，以确保合并的X光信号在退出X组件120时相位正确。
PDX 160可用于(例如通过将光输出转变为电信号)测量X组件120的合并输出的一部分，并将信号的所测量的部分转发给偏置控制器，如图2所示。然后，偏置控制器基于PDX160测量出的结果计算误差信号，并改变XI、XQ和XP偏置信号以纠正检测到的误差。
Y组件130采用分别基本类似于XI MZM 121、XQ MZM 122、XP MZM 123和PDX 160的YI MZM 131、YQ MZM 132、YP MZM 133和PDY 161，并使用对应的偏置信号将RF YI和YQ信号调制到Y光载波上。将Y光信号与X光信号合并以产生合并的信号输出(POut)。
图2是DP-I/Q MZM偏置控制器网络200的一实施例的示意图。网络200包括DP-I/QMZM 205，其基本上可类似于DP-I/Q MZM 105。DP-I/Q MZM 205接收光载波作为输入(In)并调制信号作为POut。网络200还包括光检测器(photo detector，PD)260。PD 260包括PDY和PDX，例如PDX 160和PDY 161。PD 260还包括滤波电路，用于对PDX和PDY的采样输出进行滤波，和/或模数转换(analog-to-digital conversion，ADC)电路，用于将采样的和/或滤波的输出转换为数字信号。PD 260可实施为DP-I/Q MZM 205的一部分，实施在单独的微控制器上，实施在还包括网络200的其它组件的微控制器上，实施在或其组合上(例如，在DP-I/QMZM上实施PD，在微控制器上实施滤波器/ADC，等等)。
网络200还包括用于根据PD 260的采样输出控制DP-I/Q MZM 205的各种偏置信号的各种组件。如下文所述，网络200的组件可实施为单独的互联硬件组件，以硬件、软件或固件或其组合的方式在微控制器上实施。网络200包括一对正交抖动信号发生器271，其包括任何用于生成第一抖动信号(d1)和第二抖动信号(d2)的系统，d1和d2在相位上是正交的。当每个信号的矢量点积始终为零时，这些信号是正交的。例如，当d1和d2相位相差九十度时，这两个信号是正交的。因此，信号d1和d2在合并时各自应用一个交流(alternatingcurrent，AC)信号，使得d1信号和d2信号互不干扰。抖动信号发生器271(例如，通过信号合路器)耦合到抖动开关275和误差信号发生器272。相应地，抖动信号发生器271向抖动开关275和误差信号发生器272提供正交抖动信号d1和d2。误差信号发生器272根据检测到的信号与d1*d2(也称为D2nd，在本文中称为二阶抖动信号)的乘积来生成误差信号。
误差信号发生器272耦合到PD 260的输出和抖动信号发生器271。误差信号发生器272是任何用于为锁定的各MZM分量迭代生成误差信号(ErrSig)的硬件/软件模块，例如，如下文的方法400所述。用数学语言来说，误差信号发生器272通过获取D2nd乘以PDdet的积分这样的方式来基于二阶抖动信号(D2nd)与PD 260的输出(PDdet)生成误差信号，该误差信号可表示为ErrSig＝∫(D2nd*PDdet)dt。该误差信号被传输到偏置电路273，如图2所示。
偏置电路273是任何用于基于误差信号为DP-I/Q MZM的各种偏置输入生成偏置信号的硬件/软件单元。偏置电路273包括用于生成XI偏置信号的XI马赫-曾德(Mach-Zehnder，MZ)(XIMZ)偏置电路、用于生成XQ偏置信号的XQMZ偏置电路、用于生成XP偏置信号的XPMZ偏置电路、用于生成YI偏置信号的YIMZ偏置电路、用于生成YQ偏置信号的XYQMZ偏置电路和用于生成YP偏置信号的YPMZ偏置电路。这些偏置电路生成的偏置信号被应用到DP-I/Q MZM 205，应用方式与将对应偏置信号应用到DP-I/Q MZM 105的方式基本相同。偏置电路273生成它们对应的偏置信号，以便通过采用方法400的迭代过程来将误差信号降低到零，如图900至图1100所示。
抖动开关275是任何用于基于偏置控制器274的输入选择性地将一对正交抖动信号切换到六个MZM(例如XI、XQ、XP、YI、YQ和/或YP)中的两个上的开关。偏置控制器274是任何用于控制将偏置信号应用到DP-I/Q MZM 205的硬件/软件组件。偏置控制器274用于控制偏置电路273并通过抖动开关275将这一对正交抖动信号应用到偏置信号上。相应地，偏置控制器274用于选择DP-I/Q MZM 205以在指定时间锁定，应用合适的对应偏置信号，并以TDM方式将正交抖动信号应用到偏置信号，如下文的方法400所述。偏置控制器274可以在与Y组装元件大致相同的时间锁定X组装元件，或者，X元件和Y元件可彼此独立锁定。通过采用下文所述的方法400至方法500，当Vpp＝Vπ时，网络200可以将所有I MZM/Q MZM/P MZM从任意起始位置锁定到零点/零点/正交位置。
通过使用上文简述的传统方法，在仅将一个抖动信号应用到DP-I/Q MZM 205的XIMZM或YI MZM以将XI或YI锁定到零点位置时，用于进行偏置锁定的误差信号在数学上可以描述为：
Figure BDA0001896161480000061
其中
Figure BDA0001896161480000062
方程式1
其中，
Figure BDA0001896161480000063
是DP-I/Q MZM(β)的输出功率，
Figure BDA0001896161480000064
相当于I MZM造成的相移所引起的误差信号，αHI是I MZM的DC相移，αHQ是Q MZM的DC相移，αHP是P MZM的相移，
Figure BDA0001896161480000065
是调制器RF电压峰峰值所引起的相移。第一项
Figure BDA0001896161480000066
对于I MZM偏置控制来说是有用项，而第二项
Figure BDA0001896161480000067
是失真项，表示I MZM/Q MZM/P MZM之间的串扰。当Vpp/Vπ接近1时，该第一有用项接近零，仅剩下失真项。因此，在仅使用单个抖动时，无法将对应的I MZM或Q MZM锁定到零点位置。此外，该误差信号无法区分峰值αHI＝0或零点位置αHI＝π。因此，如果最初起始点与零点位置之间大于90度，则I MZM或Q MZM可能会被错误地锁定到峰值位置。这时，需要进行锁定到零点的预校准以防止锁定到峰值位置。
相比于传统方法，在将两个正交抖动信号应用到DP–I/Q MZM 205的Q MZM/P MZM以锁定I MZM(例如YI或XI)时，来自DP–I/Q MZM 205的误差信号在数学上可以描述为：
Figure BDA0001896161480000068
方程式2
其中，所有项均与结合方程式1所述的相同。在这种情况下，当Vpp/Vπ接近1时，误差信号不为零。因此，即使在Vpp/Vπ接近1时，网络200仍然可以确定αHI并锁定I MZM。此外，该误差信号能够区分峰值αHI＝0或零点αHI＝π。因此，网络200无需进行预校准以防止锁定到峰值。应注意，当I项与Q项互换时，方程式1至2也可以应用到Q MZM。
为进一步论证，在将两个正交抖动信号应用到DP–I/Q MZM 205的I MZM/Q MZM以锁定P MZM(例如YP或XP)时，来自DP–I/Q MZM 205的误差信号在数学上可以描述为：
Figure BDA0001896161480000071
方程式3
其中，所有项均与结合方程式1至2所述的相同。在锁定P MZM且Vpp/Vπ接近1时，误差信号不会降为零。
图3是收发器单元300的一实施例的示意图，收发器单元300可以是任何传输和/或接收带有编码数据的光信号的设备。例如，收发器单元300可位于光传输系统中，并可包括Tx，例如Tx 100。该Tx可包括偏置控制器网络，例如偏置控制器网络200。收发器单元300可用于实施或支持本文所述的任一方案。在一些实施例中，收发器单元300还可充当光传送网络(optical transport network，OTN)中的其它节点。本领域技术人员将认识到，术语收发器单元包括各种设备，收发器单元300仅仅是一个示例。包括收发器单元300是为了论述清楚起见，但绝不意味着将本发明的应用限定于特定收发器单元实施例或某类收发器单元实施例。本发明所述的至少一些特征/方法可以在收发器单元300等网络装置或组件中实施。例如，本发明中的特征/方法可以通过硬件、固件和/或安装在硬件上运行的软件来实施。收发器单元300可以是通过网络传输电信号和/或光信号的任何设备，例如交换机、路由器、网桥、服务器、客户端等。如图3所示，收发器单元300可包括收发器(Tx/Rx)310，Tx/Rx 310可以是发射器、接收器或其组合。Tx/Rx 310可耦合到多个下行端口320(例如下行接口)，用于传输和/或接收来自其它节点的帧，并且Tx/Rx 310耦合到多个上行端口350(例如上行接口)，用于分别传输和/或接收来自其它节点的帧。处理器330可耦合到Tx/Rx 310以处理数据信号和/或确定向哪些节点发送数据信号。处理器330可包括一个或多个多核处理器和/或存储设备332，其可用作数据存储器、缓冲器等。处理器330可实施为通用处理器或可为一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)和/或数字信号处理器(digital signal processor，DSP)的一部分。收发器单元300可包括MZM控制模块314，其可用于监控从位于收发器单元300中的一个或多个Tx(例如Tx/Rx 310)中的调制器发送的信号，并如上所述在Tx 310和/或偏置控制器网络200中对这类信号进行偏置。MZM控制模块314可实施为ASIC、DSP、微控制器等。在替代性实施例中，MZM控制模块314可在处理器330中实施，作为可由处理器330执行的指令存储于存储器332中，和/或部分在处理器330中实施，部分在存储器332中实施。下行端口320和/或上行端口350可包括电和/或光传输和/或接收组件。
可以理解的是，通过将可执行指令编程和/加载到收发器单元300上，处理器330、MZM控制模块314、Tx/Rx 310、存储器332、下行端口320和/或上行端口350中的至少一个会被改变，使得收发器单元300部分地转换为具有本发明所宣扬的新颖功能的特定机器或装置，例如多核转发架构。可以通过将可执行软件加载到计算机而实现的功能可通过公知的设计规则转换为硬件实施，这在电子工程和软件工程领域是很基础的。决定使用软件还是硬件来实施一个概念通常取决于对设计稳定性及待生产的单元数量的考虑，而不是从软件领域转换至硬件领域中所涉及的任何问题。通常，仍然会频繁改变的设计可优选在软件中实施，因为重新编写硬件实施比重新编写软件设计更为昂贵。通常，稳定及大规模生产的设计可优选在如ASIC这样的硬件中实施，因为对于大规模生产运行，硬件实施比软件实施更为便宜。一种设计通常以软件形式开发和测试，随后通过公知的设计规则转变为专用集成电路中的等效硬件实施，其中该专用集成电路硬连线软件指令。由新的ASIC控制的机器是特定机器或装置，同样地，编程和/或加载有可执行指令的计算机也可视为特定机器或装置。
在一示例实施例中，收发器单元300包括：抖动模块，其生成一对正交抖动信号；乘法器模块，其将该对正交抖动信号相乘以产生二阶抖动信号；偏置模块，其将同相(Inphase，I)偏置信号应用到DP-I/Q MZM的I MZM以将I MZM锁定到传输信号的对应I分量的值；合束器模块，其合并该对正交抖动信号与正交(Quadrature，Q)偏置信号和相位(Phase，P)偏置信号；输出检测模块，其检测DP-I/Q MZM的输出；以及误差模块，其基于二阶抖动信号与DP-I/Q MZM的输出的乘积来确定DP-I/Q MZM的I MZM的输出中的I误差信号。在一些实施例中，收发器单元300可包括其它或额外的模块，用于执行各实施例中所描述的任一步骤或步骤的组合。此外，本方法的任一额外的或替代性实施例或方面，如任一附图所示或任一权利要求中所陈述，预计也包括类似的模块。
图4是将DP-I/Q MZM的I MZM/Q MZM/P MZM锁定到零点/零点/正交位置的对应值的方法400的一实施例的流程图。当DP-I/Q MZM(例如偏置控制器网络200)决定将DP-I/QMZM(例如DP-I/Q MZM 105和/或DP-I/Q MZM 205)的I MZM/Q MZM/P MZM锁定到零点/零点/正交位置时，方法400开始。在步骤401处，将各个MZM(例如XI、XQ、XP、YI、YQ和YP)的偏置信号设为预定默认值，并选择步长值。还设定初始迭代数。例如，迭代次数可以设为1至20次迭代。步骤403进入迭代。
在步骤405处，选择该组MZM(例如XI、XQ、XP、YI、YQ和YP)中的一个待锁定的MZM。在步骤407处，针对所选的MZM的相应一对MZM(例如，对于XQ是XI/XP，对于YI是YQ/YP，等等)，开启一对正交抖动。在步骤409处，将偏置信号设为多个步长中的一个，并针对每个步长测量误差信号。具体而言，将偏置信号设为默认值－步长并测量误差信号，将偏置信号设为默认步长并测量误差信号，再将偏置信号设为默认值+步长并测量误差信号。在步骤411处，绘制测量出的误差信号与偏置信号的对比，并使用线性外插法来估计在下一迭代中零误差信号处的默认偏置信号。
在步骤413处，将当前迭代中的误差信号的符号与前一迭代中的误差信号的符号进行对比。如果当前迭代与前一迭代中的误差信号的符号不同(例如，一个负，一个正)，则在步骤415处，下一迭代中的默认偏置信号是当前迭代与前一迭代中的默认偏置信号的平均值，并且过程前进到步骤417。另一方面，如果当前迭代与前一迭代中的误差信号的符号相同(例如，都为负或都为正)，则过程前进到步骤417。在步骤417处，设置下一迭代的偏置信号，该偏置信号可以是通过步骤415处的求平均值而计算出的偏置信号或通过步骤411处的外插法确定的偏置信号。
在步骤419处，确定是否已考虑了集合中的所有MZM。若否，则在步骤405处从六个可用MZM的集合中选择另一个MZM，并如流程图所示重复该循环。若是，则过程前进到步骤421。在步骤421处，将当前六个偏置信号(例如，针对六个MZM：XI、XQ、XP、YI、YQ和YP的集合)与先前六个偏置信号进行比较以获得六个绝对delta(Δ)值，从而与预定标准进行比较。如果六个绝对delta值中有任何一个值大于预定标准，则过程前进到步骤423。在步骤423处，减小步长值，过程继续，并且如流程图所示重复迭代。另一方面，如果这六个delta值都小于或等于预定标准，则过程结束。
在一实施例中，图4的方法以TDM方式实施。例如，DP-I/Q MZM，比如DP-I/Q MZM偏置控制器网络200中的DP-I/Q MZM 205，可使用TDM原理进行偏置。当使用TDM时，如上文所述进行内循环迭代(例如图4的步骤405、407、409、411、413，可能还有步骤415、417和419)和外循环迭代(例如图4的步骤403、417、419、421、423)。但是，正交抖动对(d1、d2)仅应用于三个调制器中的两个(例如，应用于Q/PMZ以进行IMZ锁定、应用于I/PMZ以进行QMZ锁定、应用于I/QMZ以进行PMZ锁定)。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明所公开的系统和方法可以以许多其它特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文中所给出的细节。例如，各种元件或组件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或集成。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项也可以采用电方式、机械方式或其它方式经由某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的示例可以由本领域的技术人员在不脱离本文精神和所公开的范围的情况下确定。

Claims (16)

1.一种双偏振(Dual Polarization，DP)-同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)偏置控制器，其特征在于，用于：
生成一对正交抖动信号；
将所述一对正交抖动信号相乘以产生二阶抖动信号；以及
通过以下操作将DP-I/Q MZM的同相(Inphase，I)MZM锁定到传输信号的对应I分量的值：
将所述一对正交抖动信号应用到所述DP-I/Q MZM的正交(Quadrature，Q)MZM和相位(Phase，P)MZM；
将I偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述I MZM；
检测所述DP-I/Q MZM的输出；以及
基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述I MZM的输出中的I误差信号；
其中，在锁定所述P MZM时，所述一对正交抖动信号应用到所述I MZM和所述Q MZM，而不应用到所述P MZM；
或者，
其中，在锁定所述Q MZM时，所述一对正交抖动信号应用到所述I MZM和所述P MZM，而不应用到所述Q MZM；
或者，
其中，在锁定所述I MZM时，所述一对正交抖动信号应用到所述Q MZM和所述P MZM，而不应用到所述I MZM。
2.根据权利要求1所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述偏置控制器还用于：
通过以下操作将所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM锁定到所述传输信号的对应Q分量的值：
将所述一对正交抖动信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述I MZM和所述P MZM；
将Q偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM；
检测所述DP-I/Q MZM的输出；以及
基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM的输出中的Q误差信号。
3.根据权利要求2所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述偏置控制器还用于：
通过以下操作将所述DP-I/Q MZM的相位锁定到所述传输信号的对应合并I/Q值的值：
将所述一对正交抖动信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM和所述I MZM；
将P偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的所述P MZM；
检测所述DP-I/Q MZM的输出；以及
基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的输出中的P误差信号。
4.根据权利要求3所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述偏置控制器还用于：
基于所述I误差信号迭代调整所述I偏置信号以支持将所述I MZM锁定到所述传输信号的所述I分量；
基于所述Q误差信号迭代调整所述Q偏置信号以支持将所述Q MZM锁定到所述传输信号的所述Q分量；以及
基于所述P误差信号迭代调整所述P偏置信号以支持将所述P MZM锁定到所述传输信号的所述合并I/Q值。
5.根据权利要求4所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述I MZM、所述Q MZM和所述P MZM从任意值开始锁定，并且不对所述DP-I/Q MZM进行预校准。
6.根据权利要求4所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述I MZM、所述Q MZM和所述P MZM在传输数据的峰峰驱动电压(Vpp)等于所述DP-I/Q MZM的半波电压(Vπ)时进行锁定。
7.一种双偏振(Dual Polarization，DP)-同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)偏置控制器，其特征在于，包括：
正交(Quadrature，Q)偏置电路，用于生成Q偏置信号以应用到DP-I/Q MZM的Q MZM，从而将所述Q MZM锁定到传输信号的对应Q分量的值；
抖动信号发生器，用于生成一对正交抖动信号；
耦合到所述Q偏置电路和所述抖动信号发生器的抖动开关，所述抖动开关用于：
将所述一对正交抖动信号相乘以产生二阶正交抖动信号；以及
合并所述一对正交抖动信号与同相(Inphase，I)偏置信号和相位(Phase，P)偏置信号；以及
耦合到所述Q偏置电路和所述抖动信号发生器的误差信号发生器，所述误差信号发生器用于：
从所述抖动信号发生器接收所述一对正交抖动信号；
接收所述DP-I/Q MZM的输出；以及
确定Q误差信号为所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM的输出与所述二阶抖动信号的乘积。
8.根据权利要求7所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，还包括偏置控制器，用于：在将所述DP-I/Q MZM的P MZM锁定到所述传输信号的合并I/Q值时，使所述抖动开关合并所述一对正交抖动信号与所述Q偏置信号和同相(Inphase，I)偏置信号，而不合并相位(Phase，P)偏置信号。
9.根据权利要求8所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述偏置控制器还用于：在将所述DP-I/Q MZM的I MZM锁定到所述传输信号的I值时，使所述抖动开关合并所述一对正交抖动信号与所述Q偏置信号和所述P偏置信号，而不合并I偏置信号。
10.根据权利要求9所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述偏置控制器还用于：在将所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM锁定到所述传输信号的Q值时，使所述抖动开关合并所述一对正交抖动信号与所述I偏置信号和所述P偏置信号，而不合并Q偏置信号。
11.根据权利要求10所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述偏置控制器还用于：从任意值开始锁定所述I MZM、所述Q MZM和所述P MZM，并且不对所述DP-I/Q MZM进行预校准。
12.根据权利要求10所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，所述偏置控制器还用于：当传输数据的峰峰驱动电压(Vpp)等于所述DP-I/Q MZM的半波电压(Vπ)时，锁定所述IMZM、所述Q MZM和所述P MZM。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的DP-I/Q MZM偏置控制器，其特征在于，还包括耦合到所述抖动开关的同相(Inphase，I)偏置电路，所述I偏置电路用于：生成I偏置信号以应用到DP-I/Q MZM的I MZM，从而将所述I MZM锁定到传输信号的对应I分量的值，其中，所述抖动开关还用于合并所述一对正交抖动信号与所述Q偏置信号，所述误差信号发生器还用于基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述I MZM的输出中的I误差信号。
14.一种在双偏振(Dual Polarization，DP)-同相/正交(Inphase/Quadrature，I/Q)马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)偏置控制器中实施的方法，其特征在于，所述方法包括：
生成一对正交抖动信号；
将所述一对正交抖动信号相乘以产生二阶抖动信号；
将同相(Inphase，I)偏置信号应用到DP-I/Q MZM的I MZM以将所述I MZM锁定到传输信号的对应I分量的值；
合并所述一对正交抖动信号与正交(Quadrature，Q)偏置信号和相位(Phase，P)偏置信号；
检测所述DP-I/Q MZM的输出；以及
基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的输出的乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述I MZM的输出中的I误差信号；
所述方法还包括：
采用时分复用(time division multiplexing，TDM)方案将所述二阶抖动信号应用到所述P偏置信号、所述I偏置信号和所述Q偏置信号，使得所述二阶抖动信号：
在所述P MZM被锁定时应用到所述I偏置信号和所述Q偏置信号；
在所述Q MZM被锁定时应用到所述I偏置信号和所述P偏置信号；以及
在所述I MZM被锁定时应用到所述P偏置信号和所述Q偏置信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
将Q偏置信号应用到所述DP-I/Q MZM的Q MZM以将所述Q MZM锁定到所述传输信号的对应Q分量的值；
合并所述一对正交抖动信号与所述I偏置信号和所述P偏置信号；以及
基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的输出的所述乘积来确定所述DP-I/Q MZM的所述Q MZM的输出中的Q误差信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
应用所述P偏置信号以将所述DP-I/Q MZM的P MZM锁定到所述传输信号的合并I/Q值；以及
基于所述二阶抖动信号与所述DP-I/Q MZM的输出的所述乘积来确定所述DP-I/Q MZM的输出中的P误差信号。
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