CN113381814B - 光通信设备和校正方法 - Google Patents

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Abstract

光通信设备和校正方法。一种光通信设备包括电平检测器、FIR滤波器和调节器。该电平检测器基于多值调幅系统中使用的输入信号来检测鉴别多值电平的变化的电平信息。该FIR滤波器根据多个乘法器的抽头系数来补偿输入信号的信号频带。该调节器基于在电平检测器中检测到的电平信息对FIR滤波器中所包括的各乘法器的抽头系数进行校正。

Description

光通信设备和校正方法
技术领域
本文中讨论的实施方式涉及光通信设备和校正方法。
背景技术
在光通信设备中，为了补偿输入信号的信号频带，广泛使用了诸如有限脉冲响应(FIR)滤波器这样的数字滤波器。此外，近年来，在光通信设备中，为了以相同的传输速度来传输大量数据，使用了多值的(例如，四电平)脉冲调幅(PAM4)信令系统。
图26是例示了根据比较例1的发送电路100的示例的框图。图26中例示的根据比较例1的发送电路100包括数字信号处理器(DSP)110、驱动器(DRV)104、光学调制器105、光纤106和抽头系数存储单元107。DSP 110包括编码器(CD)101、均衡器(EQL)102和数模转换器(DAC)103。CD 101将例如不归零(NRZ)电信号转换成PAM4电信号。EQL 102通过使用FIR滤波器102A来补偿PAM4电信号的信号频带。DAC 103对已经过频带补偿的PAM4电信号执行模拟转换。DRV 104根据已经过模拟转换的PAM4电信号将驱动信号输出到光学调制器105。光学调制器105根据驱动信号对PAM4电信号进行光学调制，并将已经过光学调制的PAM4光信号输出到光纤106。
抽头系数存储单元107存储EQL 102中的FIR滤波器102A中所包括的对应乘法器的抽头系数。EQL 102在被启动时将存储在抽头系数存储单元107中的各乘法器的抽头系数设置到FIR滤波器102A中的各乘法器中。FIR滤波器102A可以通过改变各乘法器的抽头系数来调节信号频带的加重比。
图27是例示了发送电路100中所包括的各单元的输出特性的示例的图。EQL 102的输出特性具有通过针对输入信号的各频率调节增益(例如，加重比)来补偿输入信号的信号频带的特性。例如，诸如DAC 103、DRV 104和光学调制器105这样的传输装置的输出特性均具有输入信号与输出信号彼此成比例的静态特性以及输入信号的各频率的增益有所不同的频带特性。
图28是例示了在发送电路100中的传输装置的静态特性为线性的情况下各单元的输出信号的示例的图。PAM4信号是在多值调幅系统中使用的信号，该信号的信号电平具有例如诸如信号电平0至3这样的四级。图28例示了EQL 102的输出信号；诸如DAC 103、DRV104和光学调制器105这样的各传输装置的静态特性的输出信号；以及传输装置的频带特性的输出信号。
当传输装置的静态特性为线性时，EQL 102通过使用FIR滤波器102A来补偿PAM4电信号的信号频带，由此EQL 102可以充分地补偿诸如DAC 103、DRV 104和光学调制器105这样的各传输装置的输出信号的信号频带。
根据比较例1的发送电路100中所包括的FIR滤波器102A在被启动时将存储在抽头系数存储单元107中的抽头系数设置到FIR滤波器102A中的对应乘法器。然而，如图29中例示的，FIR滤波器102A在不依赖输入的PAM4电信号的信号电平的情况下以恒定的加重比补偿各信号电平的信号频带。此外，加重比是例如信号幅度与电信号的加重峰值的比率。恒定的加重比意味着PAM4电信号的各信号电平的加重比是相同的比率。
专利文献1：日本专利公开No.2019-125826
图30是例示了在发送电路100中所包括的传输装置的静态特性为非线性的情况下各单元的输出信号的示例的图。在发送电路100中，当传输装置的静态特性为非线性时，即使当通过使用FIR滤波器102A以恒定的加重比补偿信号频带时，传输装置的静态特性和频带特性的信号电平也按照非线性特性而变化。即，传输装置的静态特性处于例如信号电平0和3的信号小的状态，而传输装置的频率特性处于例如对信号电平0和3的信号的补偿不足的状态。
然而，在发送电路100中，因为各信号电平的信号的加重比是恒定的，所以不能按照非线性特性来改变各信号电平的信号的加重比。因此，在发送电路100中，因为不能确保对各信号电平的最佳信号补偿，所以不能确保针对各信号电平的最佳眼图张开度(eyeopening)。因此，为了确保针对各信号电平的最佳眼图张开度，需要可以根据信号电平的改变而改变信号加重比的FIR滤波器。
发明内容
根据实施方式的一方面，一种光通信设备包括电平检测器、FIR滤波器和调节器。该电平检测器基于多值调幅系统中使用的输入信号来检测鉴别多值电平的变化的电平信息。该FIR滤波器根据多个乘法器的抽头系数来补偿输入信号的信号频带。该调节器基于所述电平检测器中检测到的所述电平信息来校正所述FIR滤波器中所包括的各乘法器的抽头系数。
附图说明
图1是例示了根据实施方式的光通信设备的示例的框图；
图2是例示了根据第一实施方式的发送电路的示例的框图；
图3是例示了根据第一实施方式的第一FIR滤波器的示例的框图；
图4是例示了发送电路中所包括的各单元的输出特性的示例的图；
图5是例示了在发送电路中所包括的传输装置的静态特性为非线性的情况下根据比较例1和第一实施方式的各单元的输出信号的示例的图；
图6是例示了第一FIR滤波器中所包括的乘法器的变形形式的图；
图7是例示了第一FIR滤波器中所包括的乘法器的变形形式的图；
图8是例示了根据第二实施方式的发送电路的示例的框图；
图9是例示了根据第二实施方式的第二FIR滤波器的示例的框图；
图10是例示了根据第三实施方式的第三FIR滤波器的示例的图；
图11是例示了根据第三实施方式的第一阈值REF1和第二阈值REF2的示例的图；
图12是例示了根据第三实施方式的第三FIR滤波器中的或(OR)电路和与(AND)电路的真值表的图；
图13是例示了根据第四实施方式的接收电路的示例的框图；
图14是例示了根据第五实施方式的接收电路的示例的框图；
图15是例示了由鉴别器执行的鉴别处理的示例的图；
图16是例示了根据比较例2的发送电路的示例的框图；
图17是例示了根据比较例2的频率啁啾、最佳加重和信号电平之间的关系的示例的图；
图18是例示了根据比较例2的EML的传输波形劣化的示例的图；
图19是例示了根据第六实施方式的发送电路的示例的框图；
图20是例示了根据比较例2和第六实施方式的发送电路的输出信号的示例的图；
图21是例示了根据比较例3的发送电路的示例的框图；
图22是例示了根据比较例3的DML输入信号和DML输出信号的示例的图；
图23是例示了根据第七实施方式的发送电路的示例的框图；
图24是例示了对根据比较例3的EQL的输出信号和根据第七实施方式的第一EQL的输出信号执行的补偿的示例的图；
图25是例示了根据比较例3和第七实施方式的DML输入信号和DML输出信号的示例的图；
图26是例示了根据比较例1的发送电路的示例的框图；
图27是例示了发送电路中所包括的各单元的输出特性的示例的图；
图28是例示了在发送电路中所包括的传输装置的静态特性为线性的情况下各单元的输出信号的示例的图；
图29是例示了各信号电平的加重比为相同的比率的示例的图；以及
图30是例示了在发送电路中所包括的各传输装置的静态特性为非线性的情况下各单元的输出信号的示例的图。
具体实施方式
将参照附图来描述本发明的优选实施方式。本发明不限于这些实施方式。此外，以下描述的实施方式也可以以任何合适的组合来使用，只要这些实施方式彼此不冲突即可。
[a]第一实施方式
图1是例示了根据实施方式的光通信设备1的示例的框图。图1中例示的光通信设备1包括光发送单元2和光接收单元3。光发送单元2包括四个输入接口2A、四个发送电路2B和单个光复用单元2C。各输入接口2A包括两个第一模数转换器(ADC)11、两个第一解码器(DEC)12和单个复用器(MUX)13。各第一ADC 11对输入的PAM4电信号执行数字转换，然后将已经过数字转换的PAM4电信号输出到第一对应DEC 12。各第一DEC 12将PAM4电信号转换成不归零(NRZ)电信号，然后将NRZ电信号输出到MUX 13。MUX 13复用各第一DEC 12中的NRZ电信号，并将复用的NRZ电信号输出到发送电路2B。
图2是例示了根据第一实施方式的发送电路2B的示例的框图。图2中例示的发送电路2B包括数字信号处理器(DSP)210、第一驱动器(DRV)24、光学调制器25和光纤26。DSP 210将NRZ电信号转换成PAM4电信号。第一DRV 24根据PAM4电信号将驱动信号输出到光学调制器25。光学调制器25包括未例示的激光二极管(LD)和调制器。光学调制器25根据驱动信号对PAM4电信号进行光学调制，并将已经过光学调制的PAM4光信号输出到光复用单元2C。光复用单元2C对从对应的四个发送电路2B中所包括的四个光学调制器25接收的PAM4光信号进行复用，并将经复用的PAM4光信号输出到传输光纤5。
DSP 210包括第一编码器(CD)21、第一均衡器(EQL)22、第一数模转换器(DAC)23、作为调节器的第一校正单元72A(72)以及抽头系数存储单元27A。第一CD 21将NRZ电信号转换成PAM4电信号。第一CD 21包括作为电平检测器的第一检测单元71A(71)。第一检测单元71A从PAM4电信号中检测指示表示作为多值电平的信号电平的变化转变的信号逻辑。信号逻辑是指示例如PAM4的电平的变化(即，例如信号电平0→1、0→2、0→3、3→0、3→1、3→2等的电平的变化)的转变的电平信息。第一EQL 22包括例如对PAM4电信号执行频带补偿的第一有限脉冲响应(FIR)滤波器50。第一DAC 23对在第一FIR滤波器50中已经过频带补偿的PAM4电信号执行模拟转换，然后将已经过模拟转换的PAM4电信号输出到第一DRV 24。
此外，光接收单元3包括单个光分支单元3A、四个接收电路3B和四个输出接口3C。光分支单元3A将PAM4光信号分支到四个接收电路3B中。各接收电路3B包括光纤31、光学解调单元32、第二模数转换器(ADC)33、第二EQL 34和第二DEC 35。光学解调单元32包括未例示的光电检测器(PD)和前置放大器。PD对从光分支单元3A接收的PAM4光信号执行电转换(解调)，然后将已经过电转换的PAM4电信号输出到前置放大器。前置放大器放大PAM4电信号，并将放大后的PAM4电信号输出到第二ADC 33。第二ADC 33对放大后的PAM4电信号执行数字转换，并将已经过数字转换的PAM4电信号输出到第二EQL 34。第二EQL 34由FIR滤波器形成，对PAM4电信号执行频带补偿，并将已经过频带补偿的PAM4电信号输出到第二DEC 35。第二DEC 35将已经过频带补偿的PAM4电信号转换成NRZ电信号，并将NRZ电信号输出到输出接口3C。
输出接口3C包括单个DEMUX 41、两个第二CD 42和两个第二DAC 43。DEMUX41分割从第二DEC 35接收的NRZ电信号，并将经分割的NRZ电信号输出到各第二CD 42。第二CD 42将从DEMUX 41接收的NRZ电信号转换成PAM4电信号，并将转换后的PAM4电信号输出到第二DAC 43。第二DAC 43对转换后的PAM4电信号执行模拟转换，并输出已经过模拟转换的PAM4电信号。
下面，将描述发送电路2B中的第一EQL 22中所包括的第一FIR滤波器50。图3是例示了根据第一实施方式的第一FIR滤波器50的示例的框图。图3中例示的第一FIR滤波器50包括具有X个抽头的乘法器51、(X-1)个延迟装置52以及加法器53，加法器53计算从X个乘法器51获得的乘法结果之和。关于具有X个抽头的乘法器51，单个主乘法器51C、以主乘法器51C为中心的M个乘法器51A以及以主乘法器51C为中心的N个乘法器51B并联地布置。(X-1)个延迟装置52直接连接并将输入信号延迟了时间τ。(X-1)个延迟装置52的输出端分别连接到具有X个抽头的乘法器51之中的第M个至第N个乘法器51的输入端。加法器53通过获得从对应乘法器51接收的乘法结果之和来生成已经过频带补偿的PAM4电信号。各乘法器51基于设定的抽头系数(增益)来乘以PAM4电信号。抽头系数存储单元27A预先存储第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数。此外，在发送电路2B被启动时，第一校正单元72A将存储在抽头系数存储单元27A中的抽头系数设置到对应的乘法器51中。第一校正单元72A根据在第一检测单元71A中检测到的PAM4电信号的信号逻辑来校正各乘法器51的抽头系数，以便补偿传输装置的非线性静态特性。此外，传输装置包括第一DAC 23、第一DRV 24和光学调制器25。
图4是例示了发送电路2B中所包括的各单元的输出特性的示例的图。第一EQL22的输出特性具有针对输入信号的各频率调节增益(加重)并补偿输入信号的信号频带的特性。传输装置的输出特性具有输入信号与输出信号彼此成比例的静态特性以及输入信号的各频率的增益有所不同的频带特性。此外，假定传输装置的输出信号的电压在信号电平0至3下是线性的，并且假定比对应于信号电平0的电压小的区间以及比对应于信号电平3的电压大的区间是饱和区域。即，可以说，信号电平0以下的电压和信号电平3以上的电压是传输装置的静态特性的线性达到饱和的电压。
第一校正单元72A根据在第一检测单元71A中检测到的信号逻辑，对第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，并将校正后的抽头系数设置到各乘法器51中。第一FIR滤波器50将PAM4电信号乘以校正后的抽头系数，并可以根据各乘法器51的相乘结果按各信号电平不同的加重比来补偿各PAM4信号电平的信号频带。
图5是例示了在发送电路2B中所包括的传输装置的静态特性为非线性的情况下根据比较例1和第一实施方式的各单元的输出信号的示例的图。关于根据比较例1的发送电路100中的EQL 102的输出信号，FIR滤波器102A中所包括的各乘法器的抽头系数是固定的；因此，因为各信号电平的加重比相同，所以信号电平0或3的输出小于信号电平1或2的输出。因此，关于EQL 102的输出信号，信号电平0和3的信号的频带补偿尤为不足。因此，关于根据比较例1的传输装置的输出信号，因为信号电平0和3的信号频带小，所以输出信号进入PAM4信号电平0至3在接收侧没有得以鉴别的状态。
相反，即使当传输装置的静态特性为非线性时，根据第一实施方式的发送电路2B也校正针对第一FIR滤波器50中的各乘法器51的抽头系数，以便根据信号逻辑来补偿传输装置的非线性静态特性。第一FIR滤波器50按对于各信号电平不同的加重比来补偿各信号电平的信号频带。因此，关于根据第一实施方式的传输装置的输出信号，即使当传输装置的静态特性为非线性时，也通过使用第一FIR滤波器50来补偿非线性静态特性；因此，输出信号进入PAM4信号电平0至3可以在接收侧得以鉴别的状态。
根据第一实施方式的发送电路2B根据信号逻辑将与加重比关联的抽头系数设置到第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51中，以便根据PAM4信号逻辑来补偿传输装置的非线性静态特性。即，可以根据信号电平的变化来应用最佳加重比。因此，可以针对各信号电平补偿信号频带。
因为发送电路2B可以根据信号电平的变化应用最佳加重比，所以可以使用传输装置的非线性区域，因此可以平衡例如消光比、光学调制幅度(OMA)的改进以及符号间干扰的优化。
图6是例示了第一FIR滤波器50中所包括的乘法器51的变形形式的图。图6中例示的乘法器51A包括第一乘法器61A、第二乘法器61B和开关单元62。第一乘法器61A将PAM4电信号乘以第一抽头系数。第二乘法器61B将PAM4电信号乘以与第一抽头系数不同的第二抽头系数。开关单元62可以根据开关控制信号来切换并输出第一乘法器61A或第二乘法器61B。第一校正单元72A输出根据信号逻辑来控制开关单元62的开关控制信号。此外，为了便于描述，示例了切换具有不同抽头系数的两种类型的乘法器61A和61B的情况；然而，乘法器不限于具有不同抽头系数的两种类型的乘法器。也可以使用具有不同抽头系数并可以被切换的三个或更多个乘法器，此外，可以按需要进行修改。
因此，第一FIR滤波器50可以通过根据与信号逻辑关联的开关控制信号切换具有不同抽头系数的乘法器来根据信号逻辑改变加重比。
图7是例示了第一FIR滤波器50中所包括的乘法器51的变形形式的图。图7中例示的乘法器51B包括运算放大器63、第一电阻64A、第二电阻64B和开关单元65。开关单元65将第一电阻64A或第二电阻64B切换并连接到运算放大器63。第一校正单元72A根据信号逻辑向开关单元65输出用于将第一电阻64A或第二电阻64B切换并连接到运算放大器63的开关控制信号。运算放大器63经由开关单元65连接到第一电阻64A，由此用作针对第一抽头系数的乘法器，并且经由开关单元65连接到第二电阻64B，由此用作针对第二抽头系数的乘法器。此外，为了便于描述，示例了切换两种类型的抽头系数的情况；然而，抽头系数不限于两种类型。还可以以可切换方式使用三种或更多种类型的抽头系数，此外，可以按需要进行修改。
因此，第一FIR滤波器50可以通过根据与信号逻辑关联的开关控制信号切换不同的抽头系数来根据信号逻辑改变加重比。
此外，关于根据第一实施方式的发送电路2B中所包括的第一校正单元72A，示例了根据第一检测单元71A检测到的电平变化(信号逻辑)来校正第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数的情况。然而，实施方式不限于此，可以按需要进行修改。例如，在信号电平0至3当中，当检测到达到各信号电平时，校正单元72还可以校正第一FIR滤波器50中的各乘法器51的抽头系数，下面将把其实施方式描述为第二实施方式。此外，通过给具有与根据第一实施方式的发送电路2B中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。
[b]第二实施方式
图8是例示了根据第二实施方式的发送电路2B1的示例的框图，并且图9是例示了根据第二实施方式的第二FIR滤波器50A的示例的框图。此外，通过为具有与根据第一实施方式的发送电路2B中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。根据第二实施方式的发送电路2B1在PAM4电信号的信号电平当中布置第二检测单元71B，第二检测单元71B检测到达到第一EQL22中的各信号电平。第二检测单元71B从图9中例示的第二FIR滤波器50A中所包括的主乘法器51C的输入级处的PAM4电信号检测到达到各信号电平。
当在第二检测单元71B中检测到达到信号电平时，第二校正单元72B对第二FIR滤波器50A中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，以便补偿例如第一DAC 23和传输装置的非线性静态特性。此外，传输装置包括第一DRV 24、光学调制器25等。
在根据第二实施方式的发送电路2B中，当检测到达到信号电平时，对各乘法器51的抽头系数进行校正，以便根据达到的信号电平补偿传输装置的非线性静态特性。即，第二FIR滤波器50A按取决于所达到的信号电平的加重比来补偿各信号电平的信号频带。因此，关于根据第二实施方式的传输装置的输出信号，即使在传输装置表现出非线性静态特性的情况下，也因为通过使用第二FIR滤波器50A来补偿非线性静态特性，所以输出信号进入PAM4信号电平0至3可以在接收侧得以鉴别的状态。
发送电路2B1将与加重比关联的抽头系数设置到第二FIR滤波器50A中所包括的各乘法器51中，以便根据所达到的信号电平来补偿传输装置的非线性静态特性。因此，可以根据信号电平的变化来应用最佳加重比。
因为发送电路2B1可以根据信号电平的变化应用最佳加重比，所以可以使用传输装置的非线性区域，因此可以平衡例如消光比、光学调制幅度(OMA)的改进以及符号间干扰的优化。
此外，在上述根据第二实施方式的发送电路2B1中，已示例了将与检测到达到信号电平时达到的信号电平关联的抽头系数设置到各乘法器51中的情况。然而，在信号电平0至3当中，也可以在检测到达到任意信号电平(例如，使传输装置的静态特性的线性达到饱和的信号电平0或3)时将与信号电平0或3关联的抽头系数设置到各乘法器51中。下面，将把其实施方式描述为第三实施方式。
[c]第三实施方式
图10是例示了根据第三实施方式的第三FIR滤波器50C的示例的图。此外，通过为具有与根据第二实施方式的发送电路2B1中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。根据第三实施方式的发送电路2B1布置图10中例示的第三FIR滤波器50C来替代第一FIR滤波器50。此外，第三FIR滤波器50C布置第四校正单元72D来替代第二校正单元72B。
图10中例示的第三FIR滤波器50C包括具有X个抽头的乘法器组510、(X-1)个延迟装置52和(X-1)个加法器531。各乘法器组510包括针对第一抽头系数的第一乘法器511A、针对与第一抽头系数不同的第二抽头系数的第二乘法器511B、输出单元513、第一开关512A和第二开关512B。第一开关512A接通(ON)/断开(OFF)第一乘法器511A与输出单元513之间的连接。第二开关512B接通/断开第二乘法器511B与输出单元513之间的连接。关于具有X个抽头的乘法器组510，单个主乘法器组510C、以主乘法器组510C为中心的M个乘法器组510A以及以主乘法器组510C为中心的N个乘法器组510B并联地布置。
(X-1)个延迟装置52直接连接并将输入信号延迟了时间τ。(X-1)个延迟装置52的输出端分别连接到具有X个抽头的乘法器组510之中的第M个至第N个乘法器组510的输入端。(X-1)个加法器531被串联连接。X个乘法器组510由(X-1)个加法器531组合而成。
第四校正单元72D包括第一鉴别器541A、第二鉴别器541B、或电路542和或非(NOR)电路543。第一鉴别器541A连接到主乘法器组510C的输入级，并确定PAM4电信号的信号电平是否大于或等于第一阈值REF1。第二鉴别器541B确定PAM4电信号的信号电平是否小于或等于第二阈值REF2。
图11是例示了根据第三实施方式的第一阈值REF1和第二阈值REF2的示例的图。当例如信号电平达到使传输装置的静态特性的线性达到饱和的信号电平3时，第一鉴别器541A确定PAM4信号电平大于或等于第一阈值REF1。当例如信号电平达到使传输装置的静态特性的线性达到饱和的信号电平0时，第二鉴别器541B确定PAM4信号电平小于或等于第二阈值REF2。
当当前信号电平大于或等于第一阈值REF1时，第一鉴别器541A输出高电平信号H，而当当前信号电平不大于或等于第一阈值REF时，第一鉴别器541A输出低电平信号L。当当前信号电平小于或等于第二阈值REF2时，第二鉴别器541B输出高电平信号H，而当当前信号电平不小于或等于第二阈值REF2时，第二鉴别器541B输出低电平信号L。
图12是例示了根据第三实施方式的第三FIR滤波器50C中的或电路542和或非电路543的真值表的图。或电路542根据第一鉴别器541A和第二鉴别器541B的输出结果输出高电平信号H或低电平信号L。或非电路543根据第一鉴别器541A和第二鉴别器541B输出高电平信号H或低电平信号L。
例如，当当前信号电平达到信号电平1或2时，第二鉴别器541B的输出变为低电平信号L并且第一鉴别器541A的输出变为低电平信号L。因为或电路542的输出S1变为低电平信号L并且或非电路543的输出S2变为高电平信号H，所以第一开关512A断开而第二开关512B接通。因此，当前信号电平达到信号电平1或2，第三FIR滤波器50C使用具有第二抽头系数的第二乘法器511B的输出。
例如，当当前信号电平达到信号电平3时，第二鉴别器541B的输出变为低电平信号L并且第一鉴别器541A的输出变为高电平信号H。因为或电路542的输出S1变为高电平信号H并且或非电路543的输出S2变为低电平信号L，所以第一开关512A接通而第二开关512B断开。因此，当当前信号电平达到信号电平3时，第三FIR滤波器50C使用具有第一抽头系数的第一乘法器511A的输出。
例如，当当前信号电平达到信号电平0时，第二鉴别器541B的输出变为高电平信号H并且第一鉴别器541A的输出变为低电平信号L。因为或电路542的输出S1变为高电平信号H并且或非电路543的输出S2变为低电平信号H，所以第一开关512A接通而第二开关512B断开。因此，当当前信号电平达到信号电平0时，第三FIR滤波器50C使用具有第一抽头系数的第一乘法器511A的输出。
例如，当当前信号电平达到信号电平0或3时，第二鉴别器541B的输出变为高电平信号H并且第一鉴别器541A的输出变为高电平信号H。因为或电路542的输出S1变为高电平信号H并且或非电路543的输出S2变为低电平信号L，所以第一开关512A接通而第二开关512B断开。因此，当当前信号电平达到信号电平0或3时，第三FIR滤波器50C使用具有第一抽头系数的第一乘法器511A的输出。
当当前信号电平达到信号电平0或3时，因为第一开关512A被设置为接通而第二开关512B被设置为断开，所以第四校正单元72D使用各乘法器组510中所包括的第一乘法器511A。第三FIR滤波器50C按根据所达到的信号电平而不同的加重比来补偿各信号电平的信号频带。因此，关于第一EQL 22的输出信号，因为即使当传输装置的静态特性为非线性时也通过使用第三FIR滤波器50C来补偿非线性静态特性，所以输出信号进入PAM 4信号电平可以在接收侧得以鉴别的状态。
此外，关于上述根据第一实施方式至第三实施方式的光通信设备1，示例了根据信号逻辑或信号电平对发送电路2B(2B1)中的FIR滤波器中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正的情况。然而，实施方式不限于发送电路2B(2B1)，并且还可应用于接收电路3B。因此，下面将把其实施方式描述为第四实施方式。
[d]第四实施方式
图13是例示了根据第四实施方式的接收电路3B1的示例的框图。此外，通过为具有与根据第一实施方式的接收电路3B中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。图13中例示的接收电路3B1中所包括的第二EQL 34包括第三检测单元71C，第三检测单元71C检测到达到接收信号的PAM4电信号的信号电平当中的信号电平0或3。第三检测单元71C监视随后将描述的第四FIR滤波器50D中所包括的主乘法器51C的输入级处的PAM4电信号的信号电平，并检测到达到来自监视结果的信号电平之中的信号电平0或3。
第二EQL 34包括第四FIR滤波器50D。此外，第四FIR滤波器50D的配置与图9中例示的第二FIR滤波器50A的配置相同；因此，通过为具有相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。当在第三检测单元71C中检测到达到信号电平之中的电平0或3时，接收电路3B1中所包括的第三校正单元72C根据信号电平0或3对第二EQL 34中的第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正。
当通过第三检测单元71C检测到达到信号电平之中的信号电平0或3时，第三校正单元72C对第二EQL 34中的第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，以便补偿接收装置的非线性静态特性。此外，接收装置是例如光学解调单元32和第二ADC 33的连接部。因此，接收装置的输出信号可以补偿信号电平为0或3的输出信号的频带。
即使当接收装置的静态特性为非线性时，根据第四实施方式的接收电路3B1也对第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，以便根据接收信号的信号电平0或3补偿接收装置的非线性静态特性。第四FIR滤波器50D按取决于信号电平0或3的加重比来补偿各信号电平的信号频带。因此，关于根据第四实施方式的接收装置的输出信号，即使在接收装置的静态特性为非线性的情况下，也因为通过使用第四FIR滤波器50D来补偿非线性静态特性，所以输出信号进入PAM4信号电平0至3可以得以鉴别的状态。
因为接收电路3B1可以针对接收信号的各信号电平应用最佳加重比，所以可以使用接收装置的非线性区域，因此可以优化接收误差率特性，包括例如接收敏感度和最大接收电平。
此外，根据第四实施方式的接收电路3B1中所包括的第四FIR滤波器50D也可以是兼容型FIR滤波器，下面将把其实施方式描述为第五实施方式。
[e]第五实施方式
图14是例示了根据第五实施方式的接收电路3B2的示例的框图。此外，通过为具有与根据第四实施方式的接收电路3B1中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。除了第二ADC 33、第二EQL 34和第二DEC 35之外，图14中例示的接收电路3B2中所包括的DSP 220还包括鉴别器37和第三校正单元72C。
图15是例示了由鉴别器37执行的鉴别处理的示例的图。鉴别器37通过使用最小均方(LMS)算法或归一化最小均方(NLMS)算法等执行优化第四FIR滤波器50D中所包括的抽头系数的鉴别处理来构造兼容型FIR滤波器。鉴别器37包括最小化单元37A、算术单元37B和更新单元37C。最小化单元37A使已经过第四FIR滤波器50D进行的频带补偿的PAM4电信号的误差信号最小化。算术单元37B计算在最小化单元37A的输入级处的PAM4电信号与在最小化单元37A的输出级处的PAM4电信号之间的误差。更新单元37C更新第四FIR滤波器50D中的各乘法器51的抽头系数，使得算术单元37B的误差信号被最小化。
如图15中例示的，算术单元37B计算指示输入级处的PAM4电信号y(n)与输出级处的PAM4电信号d(n)之间的误差的误差信号e(n)。更新单元37C更新第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数，使得在最小化单元37A中将误差信号最小化。
此外，当通过第三检测单元71C检测到达到信号电平0或3时，第三校正单元72C对第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，以便根据信号电平0或3补偿接收信号的信号频带。
根据第五实施方式的接收电路3B2对第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，以便即使当接收装置的静态特性为非线性时，也根据接收信号的信号电平0或3补偿接收装置的非线性静态特性。第四FIR滤波器50D按根据接收信号的信号电平0或3的加重比补偿接收信号的信号电平0或3的信号频带。因此，关于根据第五实施方式的接收装置的输出信号，即使当传输装置的静态特性为非线性时，也因为通过使用第四FIR滤波器50D来补偿非线性静态特性，所以输出信号进入PAM4信号电平0至3可以得以鉴别的状态。
此外，在第一实施方式至第五实施方式中，示例了当连接部的非线性静态特性得以补偿时根据信号电平对各乘法器的抽头系数进行校正的情况；然而，实施方式不限于补偿连接部的非线性静态特性，还可以存在根据信号电平简单改变加重比的情况。因此，下面将把使用电吸收调制激光器(EML)25A替代光学调制器25的发送电路的实施方式描述为第六实施方式。
[f]第六实施方式
首先，将描述与根据第六实施方式的发送电路2B2进行比较的根据比较例2的发送电路100B。图16是例示了根据比较例2的发送电路100B的示例的框图。此外，关于根据比较例2的发送电路100B，通过为具有与根据比较例1的发送电路100中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。图16中例示的发送电路100B包括DSP 110、DRV 104和光纤106，并布置EML 105A来替代光学调制器105。DSP 110包括CD101、EQL 102和DAC 103。EML 105A包括未例示的LD和EA调制器。EA调制器通过接通/断开电压来传递/吸收从LD接收的光信号，并对数据信号进行调制。
图17是例示了根据比较例2的EML 105A的频率啁啾、最佳加重比和信号电平之间的关系的示例的图。最佳加重比是EML 105A的已经过传输光纤108中的正色散的输出信号的各信号电平的最佳加重比。EML 105A的频率啁啾特性α根据信号电平的高(High)方向上的变化而在从基准值0起的正方向上变化，并且根据信号电平的低(Low)方向上的变化而在从基准值0起的负方向上变化。此外，高方向上的变化对应于信号电平3的方向上的变化，并且低方向上的变化对应于信号电平0的方向上的变化。因此，频率啁啾特性α根据信号电平的变化而在正方向或负方向上变化。此外，关于EML 105A的最佳加重比，加重比根据信号电平的高方向上的变化而在正方向上变化，并且加重比根据信号电平的低方向上的变化而在负方向(去加重方向)上变化。因此，最佳加重比根据信号电平的变化在基于零的正方向或负方向上变化。即，信号电平根据EML 105A的频率啁啾特性的变化而变化，并且最佳加重比也根据信号电平的变化而变化。
图18例示了根据比较例2的EML 105A的传输波形劣化的示例。当频率啁啾特性α为正时，由EML 105A执行的正色散传输时的输出信号的信号电平为高方向。此时，如果在上升和下降时出现波长变化，则关于由于波长变化引起的时间滞后而导致的正色散之后的输出信号，在上升时出现提前到达，在下降时出现延迟到达，并且在正色散之后出现传输失真。此时，通过加重高方向上的信号电平的信号频带，可以消除正色散之后输出信号的传输失真。
此外，当频率啁啾特性α为负时，由EML 105A执行的正色散传输时的输出信号的信号电平为低方向。此时，如果在上升和下降时出现波长变化，则关于由于波长变化引起的时间滞后而导致的正色散之后的输出信号，在上升时出现延迟到达，在下降时出现提前到达，并且在正色散之后出现传输失真。此时，通过去加重低方向上的信号电平的信号频带，可以消除正色散之后输出信号的传输失真。
然而，在根据比较例2的发送电路100B中，因为加重比是恒定的而与信号电平无关，所以不能根据信号电平来改变最佳加重比。因此，将描述根据第六实施方式的、可以根据信号电平改变最佳加重比的发送电路2B2。
图19是例示了根据第六实施方式的发送电路2B2的示例的框图。此外，通过为具有与根据第一实施方式的发送电路2B中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。图19中例示的发送电路2B2与根据第一实施方式的发送电路2B的不同之处在于，布置EML 25A来替代光学调制器25。
第一校正单元72A根据通过第一检测单元71A检测到的信号逻辑，对第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，并将校正后的抽头系数设置到各乘法器51中。第一FIR滤波器50将PAM4电信号乘以校正后的抽头系数，并可以根据各乘法器51的相乘结果之和按各信号电平的不同加重比来补偿各PAM4信号电平的信号频带。
图20是例示了根据比较例2和第六实施方式的发送电路的输出信号的示例的图。根据比较例2的发送电路100B中的EQL 102的输出信号处于信号电平0或3的输出小于信号电平1或2的输出的状态。在FIR滤波器102A中，因为各乘法器的抽头系数是固定的，所以对应信号电平的加重比是相同的。因此，关于从EML 105A通过传输光纤108传输的输出信号，由于因EML 25A的偏置电压-频率啁啾特性(bias voltage-vs-frequency chirpcharacteristic)而产生的传输失真，导致输出信号(特别地，信号电平0和3的输出信号)的频带补偿不足。因此，关于根据比较例2通过传输光纤108从EML 105A传输的输出信号，因为信号电平3和0的信号频带由于偏置电压-频率啁啾特性的传输失真而变小，所以输出信号进入PAM4信号电平0或3在接收侧没有得以鉴别的状态。
相反，根据第六实施方式的发送电路2B2校正第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数，以便根据信号逻辑来补偿由于EML 25A的偏置电压-频率啁啾特性而导致的传输失真。第一FIR滤波器50按对于各信号电平不同的加重比来补偿各信号电平的信号频带。因此，关于通过传输光纤5来自EML 25A的输出信号，即使当由于偏置电压-频率啁啾特性而产生传输失真时，因为通过使用第一FIR滤波器50补偿了传输失真，所以输出信号进入PAM4信号电平0和3在接收侧可得以鉴别的状态。
在根据第六实施方式的发送电路2B2中，因为针对各信号电平校正了第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头的数目以便补偿传输失真，所以可以任意地应用各信号电平的最佳加重比。即使当使用对于各信号电平而言具有不同传输特性的EML 25A时，发送电路2B2也可以通过补偿传输失真来改善传输特性。
此外，在上述根据第六实施方式的发送电路2B2中，也可以使用直接调制激光器(DML)25B来替代EML 25A，并且下面将把其实施方式描述为第七实施方式。
[g]第七实施方式
首先，将描述与根据第七实施方式的发送电路2B3进行比较的根据比较例3的发送电路100C。图21是例示了根据比较例3的发送电路100C的示例的框图。此外，关于根据比较例3的发送电路100C，通过为具有与根据比较例1的发送电路100中的部件相同配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。图17中例示的发送电路100C包括DSP 110、DRV 104和DML 105B。DSP 110包括CD 101、EQL 102和DAC 103。DML 105B通过直接调制输入电流IDL来调制光输出。
图22是例示了根据比较例3的DML输入信号和DML输出信号的示例的图。图22中例示的DML 105B的特性具有时间常数(延迟时间)根据输入到DML 105B的输入电流(ILD)的量而变化的输入电流-延迟特性(input current-vs-delay characteristic)。因此，关于到DML 105B的输入，在信号电平之间没有出现延迟，而关于来自DML 105B的输出，由于信号电平之间的延迟导致出现波形失真，例如，由于输入电流-延迟特性导致出现电平之间的偏斜。因此，将对电平之间的偏斜进行补偿的发送电路2B3描述为第七实施方式。
图23是例示了根据第七实施方式的发送电路2B3的示例的框图。此外，通过为具有与根据第一实施方式的发送电路2B中的部件相同的配置的部件分配相同的附图标记，将省略对该配置及其操作的重复描述。图23中例示的发送电路2B3布置DML25B来替代光学调制器25。
第一校正单元72A根据在第一检测单元71A中检测到的信号逻辑，对第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正以便补偿信号电平之间的偏斜，并将校正后的抽头系数设置到各乘法器51中。第一FIR滤波器50将PAM4电信号乘以校正后的抽头系数，并可以根据各乘法器51的相乘结果之和按对于各信号电平不同的加重比来补偿PAM4信号频带。
图24是例示了根据比较例3的EQL 102的输出信号和根据第七实施方式的第一EQL22的输出信号之间的补偿的示例的图。关于根据比较例3的EQL 102的输出信号，上升和下降的加重比是相同的。相反，关于根据第七实施方式的第一EQL 22的输出信号，执行补偿，使得与上升的加重比相比，下降的加重比增大，并且相对于针对DML 25B的大量输入电流的信号电平，针对小量输入电流的信号电平的加重比增大。
此外，关于根据比较例3的DML 105B的输出信号，例如，上升信号电平3与上升信号电平0的加重比相同。相反，关于根据第七实施方式的DML 25B的输出信号，当上升信号电平3的输出弱时，执行补偿以便增加上升信号电平1的加重比。
此外，关于根据比较例3的DML 105B的输出信号，例如，下降信号电平0的加重比与下降信号电平2的加重比相同。相反，对于根据第七实施方式的DML 25B的输出信号，当下降信号电平0的输出强时，执行补偿使得下降信号电平2的加重比变弱。
图25是例示了根据比较例3和第七实施方式的DML输入信号和DML输出信号的示例的图。关于根据比较例3的DML 105B的输出信号，由于信号电平之间的延迟，导致在电平之间产生了偏斜。相反，根据第七实施方式的DML 25B的输入信号处于通过使用第一FIR滤波器50执行的、信号频带被补偿的状态，使得高侧的信号电平慢并且低侧的信号电平快。此外，关于DML 25B的输出信号，因为具有被补偿的频带的输入信号被输入到DML 25B，所以DML 25B的所有信号电平(即，在电平之间的偏斜已被补偿的状态下)的输入信号没有延迟。
在根据第七实施方式的发送电路2B3中，因为针对各信号电平校正了第一FIR滤波器50中的各乘法器51的抽头系数，因此可以针对各信号电平任意地应用最佳加重比，因此以DML调制的延迟量来校正取决于电流的电平之间产生的偏斜。
根据第一实施方式至第七实施方式的光通信设备1包括检测单元71、第一FIR滤波器50和校正单元72。检测单元71根据在多值调幅系统(PAM4)中使用的输入信号检测鉴别多值电平的变化的电平信息。第一FIR滤波器50根据多个乘法器51的抽头系数来补偿输入信号的信号频带。校正单元72基于在检测单元71中检测到的电平信息对第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正。因此，通过根据信号电平改变乘法器的抽头系数，可以优化信号的加重比。
此外，为了便于描述，将PAM4示例为在多值调幅系统中使用的信号，该信号不限于PAM4并且当然也可以用于例如PAM 6、PAM 8等。
关于根据第四实施方式的接收电路3B1和根据第五实施方式的接收电路3B2，已经例示了当检测到达到信号电平时根据信号电平对第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正的情况。然而，实施方式不限于检测达到信号电平的情况。也可以根据信号逻辑对第四FIR滤波器50D中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正，此外，可以按需要进行修改。
作为电平检测器的检测单元71例如是第一检测单元71A、第二检测单元71B或第三检测单元71C，其基于多值调幅系统中的输入信号来检测鉴别多值电平的变化的电平信息。FIR滤波器50例如是第一FIR滤波器50、第二FIR滤波器50A、第三FIR滤波器50C、第四FIR滤波器等，其根据多个乘法器51的抽头系数来补偿输入信号的信号频带。作为调节器的校正单元72例如是第一校正单元72A、第二校正单元72B、第三校正单元72C或第四校正单元72D，其基于检测单元71检测到的电平信息(信号电平或信号逻辑)对第一FIR滤波器50中所包括的各乘法器51的抽头系数进行校正。
在附图中例示的单元中的各部件在物理上并不总是如附图中例示地配置。换句话说，单独的或集成的单元的具体形状不限于附图；而是，根据各种负荷或使用条件，可以通过功能上或物理上分离或集成任何单元来配置单元的全部或部分。
此外，还可以通过中央处理单元(CPU)(或诸如微处理单元(MPU)、微控制器单元(MCU)等这样的微处理器)执行各单元执行的各种处理功能的全部或任何部分。此外，各种处理功能的所有或任何部分当然也可以由通过CPU(或诸如MPU或MCU这样的微计算机)分析和执行的程序来执行，或者通过有线逻辑由硬件来执行。
根据实施方式的一方面，可以根据信号电平的变化通过改变乘法器的抽头系数来优化信号的加重比。

Claims (9)

1.一种光通信设备，该光通信设备包括：
电平检测器，该电平检测器基于多值调幅系统中使用的输入信号来检测鉴别多值电平的变化的电平信息；
FIR滤波器，该FIR滤波器根据多个乘法器的抽头系数来补偿所述输入信号的信号频带；
数模转换器，该数模转换器对所述FIR滤波器的输出信号执行模拟转换；
驱动器，该驱动器根据已经过模拟转换的输出信号来输出驱动信号；
光学调制器，该光学调制器根据所述驱动器的驱动信号对所述输出信号执行光转换；以及
调节器，该调节器基于所述电平检测器中检测到的所述电平信息来校正所述FIR滤波器中包括的各乘法器的抽头系数，以便补偿所述数模转换器、所述驱动器和所述光学调制器的非线性静态特性。
2.根据权利要求1所述的光通信设备，其中，
所述光学调制器是电吸收调制激光器EML，并且
所述调节器对所述FIR滤波器中所包括的各乘法器的抽头系数进行校正，以便补偿由于所述EML的偏置电压-啁啾特性而产生的传输失真。
3.根据权利要求1所述的光通信设备，其中，
所述光学调制器是直接调制激光器DML，并且
所述调节器对所述FIR滤波器中包括的各乘法器的抽头系数进行校正，以便补偿由于所述DML的输入电流-延迟特性而产生的电平之间的偏斜。
4.根据权利要求1所述的光通信设备，其中，所述电平检测器检测鉴别指示所述输入信号的多值电平的变化转变的信号逻辑的电平信息。
5.根据权利要求1所述的光通信设备，其中，所述电平检测器检测鉴别由于所述输入信号的多值电平的变化而达到的电平的电平信息。
6.根据权利要求1所述的光通信设备，所述光通信设备还包括：
光电检测器，该光电检测器对在所述多值调幅系统中使用的输入信号执行光电转换；以及
模数转换器，该模数转换器对已经过所述光电检测器进行的光电转换的输入信号执行数字转换，
其中，所述调节器对所述FIR滤波器中包括的各乘法器的抽头系数进行校正，以便补偿所述光电检测器和所述模数转换器的非线性静态特性，所述FIR滤波器对已经过所述数字转换并且是从所述模数转换器接收到的输入信号的信号频带进行补偿。
7.一种由光通信设备执行的校正方法，该校正方法包括以下步骤：
基于多值调幅系统中使用的输入信号来检测鉴别多值电平的变化的电平信息；
根据FIR滤波器中包括的多个乘法器的抽头系数来补偿所述输入信号的信号频带；
对所述FIR滤波器的输出信号执行模拟转换；
根据已经过模拟转换的输出信号来输出驱动信号；
根据输出的所述驱动信号对所述输出信号执行光转换；以及
基于检测到的所述电平信息对所述FIR滤波器中包括的各乘法器的抽头系数进行校正，以便补偿执行所述模拟转换、所述输出和执行所述光转换的非线性静态特性。
8.一种光通信设备，该光通信设备包括：
电平检测器，该电平检测器基于在N电平脉冲调幅系统中使用的输入信号来检测鉴别N电平脉冲调幅PAM-N符号电平的变化的电平信息，其中N是4、6、8；
FIR滤波器，该FIR滤波器根据多个乘法器的抽头系数来补偿所述输入信号的信号频带；
数模转换器，该数模转换器对所述FIR滤波器的输出信号执行模拟转换；
驱动器，该驱动器根据已经过模拟转换的输出信号来输出驱动信号；
光学调制器，该光学调制器根据所述驱动器的驱动信号对所述输出信号执行光转换；以及
调节器，该调节器基于所述电平检测器中检测到的所述电平信息来校正所述FIR滤波器中包括的各乘法器的抽头系数，以便补偿所述数模转换器、所述驱动器和所述光学调制器的非线性静态特性。
9.一种由光通信设备执行的校正方法，该校正方法包括以下步骤：
基于在N电平脉冲调幅系统中使用的输入信号来检测鉴别N电平脉冲调幅PAM-N符号电平的变化的电平信息，其中N是4、6、8；
根据FIR滤波器中包括的多个乘法器的抽头系数来补偿所述输入信号的信号频带；
对所述FIR滤波器的输出信号执行模拟转换；
根据已经过模拟转换的输出信号来输出驱动信号；
根据输出的所述驱动信号对所述输出信号执行光转换；以及
基于检测到的所述电平信息对所述FIR滤波器中包括的各乘法器的抽头系数进行校正，以便补偿执行所述模拟转换、所述输出和执行所述光转换的非线性静态特性。
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