CN115118343A - 调制信号的控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及调制信号的控制装置及方法。调制信号的控制装置生成高侧信号和低侧信号。高侧信号在从通过已调制光的光电转换所获得的监测信号的AC分量的极性为正或者其幅度为零时取与AC分量的电平相对应的电平。高侧信号还在AC分量的极性为负时取恒定电平。低侧信号在AC分量的极性为正时取恒定电平。低侧信号还在AC分量的极性为负或其幅度为零时取与AC分量的电平相对应的电平。然后，控制装置基于高侧信号所取的电平中的绝对值的最大值和低侧信号所取的电平中的绝对值的最大值，调整调制信号的电平。

Description

调制信号的控制装置及方法
技术领域
本文所讨论的实施方式涉及调制信号的控制装置及调制信号的控制方法。
背景技术
正在研究使用与二进制电平调制(例如，开关键控)相比能够实现更大容量和更高速度的通信的多电平调制的光传输技术(例如，参见日本待审专利公开No.2017-216681和美国专利申请公开No.2018/0198527)。例如，PAM4(Pulse Amplitude Modulation 4：脉冲幅度调制4)是其中向调制器施加采用四个电平(换言之，“多电平的假设”；下同)的电信号从而生成表现出四个值的四元光信号的调制格式。
由调制器生成的多值光信号(如，四元光信号)经由光传输线输入到接收器，并且被解调成原始电信号。除非多值光信号的电平之间的间隔是均匀的，否则多值光信号被错误地解调的频率升高。
现在，将电信号转换为光信号的许多调制器呈现非线性，其中输出光(以下称为已调制光)的电平相对于被施加的电信号(以下称为调制信号)的电平不是线性地变化。向这种调制器施加具有均匀电平间隔的调制信号生成了具有非均匀电平间隔的多值光信号。结果，解调错误的频率升高。
因此，正在提出基于存储器中记录的调制特性(即，调制信号的电压等与所生成的已调制光的光强度之间的关系)来调整调制信号的电平的技术，使得多值光信号的电平间隔将是均匀的(例如，日本待审专利公开No.2017-216681)。
发明内容
然而，调制器的特性(即，调制特性)依据调制器的温度而变化。在近年来的光传输装置中，为了抑制电力消耗，调制器的温度很少保持恒定。因此，将上述技术应用于光传输装置涉及在大量温度下针对每个调制器测量调制特性，并将调制特性预先记录在存储器中。这种技术繁琐且不切实际。因此，本发明的一个方面的目的在于解决这样的问题。
根据实施方式的一个方面，一种控制调制信号的控制装置，该调制信号取第一电平、高于第一电平的第二电平、以及高于第一电平且低于第二电平的至少一个第三电平，并且该控制装置包括：高侧信号发生单元，其生成高侧信号，该高侧信号在从已调制光生成的电信号的交流分量的极性为正或者交流分量的幅度为零时取与交流分量的电平相对应的电平，高侧信号还在交流分量的极性为负时取恒定电平；低侧信号发生单元，其生成低侧信号，该低侧信号在交流分量的极性为正时取恒定电平，低侧信号还在交流分量的极性为负或交流分量的幅度为零时取与交流分量的电平相对应的电平；高侧峰值检测单元，其生成高侧峰值信号，该高侧峰值信号取与高侧信号所取的电平当中的第一特定电平相对应的第四电平，第一特定电平是高侧信号所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平；低侧峰值检测单元，其生成低侧峰值信号，该低侧峰值信号取与低侧信号所取的电平当中的第二特定电平相对应的第五电平，第二特定电平是低侧信号所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平；电平调整单元，其基于高侧峰值信号所取的第四电平和低侧峰值信号所取的第五电平，调整调制信号的至少一个第三电平，其中调制信号在被施加到光器件的同时，通过取第一电平、第二电平和至少一个第三电平来使光器件生成已调制光，已调制光是多值信号。
附图说明
图1是例示了包括根据实施方式1的控制装置2的光发送器4的示例的图；
图2是例示了图1中的信号的流向的图；
图3是例示了调制信号22的时间变化的示例的图；
图4是例示了调制器28的调制特性48的示例的图；
图5是例示了在偏置电压14设置于调制特性48的线性区域50的中心的情况下所生成的已调制光32的眼图54a的示例的图；
图6是例示了在偏置电压14设置为比线性区域50的中心低的电压的情况下所生成的已调制光32的眼图54b的示例的图；
图7是例示了在偏置电压设置为低于线性区域50的中心，然后控制装置2控制调制信号22的情况下所生成的已调制光32的眼图54c的示例的图；
图8A例示了实施方式1的光发送器4中的驱动器输出20的眼图；
图8B例示了实施方式1的光发送器4中的调制信号22的眼图；
图9A例示了实施方式1的光发送器4中的已调制光32的眼图；
图9B例示了实施方式1的光发送器4中的监测信号46的眼图；
图10是例示了高侧信号发生单元64的硬件构造示例的电路图；
图11是例示了运放OP1输出的信号的眼图78的示例的图；
图12是例示了低侧信号发生单元66的硬件构造示例的电路图；
图13是例示了运放OP2输出的信号的眼图86的示例的图；
图14是例示了低侧信号发生单元66输出的低侧信号90的眼图92的示例的图；
图15是例示了高侧峰值检测单元68的硬件构造示例的电路图；
图16是例示了高侧平均值检测单元72的硬件构造示例的电路图；
图17是例示了电平调整单元75的硬件构造示例的电路图；
图18是例示了电平调整单元75执行的调制信号的控制方法的示例的图；
图19是例示了步骤S2的示例的流程图；
图20是例示了高侧信号76的眼图116的示例的图；
图21是例示了低侧信号90的眼图118的示例的图；
图22A是例示了在执行中眼的位置控制之前和之后的驱动器输出20的眼图的图；
图22B是例示了在执行中眼的位置控制之前和之后的调制信号22的眼图的图；
图23A是例了在执行中眼的位置控制之前和之后的已调制光32的眼图的图；
图23B是例示了在执行中眼的位置控制之前和之后的监测信号46的眼图的图；
图24A、图24B、图24C是例示了监测信号46中的中眼ME2的位置与峰值差ΔPeak之间的关系的图；
图25是例示了步骤S4的示例的流程图；
图26是例示了在实施步骤S42之前和之后的高侧信号76的眼图的示例的图；
图27是例示了步骤S6的示例的流程图；
图28是例示了在实施步骤S58之前和之后的低侧信号90的眼图的示例的图；
图29A是例示了通过重复步骤S2至S6获得的驱动器输出20的眼图的图；
图29B是例示了通过重复步骤S2至S6获得的调制信号22的眼图的图；
图30A是例示了通过重复步骤S2至S6获得的已调制光32的眼图的图；
图30B是例示了通过重复步骤S2至S6获得的监测信号46的眼图的图；
图31是例示了在不基于监测信号46的电平的情况下使已调制光32的电平间隔均匀的光发送器204的示例的图；
图32是例示了图31中的信号的流向的图；以及
图33、图34和图35是用于描述根据变形例1在光发送器中执行的调制信号22的电平调整的图。
具体实施方式
在下文中将根据附图描述实施方式。然而，注意到，技术范围不限于以下描述的实施方式，而是涵盖在权利要求及其等同物中描述的事项。在此，即使在不同的附图中，相同的附图标记也给予相应的部件，并省略其描述。
实施方式1
(1)装置构造与操作
图1是例示了包括根据实施方式1的控制装置2的光发送器4的示例的图。图2是例示了图1中的信号的流向的图。
例如，光发送器4包括DSP(数字信号处理器)6和连接至DSP 6的驱动器8。DSP 6将数字信号10(参见图2)转换成具有三个或更多个幅度的多值信号12(电信号)。驱动器8对从DSP 6输出的多值信号12进行放大。
光发送器4还具有输出偏置电压14(直流电压)的偏置控制器16以及一端连接至驱动器8并且另一端连接至偏置控制器16的DC块(直流块滤波器)18a。DC块18a将放大后的多值信号12的交流分量(以下称为驱动器输出20)叠加在偏置电压14上，并生成调制信号22。交流分量是通过从某个信号中减去该信号的平均信号(即，直流分量)而获得的信号。
光发送器4还具有电流源21和连接至电流源21并输出连续光24的半导体激光器26。光发送器4还具有连接至DC块18a的位于偏置控制器16侧的一端的调制器28。在图1所示的示例中，调制器28是电吸收调制器(Electro-Absorption Modulator：EAM)。
半导体激光器26输出的连续光24被输入到调制器28，并且其光强度依据施加到调制器28的调制信号22的电平(这里是电压)来调制。在图1所示的示例中，调制信号22是叠加在偏置电压14上的交流分量，该交流分量是驱动器输出20(例如，放大后的多值信号12)的交流分量。
光发送器4还具有分光器30(例如，光纤耦合器)和光电检测器33。调制器28连接至分光器30的输入端。光电检测器33连接至分光器30的输出端子之一。
分光器30将调制后的连续光24(以下称为已调制光32)分成传输光34和监测光36。已调制光32是具有三个或更多个振幅的光信号(即，多值光信号)。
传输光34例如在光传输线38(例如，光纤)上发出。此外，监测光36被输入到光电检测器33。光电检测器33将监测光36转换成幅度依据监测光36的光强度而变化的光电流40。
光发送器4还具有连接至光电检测器33的电流/电压转换装置42、以及一端连接至电流/电压转换装置42并且另一端连接至控制装置2的DC块18b。例如，电流/电压转换装置42是跨阻抗放大器。
电流/电压转换装置42将光电流40转换成电压(即，相对于基准电位的电位差)依据光电流40的幅度而变化的电信号44。也就是说，电信号44是从已调制光32产生的信号。DC块18b提取电信号44的交流分量46，并将交流分量46输入到控制装置2。
控制装置2通过控制DSP 6来间接控制调制信号22。图3是例示了调制信号22的时间变化的示例的图。水平轴是时间。垂直轴是调制信号的电压。Vbias是偏置电压14。
在图3所示的示例中，调制信号22是四进制信号。也就是说，调制信号22的电压保持在彼此不同的四个电压V1至V4中的一个(例如，电压V2)，并且之后保持在四个电压V1至V4当中的不同电压(例如，电压V3)或者保持在原始电压(例如，电压V2)。也就是说，调制信号22是重复进行电压(即，电平)更新(即，改变或保持)的信号，该电压保持恒定达一定量时间。
在以下示出的示例中，调制信号22为四进制信号。调制信号22在被施加到调制器28的同时取四个电平(这里，电压V1至V4)，从而使调制器28生成具有四个值的光信号(这里，已调制光32)。在这里所示的示例中，已调制光32的幅度表现出的四个值是如以十进制数表示的0、1、2和3。注意，信号的“电平”是信号的离散物理量(例如，电压或光强度)，并且是保持达一定量的时间的物理量。
某个电平(这里，V1)与另一电平(这里，V2)之间的差(例如V2-V1)将在以下被称为电平间隔，所述另一电平(这里，V2)为比所述某个电平(这里，V1)高的电平当中的最低电平。图3所示的调制信号22的电平间隔为V2-V1、V3-V2和V4-V3。
图4是例示了调制器28的调制特性48的示例的图。水平轴是施加至调制器28的电压(以下称为施加电压)。垂直轴是从调制器28输出的光的相对强度(即，消光比)。如图4所示，调制器28(这里，电吸收调制器)的调制特性呈现非线性，其中消光比相对于施加电压并非线性地变化。
图5是例示了在偏置电压14设置于调制特性48的线性区域50的中心的情况下生成的已调制光32的眼图54a的示例的图。“线性区域50”是施加电压中的消光比相对于施加电压近似线性地变化的范围。调制特性48中所示的轮廓点51是调制器28的偏置点(下同)。
图5例示了调制器28的调制特性48、调制信号22的眼图52a和已调制光32的眼图54a。调制特性48的水平轴是施加电压(例如，调制信号22的电压)。调制特性48的垂直轴是从调制器28输出的光(例如，已调制光32)的光强度。输入到调制器28的连续光24的光强度在此设置为使得当施加到调制器28的电压为0V时调制器28的输出光为1mW。
调制信号22的眼图52a的时间轴56表示越向上时间越晚。眼图52a的电压轴58表示调制信号22的电压。眼图52a被绘制成通过执行电压轴58在垂直方向上的平移以重叠在调制特性48的水平轴上，使得电压轴58的刻度标记和调制特性48的水平轴的刻度标记彼此匹配。在稍后描述的图6等中同样也是如此。
已调制光32的眼图54a的时间轴60表示越靠右侧时间越晚。眼图54a的光强度轴62表示已调制光32的光强度。眼图54a被绘制成通过执行光强度轴62在水平方向上的平移以重叠在调制特性48的垂直轴上，使得光强度轴62的刻度标记和调制特性48的垂直轴的刻度标记彼此匹配。在后面描述的图6等中同样也是如此。
如图5所示，在调制信号22的电平(即，调制器28上的施加电压)在线性区域50内变化的情况下，调制信号22的眼图52a和已调制光32的眼图54a的形状大致相同。因此，只要调制信号22的电平间隔(即，眼的高度)均匀，已调制光32的电平间隔也将是均匀的。
图6是例示了在偏置电压14设置为比线状区域50的中心低的电压的情况下所生成的已调制光32的眼图54b的示例的图。在图6中例示了调制器28的调制特性48、调制信号22的眼图52b和已调制光32的眼图54b。
如图6所示，当调制信号22的电平变化而与线性区域50的外部交叠时，已调制光32的眼图54b变为通过使调制信号22的眼图52b变形而获得的图案。因此，即使调制信号22的电平间隔是均匀的，已调制光32的电平间隔也是不均匀的。
除非已调制光32的电平间隔(即，眼的高度)是均匀的，否则光接收器错误地解调传输光34的频率变得更高，光接收器接收传输光34(参见图2)。因此，控制装置2调整调制信号22的电平间隔，使得解调错误的频率(即，误码率)不会变高。
图7是例示了在偏置电压被设置为比线性区域50的中心低，然后控制装置2控制调制信号22的情况下所生成的已调制光32的眼图54c的示例的图。在图7中例示了调制器28的调制特性48、调制信号22的眼图52c和已调制光32的眼图54c。
以与图6所示的示例相同的方式，偏置电压14被设置为低于线性区域50的中心的电压(参见偏置点51)。当控制装置2控制调制信号22时，调制信号22的电平间隔在调制特性48的倾斜度小的区域中变得更宽，并且调制信号22的电平间隔在调制特性的倾斜度大的区域中变得更窄。结果，已调制光32的眼图54c的电平间隔变得大致均匀(参见“(1-7)电平调整单元75”)。
现在，当传输光34在光传输线38上传播时，传输光34的波形由于光传输线38的群速度色散而变形。当传输光34的变形变大时，误码率变高。因此，调制器28的偏置点51被设置为已调制光32的变形小的电压。
例如，调制器28的偏置电压14被设置为使得调制器28的α参数近似为零的电压。传输距离越长，传输光34的变形越大，因此传输距离越长，使传输光34的变形小的偏置电压14(例如，α参数变为零的电压)越重要。
在许多情况下，α参数变为零的电压与调制特性48的线性区域50的中心(以下称为线性中心)并不匹配。因此，将偏置电压14设置为α参数变为零时的电压导致已调制光32的电平间隔不均匀(参见图6)。根据实施方式1的控制装置2，由于偏置电压14的这种设置而变得不均匀的电平间隔(即，已调制光32的电平间隔)变得均匀，因此能够抑制在光接收器处的误码率的增加。
图8A、图8B、图9A和图9B是例示了在根据实施方式1的光发送器4中的驱动器输出20、调制信号22、已调制光32和电信号44的交流分量46(以下称为监测信号)的眼图的示例的图。在图8A、图8B、图9A和图9B中例示了在将偏置电压14设置在线性中心上的情况下的每个信号的眼图、以及紧接在将偏置电压14改变为低于线性中心的电压之后的眼图。图8A、图8B、图9A和图9B是通过模拟获得的眼图。这对于后面描述的图22A、图22B、图23A、图23B等同样如此。
图8A例示了驱动器输出20的眼图。左侧的图案是当偏置电压14设置在线性中心上时的眼图(对于图8B、图9A和图9B，同样如此)。右侧的图案是紧接在将偏置电压14改变为低于线性中心的电压之后的眼图(对于图8B、图9A和图9B，同样如此)。紧接在偏置电压14降低之后，驱动器输出20的眼图没有变化，如图8A中的右图所示。
图8B例示了调制信号22的眼图。降低偏置电压14也降低了调制信号22的电平，如图8B所示。
图9A例示了已调制光32的眼图。如图9A所示，由于调制特性48的非线性(参见图6)，降低偏置电压14使得已调制光32的第二低的电平L1(参见图9A)和第三低的电平L2接近最低电平L0。换言之，第二低的电平L1和第三低的电平L2之间的中眼ME1接近最低电平L0。
图9B例示了监测信号46的眼图E2。随着已调制光32的中眼ME1如图9A所示的接近最低电平L0，监测信号46的中眼ME2也接近最低电平L30(参见图9B)。
调整调制信号22的电平间隔的控制装置2(参见图1)具有高侧信号发生单元64、低侧信号发生单元66、高侧峰值检测单元68和低侧峰值检测单元70。控制装置2还具有高侧平均值检测单元72和低侧平均值检测单元74。控制装置2还具有电平调整单元75。在图1和图2中，“峰值”缩写为“PV”。在图1和图2中，“平均值”缩写为“AV”。
(1-1)高侧信号发生单元64
图10是例示了高侧信号发生单元64的硬件构造示例的电路图。例如，高侧信号发生单元64具有输出端子连接至高侧峰值检测单元68和高侧平均值检测单元72的运算放大器OP1。以下将运算放大器(opertaional amplifier)称为运放(op amp)。高侧信号发生单元64还具有连接在运放OP1的反相输入端子与基准电位(即，接地)之间的电阻器R1。高侧信号发生单元64还具有连接在运放OP1的反相输入端子与其输出端子之间的电阻器R2、以及连接在运放OP1的同相输入端子与DC块18b之间的电阻器R3。
图11是例示了运放OP1输出的信号(以下，称为高侧运放信号)的眼图78的示例的图。水平轴是时间。垂直轴是高侧运放信号的电压。
如图10所示，输出正电压的正电源连接至运放OP1的正侧电源端子。基准电位连接至运放OP1的负侧电源端子。因此，当监测信号46的极性为正时，运放OP1输出通过放大输入到同相输入端子的监测信号46而获得的信号。监测信号46的放大因子是由电阻器R1的电阻值r1和电阻器R2的电阻值r2决定的放大因子A(＝(r1+r2)/r1)。当监测信号46的极性为负时，运放OP1输出基准电位G。在以下描述中，r1要被理解为充分大于r2。在这种情况下，放大因子A近似为1。然而，注意，放大因子A可能是除1以外的因子。
高侧信号发生单元64输出高侧运放信号。高侧信号发生单元64输出(或生成)的信号在下文中将被称为高侧信号76(参见图2)。因此，在本文所示的示例中，图11中的眼图78也是高侧信号76的眼图。
当监测信号46的极性为正或监测信号的幅度为零(例如，0V)时，高侧信号76取与监测信号46的电平相对应的电平L12、L11、L10(参见图11)，如参照图10和图11所例示的。在参照图10和图11描述的示例中，“与监测信号46的电平相对应的电平”是通过按照放大因子A(大于零且包含1的因子)对监测信号46的电平进行放大而获得的电平(下同)。
当监测信号46的极性为负时，高侧信号76取恒定电平(以下，称为伪电平(dummylevel))。在参考图10和图11描述的示例中，伪电平是基准电位G。在这种情况下，伪电平是高侧信号76的最低电平L10。
伪电平并非必须是基准电位。然而，注意，当伪电平和基准电位之间的偏差很大时，对稍后描述的“中眼的位置控制”等执行错误电平调整或不精确电平调整。因此，伪电平与基准电位之间的偏差越小，越是所期望的(对于稍后描述的低侧信号90的伪电平，同样如此)。
现在，在图10所示的电路中，高侧信号发生单元64直接输出运放OP1的输出。然而，高侧信号发生单元64可以通过反相电路将运放OP1的输出反相(即，使极性反转)，然后执行输出。原因在于，在基于高侧信号76的处理(即，高侧信号发生单元64的输出)中重要的量是高侧信号76的电平的幅度(即，绝对值)。这对于稍后描述的低侧信号发生单元66等的输出也是同样如此。
图10所示的电路是模拟电路。然而，高侧信号发生单元64可以由诸如DSP等的数字电路来实现。这对于稍后描述的低侧信号发生单元66、高侧峰值检测单元68、低侧峰值检测单元70、高侧平均值检测单元72、低侧平均值检测单元74也同样如此。
(1-2)低侧信号发生单元66
图12是例示了低侧信号发生单元66的硬件构造示例的电路图。低侧信号发生单元66与高侧信号发生单元64相似。因此，与高侧信号发生单元64中的部分大致相同的部分用相同的附图标记表示，并且将省略或简化描述。
低侧信号发生单元66例如具有运放OP2、以及连接在运放OP2的反相输入端子和基准电位之间的电阻器R1。低侧信号发生单元66还具有连接在运放OP2的反相输入端子与其输出端子之间的电阻器R2、以及连接在运放OP2的同相输入端子与DC块18b之间的电阻器R3。低侧信号发生单元66还具有反相电路84(即，反相器)，该反相电路84的输入端子连接至运放OP2的输出端子，并且其输出端子连接至低侧峰值检测单元70和低侧平均值检测单元74。
图13是例示了运放OP2输出的信号(以下，称为低侧运放信号)的眼图86的示例的图。水平轴是时间。垂直轴是电压。
如图12所示，基准电位连接至运放OP2的正侧电源端子。输出负电压的负电源连接至运放OP2的负侧电源端子。因此，当监测信号46的电压为正时，运放OP2输出基准电位G。
在监测信号46的极性为负的情况下，运放OP2输出通过对输入到同相输入端子的监测信号46进行放大而获得的信号。监测信号46的放大因子是在“(1-1)高侧信号发生单元64”中描述的放大因子A。在这里所示的示例中，放大因子A近似为1。低侧运放信号的放大因子和高侧运放信号的放大因子是相同的放大因子。
反相电路84将低侧运放信号(即，运放OP2的输出)反相。低侧信号发生单元66输出反相的低侧运放信号。以下将低侧信号发生单元66(参见图2)的输出称为低侧信号90。
图14是例示了低侧信号发生单元66输出(或生成)的低侧信号90(参见图2)的眼图92的示例的图。如图14所示，低侧信号90的眼图92在这里所示的示例中是通过将低侧运放信号的眼图86的极性反转而获得的图案(参见图13)。
当监测信号46的极性为负或监测信号电平的幅度为零(例如，0V)时，低侧信号90取与监测信号的电平相对应的电平L22、L21、L20(参见图14)，如参照图12至图14所例示的。在参照图12至图14描述的示例中，“与监测信号46的电平相对应的电平”是通过按照放大因子A对监测信号46的电平进行放大并且再将电平反转而获得的电平。
当监测信号46的极性为正时，低侧信号90取伪电平(即，恒定电平)。在参考图12至图14描述的示例中，低侧信号90的伪电平是基准电位G。在这种情况下，伪电平是监测信号46的最低电平L20。
注意，在图12所示的电路中，低侧信号发生单元66具有反相电路84。然而，低侧信号发生单元66并非必须具有反相电路84。
(1-3)高侧峰值检测单元68
图15是例示了高侧峰值检测单元68的硬件构造的示例的电路图。高侧峰值检测单元68例如具有其同相输入端子连接至高侧信号发生单元64的运放OP3、以及连接在运放OP3的反相输入端子和其输出端子之间的二极管D1。连接二极管D1以允许从运放OP3的输出端子朝向二极管D1流动的电流通过二极管，并且阻止电流从二极管D1流向运放OP3的输出端子。
高侧峰值检测单元68还具有电容器C1，该电容器C1连接在二极管D1的与运放OP3相对侧的一端与基准电位之间。高侧峰值检测单元68还具有与电容器C1并联连接的电阻器R3。输出正电压的正电源连接至运放OP3的正侧电源端子，如图15所示。此外，基准电位连接至运放OP3的负侧电源端子。
来自高侧信号发生单元64(参见图2)的高侧信号76被输入到运放OP3的同相输入端子。在高侧信号76的电压高于电容器C1的电压的情况下，运放OP3对电容器C1进行充电。相反，当高侧信号76的电压低于电容器C1的电压时，二极管D1反向偏置，并且电流不会从电容器C1流向运放OP3。
由来自运放OP3的电流在电容器C1中充电的电荷经由电阻器R3逐渐放电。高侧峰值检测单元68是所谓的峰值检测器。在图15所示的示例中，高侧峰值检测单元68没有改变地输出电容器C1的电压。然而，高侧峰值检测单元68可以按照除0以外的因子对电容器C1两端的电压进行放大，之后输出。
高侧峰值检测单元68生成的信号96(以下，称为高侧峰值信号)按照高侧信号76所取的电平(例如，图11中的电平L10至L12)中的特定电平(以下，称为第一特定电平)来取(或假定)电平。第一特定电平是对于高侧信号76所取的电平(例如，图11中的电平L10至L12)中的绝对值(例如，|L10|、|L11|、|L12|)为最大值(这里，|L12|)的电平(例如，图11中的电平L12)。以下将高侧峰值信号96的电平称为第四电平。例如，高侧峰值信号96的第四电平的绝对值与高侧信号76的电平L12(参见图11)的绝对值(例如，0.32V)相同。
(1-4)低侧峰值检测单元70
低侧峰值检测单元70的硬件构造与例如参照图15描述的高侧峰值检测单元68的硬件构造基本相同。因此，将省略低侧峰值检测单元70的硬件构造的描述。然而，注意，低侧信号发生单元66将连接至运放OP3的同相输入端子。
低侧峰值检测单元70生成的信号98(以下，称为低侧峰值信号)取(或假定)与低侧信号90所取的电平(例如，图14中的电平L20至L22)中的特定电平(以下，称为第二特定电平)相对应的电平。第二特定电平是对于低侧信号90所取的电平(例如，图14中的电平L20至L22)的绝对值(例如，|L20|、|L21|、|L22|)为最大值(这里，|L22|)的电平(例如，图14中的电平L22)。以下将低侧峰值信号98的电平称为第五电平。例如，低侧峰值信号98的第五电平的绝对值与低侧信号90的电平L22(参见图14)的绝对值(例如，0.24V)相同。
低侧峰值检测单元70可以以与高侧峰值检测单元68相同的方式对电容器C1两端的电压(以下，称为电容器电压)进行放大并输出。但是，注意，电容器电压的放大因子是与高侧峰值检测单元68的电容器电压的放大因子相同的放大因子。
(1-5)高侧平均值检测单元72
图16是例示了高侧平均值检测单元72的硬件构造示例的电路图。高侧平均值检测单元72例如具有电阻器R4，该电阻器R4的一端连接至高侧信号发生单元64并且另一端连接至电平调整单元75。高侧平均值检测单元72还具有电容器C2，该电容器C2的一端连接至基准电位并且另一端连接至电阻器R4的在电平调整单元75侧的一端。图16中所示的高侧平均值检测单元72是对输入电压进行平均的RC电路。该RC电路的时间常数设置得足够长，使得跨电容器C2两端的电压与高侧信号76的电压平均值大致成正比。
高侧平均值检测单元72生成高侧平均信号100，该高侧平均信号100取与高侧信号76所取的电平的平均值(以下称为第一平均值)相对应的电平(以下，称为第六电平)。“高侧信号76所取的电平的第一平均值”的示例是高侧信号76的电平L10、L11、L12(参见图11)的平均值。
(1-6)低侧平均值检测单元74
低侧平均值检测单元74的硬件构造与高侧平均值检测单元72的硬件构造基本相同。因此，将省略对低侧平均值检测单元74的硬件构造的描述。然而，注意，电阻器R4的在与电平调整单元75相对侧的一端连接至低侧信号发生单元66。
低侧平均值检测单元74生成低侧平均信号102，该低侧平均信号102取与低侧信号90所取的电平的平均值(以下称为第二平均值)相对应的电平(以下，称为第七电平)。“低侧信号90所取的电平的第二平均值”的示例是低侧信号90的电平L20、L21、L22(参见图14)的平均值。
(1-7)电平调整单元75
(1-7-1)电平调整单元75的结构
图17是例示了电平调整单元75的硬件构造示例的电路图。电平调整单元75例如具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)104、存储器106、非易失性存储器108。存储器106例如是RAM(随机存取存储器)。非易失性存储器108例如是闪存。
电平调整单元75还具有总线110以及连接至总线110的接口112a。电平调整单元75还包括连接在接口112a和高侧峰值检测单元68之间的模数转换器114a(以下，简称ADC114a，下同)。电平调整单元75还包括连接至总线110的接口112b以及连接在接口112b和高侧平均值检测单元72之间的模数转换器114b。电平调整单元75还包括连接至总线110的接口112c以及连接在接口112c和低侧峰值检测单元70之间的模数转换器114c。电平调整单元75还包括连接至总线110的接口112d以及连接在接口112d和低侧平均值检测单元74之间的模数转换器114d。电平调整单元75还包括连接在DSP 6和总线110之间的接口112e。
CPU 104经由总线110联接至存储器106，并且例如，被配置为执行非易失性存储器108中记录的程序。电平调整单元75的硬件构造不限于图17所示的电路。例如，电平调整单元75可以是FPGA(现场可编程门阵列)。
电平调整单元75控制将数字信号10转换成多值信号12(这里，是四进制信号)的DSP 6。电平调整单元75进一步控制偏置控制器16。
在下面的描述中，调制信号22为四进制信号，并且高侧信号发生单元64以与上述相同的方式没有改变地输出运放OP1(参见图10)的输出信号。相反，与以上描述不同，低侧信号发生单元66不具有反相电路84(参见图12)，并且没有改变地输出运放OP2的输出信号。
(1-7-2)电平调整单元75的操作
图18是例示了电平调整单元75执行的调制信号的控制方法的示例的图。
电平调整单元75首先调整DSP 6生成的多值信号12的电平，从而控制监测信号46的中眼ME2(参见图9B)的位置(步骤S2)。电平调整单元75进一步调整DSP 6生成的多值信号12的电平，从而控制监测信号46的上眼UE2的高度(即，电平间隔)(步骤S4)。电平调整单元75进一步调整DSP 6生成的多值信号12的电平，从而控制监测信号46的下眼LE2的高度(步骤S6)。在步骤S6之后，电平调整单元75返回到步骤S2。电平调整单元75重复执行步骤S2至S6。
在这里所示的示例中，通过重复步骤S2至S6，中眼ME2、上眼UE2和下眼LE2中的每一个的高度变得大致相等。也就是说，重复步骤S2至S6生成具有均匀电平间隔的已调制光32，其适用于多值光通信。
然而，注意，在应用于光发送器4的调制格式规定了非均匀电平间隔的情况下，电平调整单元75可以调整多值信号12的电平，使得监测信号46的眼的高度非均匀。例如，可以通过适当地设置稍后描述的第一目标值T1至第三目标值T3来实现这种调整。
下眼是夹在最低电平(例如，监测信号46的电平L30)和第二低的电平(例如，监测信号46的电平L31)之间的开口区域(参见图9B)。上眼是夹在最高电平(例如，监测信号46的电平L33)和第二高的电平(例如，监测信号46的电平L32)之间的开口区域。中眼是夹在上眼和下眼之间的开口区域。
在图18所示的示例中，在步骤S4之后执行步骤S6，但是可以在步骤S2和步骤S4之间执行步骤S6。由CPU 104来执行步骤S2至S6。
从这里开始，将沿着在设置在线性中心(即，线性区域50的中心)的偏置电压14降低之后电平调整单元75执行的过程来说明步骤S2至S6。在偏置电压14从线性中心降低时，已调制光32的第二低的电平L1和第三低的电平L2向最低电平L0侧移动(参见图9A中的右图)。因此，监测信号46的第二低的电平L31和第三低的电平L32也向最低电平L30侧移动(参见图9B中的右图)。结果，已调制光32和监测信号46的电平间隔变得不均匀(参见图9A和图9B中的右图)。例如，在调制器28周围的环境温度变化的情况下，由已经接收到来自电平调整单元75的指令的偏置控制器16来更新偏置电压14。
(a)中眼的位置控制
图19是例示了步骤S2(以下称为中眼的位置控制)的示例的流程图。根据步骤S2，监测信号46的中眼ME2(参见图9B)的中心和监测信号46的眼图E2的中心大致匹配。
步骤S12
CPU 104首先获取高侧峰值信号96的电平。具体而言，ADC 114a(参见图17)将高侧峰值信号96的电平Lhigh(即，第四电平)转换为数字信号，并且CPU 104获取转换为数字信号的电平Lhigh，该电平Lhigh为高侧峰值信号96的电平。对于CPU 104获取的其它电平(例如，低侧峰值信号98的电平)同样如此。
图20是例示了高侧信号76的眼图116的示例的图。如上所述，高侧峰值信号96的电平Lhigh是与高侧信号76所取的电平(即，图20中的电平L10至L12)当中的第一特定电平相对应的电平。第一特定电平是对于高侧信号76所取的电平(即，图20中的电平L10至L12)中的具有最大值的绝对值的电平(图20中的L12)。在这里所示的示例中，CPU 104获取的电平Lhigh是与高侧信号76的电平L12(＝0.32V)相同的电平。
步骤S14
在步骤S12之后，CPU 104获取低侧峰值信号98的电平Llow(第五电平)。图21是例示了低侧信号90的眼图118的示例的图。在此描述的示例中，低侧信号发生单元66没有改变地输出运放OP2(参见图12)的输出，并且因此图21中的眼图118是低侧运放信号的眼图86(参见图13)。
CPU 104获取的低侧峰值信号98的电平Llow是与低侧信号90所取的电平(即，图21中的电平L20至L22)当中的第二特定电平相对应的电平。第二特定电平是对于低侧信号90所取的电平(即，图21中的电平L20至L22)当中的具有最大值的绝对值的电平(图21中的L22)。在这里示出的示例中，CPU 104获取的电平Llow是与低侧信号90所取的电平当中的具有最大绝对值的电平L22(＝-0.24V)相同的电平。
在图19所示的示例中，在步骤S12之后执行步骤S14，但是可以在步骤S12之前执行步骤S14。
步骤S16
在步骤S14之后，CPU 104计算高侧峰值信号96的电平Lhigh的绝对值(例如，0.32V)与低侧峰值信号98的电平Llow的绝对值(例如，0.24V)之间的差(例如，0.8V)。以下将在步骤S14中计算出的差(＝|Lhigh|-|Llow|)称为峰值差ΔPeak。
在这里所描述的示例中，高侧峰值信号96的极性为正，因此高侧峰值信号96的电平Lhigh的绝对值|Lhigh|与高侧峰值信号96的电平Lhigh一致。然而，注意，在高侧信号发生单元64(参见图10)的运放OP1的输出被反相电路反相的情况下，高侧峰值信号96的电平Lhigh的绝对值|Lhigh|与高侧峰值信号96的电平Lhigh将是极性相反的。
相反，在这里描述的示例中，低侧峰值信号98的极性为负，因此低侧峰值信号98的电平Llow的绝对值|Llow|与低侧峰值信号98的电平Llow极性相反。然而，注意，在低侧信号发生单元66具有反相电路(参见图12)的情况下，低侧峰值信号98的电平Llow的绝对值|Llow|与低侧峰值信号98的电平Llow一致。
步骤S18
在步骤S16之后，CPU 104确定峰值差ΔPeak(＝|Lhigh|-|Llow|)与第一目标值T1之间的差(＝ΔPeak-T1)的绝对值是否不大于第一容差值ε1(步骤S18)。这里，如上所述，峰值差ΔPeak(＝|Lhigh|-|Llow|)是关于高侧峰值信号96和低侧峰值信号98的差。第一容差值ε1是等于或大于零的数。
在这里所示的示例中，第一目标值T1为0V。在监测信号46的电平间隔均匀的情况下，峰值差ΔPeak为0V，因此在这里所示的示例中，第一目标值T1被设置为0V。然而，注意，第一目标值T1可以是大于0V的电压。
在以上差(＝ΔPeak-T1)的绝对值不大于第一容差值ε1的情况下，CPU 104结束步骤S2。第一容差值ε1例如是比高侧峰值信号96的特定电平的特定绝对值|Lhigh|充分小的值，该特定电平是在峰值差ΔPeak与第一目标值一致时获得的。例如，值为|Lhigh|×0.1。
在以上差(＝ΔPeak-T1)的绝对值大于第一容差值ε1的情况下，CPU 104前进至步骤S20。
步骤S20
在步骤S20中，CPU 104确定峰值差ΔPeak是否大于第一目标值T1和第一容差值ε1之和(＝T1+ε1)(步骤S20)。以下将第一目标值T1与第一容差值ε1之和(＝T1+ε1)称为ΔPeak容差范围上限。第一目标值T1和第一容差值ε1之间的差(＝T1-ε1)在下文中被称为ΔPeak容差范围下限。
在峰值差ΔPeak大于ΔPeak容差范围上限的情况下，CPU 104前进至步骤S22。在峰值差ΔPeak不大于ΔPeak容差范围上限(＝T1+ε1)的情况下，CPU 104前进至步骤S24。
当在步骤S20中确定峰值差ΔPeak不大于ΔPeak容差范围上限(＝T1+ε1)时，因为在步骤S18之后执行步骤S20，所以峰值差ΔPeak小于ΔPeak容差范围下限(＝T1-ε1)。原因如下。在步骤S18中判断|ΔPeak-T1|大于第一容差值ε1的情况下，峰值差ΔPeak大于ΔPeak容差范围上限(＝T1+ε1)或小于ΔPeak容差范围下限(＝T1-ε1)。
步骤S22
在步骤S22中，CPU 104控制DSP 6以升高多值信号12的第二低的电平(以下，称为1level)和多值信号12的第三低的电平(以下称为2level)。此时，1level和2level之间的电平差(＝2level-1level)保持恒定。
注意，在下面的描述中，多值信号12的最低电平被称为0level。多值信号12的最高电平称为3level。不等式中多值信号12的电平幅度的关系为0level<1level<2level<3level。在步骤S22之后，CPU 104返回到步骤S12。
CPU 104重复步骤S12至S22，直到峰值差ΔPeak与第一目标值T1之间的差的绝对值(＝|ΔPeak-T1|)不大于第一容差值ε1。然而，注意，在峰值差ΔPeak变得小于ΔPeak容差范围下限的情况下，执行稍后描述的步骤S24。
图22A、图22B、图23A和图23B是例示了在执行中眼的位置控制之前和之后的调制信号22等的眼图的示例的图。图22A、图22B、图23A和图23B例示了在做出高侧峰值信号96的电平的绝对值|Lhigh|超过低侧峰值信号98的电平的绝对值|Llow|(更准确地说，|Llow|+T1+ε1)的确定之后调制信号22等的眼图中发生的变化。该确定在步骤S18至S20中进行。也就是说，图22A、图22B、图23A和图23B例示了在做出|Lhigh|>|Llow|(参见图23B)的确定之后调制信号22等的眼图等中发生的变化。如上所述，这里的第一目标值T1为0V。
同样应用于第一容差值ε1。
图22A例示了驱动器输出20的眼图。左侧的图案是紧接在偏置电压14从线性中心降低之后的眼图(对于图22B、图23A和图23B，同样如此)。在这个时间点，中眼的位置控制还没有开始。右侧的图案是在中眼的位置控制已经结束的时间点处的眼图(对于图22B、图23A和图23B，同样如此)。图22B中例示了调制信号22的眼图。图23A中例示了已调制光32的眼图。图23B中例示了监测信号46的眼图。
当偏置电压14从线性中心降低时，从图9B可以明显看出，高侧峰值信号96的电平的绝对值|Lhigh|(＝|L33|)变得大于低侧峰值信号98的电平的绝对值|Llow|(＝|L30|)。然后，在步骤S18至S20中确定高侧峰值信号96的电平的绝对值|Lhigh|超过低侧峰值信号98的电平的绝对值|Llow|(更准确地说，|Llow|+T1+ε1)。结果，电平调整单元75前进至步骤S22，并且重复步骤S12至S22。
当多值信号12的第二低的电平(1level)和第三低的电平(2level)由于步骤S12至S22而升高时，驱动器输出20的第二低的电平L41和第三低的电平L42也升高(参见图22A中的右图)。因此，调制信号22的第二低的电平L51和第三低的电平L52接近最高电平L53(参见图22B中的右图)。
当调制信号22的电平如上所述地改变时，已调制光32的第二低的电平L1和第三低的电平L2也接近最高电平L3(参见图23A)。结果，监测信号46的第二低的电平L31和第三低的电平L32也接近最高电平L33(参见图23B)。
监测信号46是电信号44的交流分量，因此平均电压始终为0V。因此，当监测信号46的第二低的电平L31和第三低的电平L32接近最高电平时L33时，监测信号46的最高电平L33(>0V)和最低电平L30(<0V)由于它们的反作用而下降。因此，最高电平L33的绝对值减小，而最低电平L30的绝对值增大。结果，在步骤S18中确定表达式|ΔPeak-T1|的值减小。
图23B的右图例示了已经重复步骤S12至S24并且峰值差ΔPeak与第一目标值T1之间的差(＝ΔPeak-T1)的绝对值不大于第一容差值ε1的状态。在该状态下，监测信号46的中眼ME2的中心与监测信号46的眼图E2的中心近似匹配。此外，上眼UE2的高度和下眼LE2的高度近似相等。
步骤S24
步骤S24例如在偏置电压14从线性中心升高，并且高侧峰值信号96的电平的绝对值|Lhigh|变得小于低侧峰值信号98的电平的绝对值|Llow|(更准确地说，|Llow|+T1-ε1)的情况下执行。如上所述，第一目标值T1和第一容差值在此为0V。
在步骤S24中，CPU 104控制DSP 6并降低多值信号12的第二低的电平和第三低的电平(即，1level和2level)。此时，第二低的电平和第三低的电平之间的电平差(＝2level-1level)以与步骤S22中相同的方式保持恒定。
当多值信号12的第二低的电平1level和第三低的电平2level下降时，监测信号46的第二低的电平L31和第三低的电平L32接近最低电平L30。于是，监测信号46的最高电平L33(>0V)的绝对值(＝|Lhigh|)增加。相反，监测信号46的最低电平L30(<0V)的绝对值(＝|Llow|)减小。结果，峰值差ΔPeak(<0)接近0V，并且在步骤S18中确定的“峰值差ΔPeak与第一目标值T1之间的差(＝ΔPeak-T1)的绝对值”变小。这里，如上所述，峰值差ΔPeak(＝|Lhigh|-|Llow|)是关于高侧峰值信号96和低侧峰值信号98的差。
随着步骤S12至S20和S24的重复，峰值差ΔPeak与第一目标值T1(这里，0V)之间的差(＝ΔPeak-T1)的绝对值最终不大于第一容差值ε1。也在此时，监测信号46的中眼ME2的中心与其眼图E2的中心近似匹配，并且上眼UE2的高度与下眼LE2的高度近似相等。
如上所述，电平调整单元75基于高侧峰值信号96所取的第四电平和低侧峰值信号98所取的第五电平，调整多值信号12的第二低的电平和第三低的电平(参见步骤S22和S24)。电平调整后的多值信号12由驱动器8放大，之后经由DC块18a叠加在偏置电压14上，成为调制信号22。
也就是说，电平调整单元75基于高侧峰值信号96所取的第四电平Lhigh和低侧峰值信号98所取的第五电平Llow，间接地调整调制信号22的第二低的电平L51和第三低的电平L52。具体地，电平调整单元75调整调制信号22的第二低的电平和第三低的电平，使得作为高侧峰值信号96的第四电平的绝对值与低侧峰值信号98的第五电平的绝对值之间的差的峰值差ΔPeak接近第一目标值T1。
中眼ME2的位置与峰值差ΔPeak之间的关系
图24A至图24C是例示了监测信号46中的中眼ME2的位置与峰值差ΔPeak之间的关系的图。
图24A例示了在电平间隔均匀的情况下监测信号46的眼图。在这种情况下，监测信号46的最高电平L33的绝对值和最低电平L30的绝对值相等，如图24A所示。因此，峰值差ΔPeak为零。
图24B例示了在第二低的电平L31和第三低的电平L32偏向最低电平L30侧的情况下监测信号46的眼图。在这种情况下，监测信号46的最高电平L33的绝对值变得大于最低电平L30的绝对值。因此，峰值差ΔPeak为正。
图24C例示了在第二低的电平L31和第三低的电平L32偏向最高电平L33侧的情况下的监测信号46的眼图。在这种情况下，监测信号46的最高电平L33的绝对值变得小于最低电平L30的绝对值，如图24C所示。因此，峰值差ΔPeak为负。
利用这种性质，电平调整单元75使监测信号46的电平间隔均匀。例如，为了使监测信号46的间隔均匀，电平调整单元75调整监测信号46的第二低的电平L31和第三低的电平L32，使得峰值差ΔPeak变为零。换言之，电平调整单元75通过调整中眼ME2(夹在第二低的电平L31和第三低的电平L32之间的眼)的位置，使监测信号46的电平间隔均匀。
(b)上眼的高度控制
监测信号46的上眼UE2的高度(即，电平间隔)和下眼LE2的高度通过步骤S2(即，中眼的位置控制)变得近似相等(参见图23B)。然而，这并不一定使中眼ME2的高度和上眼UE2的高度相同。同样，这并不一定使中眼ME2的高度和下眼LE2的高度相同。
如图22A、图22B、图23A和图23B所示的示例中，在中眼ME2的位置控制(参见图23B中的右图)之后的上眼UE2比中眼ME2小(更准确地说，高度小)。对于下眼LE2同样如此。
根据步骤S4(以下，称为上眼的高度控制)，监测信号46的上眼UE2的高度接近中眼ME2的高度。图25是例示了步骤S4的示例的流程图。
步骤S32、S34
CPU 104首先获取高侧平均信号100的第六电平L6(步骤S32)。CPU 104还获取低侧平均信号102的第七电平L7(步骤S34)。
在图25所示的示例中，在步骤S32之后执行步骤S34，但是可以在步骤S32之前执行步骤S34。另选地，可以在步骤S6内执行步骤S34(以下，称为下眼的高度控制)。
步骤S36
在步骤S34之后，CPU 104计算在步骤S32中获取的第六电平L6和在步骤S12(见图19)中获取的第四电平Lhigh(高侧峰值信号96的电平)的第一比率HSR(＝L6/Lhigh)。该第一比率HSR在下文中将被称为高侧电平比率。
步骤S38
在步骤S36之后，CPU 104确定在步骤S36中计算的高侧电平比率HSR与第二目标值T2之间的差(＝ΔHSR-T2)的绝对值是否不大于第二容差值ε2(>0V)(步骤S38)。在这里所示的示例中，第二目标值T2是0.33。在监测信号46的眼ME2、UE2、LE2的高度相等且各电平的出现频率相等的情况下，高侧电平比率HSR为0.33。然而注意，第二目标值T2可以是0.33以外的值。
在以上差(＝ΔHSR-T2)的绝对值不大于第二容差值ε2的情况下，CPU 104结束步骤S4(即，上眼的高度控制)。例如，第二容差值ε2被设置为比第二目标值足够小的值(例如，0.03)。
在以上差(＝ΔHSR-T2)的绝对值大于第二容差值ε2的情况下，CPU 104前进至步骤S40。
步骤S40
在步骤S38之后，CPU 104确定高侧电平比率HSR是否大于第二目标值T2和第二容差值ε2之和(＝T2+ε2)(步骤S40)。在下文中将第二目标值T2与第二容差值ε2之和(＝T2+ε2)称为HSR容差范围上限。在下文中将第二目标值T2与第二容差值ε2之间的差(＝T2-ε2)称为HSR容差范围下限。在高侧电平比率HSR大于HSR容差范围上限的情况下，CPU 104前进至步骤S42。
在高侧电平比率HSR不大于HSR容差范围上限(＝T2+ε2)的情况下，CPU 104前进至步骤S44。当在步骤S40中确定高侧电平比率HSR不大于HSR容差范围上限(＝T2+ε2)时，因为在步骤S38之后执行步骤S40，所以高侧电平比率HSR小于HSR容差范围下限(＝T2-ε2)。原因如下。在步骤S38的确定中为否定判断的情况下，高侧电平比率HSR大于HSR容差范围上限(＝T2+ε2)或小于容差范围下限(＝T2-ε2)。
步骤S42
在步骤S42中，CPU 104控制DSP 6以降低多值信号12的第三低的电平(即，2level)。在步骤S42之后，CPU 104结束上眼的高度控制。
图26是例示了在执行步骤S42之前和之后的高侧信号76的眼图的示例的图。图26的左图是在执行步骤S42之前的高侧信号76的眼图116a的示例。图26的右图是在执行步骤S42之后的高侧信号76的眼图116b的示例。
高侧信号76的第二低的电平L11是按照多值信号12的第三低的电平(即，2Level)生成的电平。当执行步骤S42时，高侧信号76的电平L11下降(参见图26)。结果，高于第二目标值T2(更准确地说，T2+ε2)的高侧电平比率HSR减小，并接近第二目标值T2。因此，小于中眼ME2的上眼UE2的高度(参见图23B中的右图)接近中眼ME2的高度。
步骤S44
在步骤S44中，CPU 104控制DSP 6以升高多值信号12的第三低的电平(即，2level)。在步骤S44之后，CPU 104结束上眼的高度控制。
高侧信号76的第二低的电平L11(参见图26)由于步骤S44而升高。结果，高侧电平比率HSR增加。在高侧电平比率HSR小于第二目标值T2(更准确地说，T2-ε2)的情况下执行步骤S44，因此通过执行步骤S44，过低的高侧电平比率HSR接近第二目标值T2。
电平调整单元75通过由步骤S32至S44调整多值信号12的第三低的电平(即，2level)，间接地调整调制信号22的第三低的电平L52(参见图22B)。换言之，电平调整单元75基于高侧平均信号100所取的第六电平与高侧峰值信号96所取的第四电平之间的比率(即，高侧电平比率HSR)，来调整调制信号22的第三低的电平L52。
具体地，例如，电平调整单元75调整调制信号22的第三低的电平，使得高侧电平比率HSR接近第二目标值T2(参见步骤S42和S44)。由于这种调整，上眼UE2的高度接近中眼ME2的高度。
(c)下眼的高度控制
监测信号46的上眼UE2的高度(电平间隔)通过步骤S4(即，上眼的高度控制)接近中眼ME2的高度。然而，通过步骤S4没有解决下眼LE2的高度和中眼ME2的高度的差。根据步骤S6(即，下眼的高度控制)，监测信号46的下眼LE2的高度接近中眼ME2的高度。
图27是例示了步骤S6的示例的流程图。
步骤S52
CPU 104首先计算在步骤S34(参见图25)中获取的第七电平L7与在步骤S14(参见图19)获取的第五电平Llow(低侧峰值信号98的电平)的第二比率LSR(＝L7/Llow)。第七电平L7是低侧平均信号102的电平。该第二比率LSR在下文中将被称为低侧电平比率。
步骤S54
在步骤S52之后，CPU 104确定在步骤S52中计算出的低侧电平比率LSR与第三目标值T3之间的差(＝ΔLSR-T3)的绝对值是否不大于第三容差值ε3(>0V)(步骤S54)。在这里所示的示例中，第三目标值T3例如是0.33。
在监测信号46的眼ME2、UE2、LE2的高度相等并且各电平出现频率相等的情况下，低侧电平比率LSR为0.33，与高侧电平比率HSR一样。因此，通过将第二目标值T2和第三目标值T3设置为0.33，已调制光32的电平间隔变得均匀，并且能够抑制解调错误。然而，注意，以与第二目标值T2相同的方式，第三目标值T3可以是0.33以外的值。
在以上差(＝ΔLSR-T3)的绝对值不大于第三容差值ε3的情况下，CPU 104结束步骤S6(即，下眼的高度控制)。例如，第三容差值ε3被设置为比第三目标值充分小的值(例如0.03)。
在以上差(＝ΔLSR-T3)的绝对值大于第三容差值ε3的情况下，CPU 104前进至步骤S56。
步骤S56
在步骤S54之后，CPU 104确定低侧电平比率LSR是否大于第三目标值T3和第三容差值ε3之和(＝T3+ε3)(步骤S56)。在下文中将第三目标值T3与第三容差值ε3之和(＝T3+ε3)称为LSR容差范围上限。在下文中将第三目标值T3与第三容差值ε3之差(＝T3-ε3)称为LSR容差范围下限。在低侧电平比率LSR大于LSR容差范围上限的情况下，CPU 104前进至步骤S58。
在低侧电平比率LSR不大于LSR容差范围上限(＝T3+ε3)的情况下，CPU 104前进至步骤S60。当在步骤S56中确定低侧电平比率LSR不大于LSR容差范围上限(＝T3+ε3)时，因为在步骤S54之后执行步骤S56，所以低侧电平比率LSR小于LSR容差范围下限(＝T3-ε3)。原因如下。在步骤S54的确定为否定判断的情况下，低侧电平比率LSR大于LSR容差范围上限(＝T3+ε3)或小于LSR容差范围下限(＝T3-ε3)。
步骤58
在步骤S58中，CPU 104控制DSP 6以升高多值信号12的第二低的电平(即，1level)。在步骤S58之后，CPU 104结束下眼的高度控制。
图28是例示了在执行步骤S58之前和之后的低侧信号90的眼图的示例的图。图28的左图是在执行步骤S58之前的低侧信号90的眼图118a的示例。图28的右图是例示了在执行步骤S58之后的低侧信号90的眼图118b的示例的图。
低侧信号90的第二低的电平L21是按照多值信号12的第二低的电平(即，1Level)生成的电平。因此，步骤S58的实施使低侧信号90的电平L21升高(参见图28)。结果，高于第三目标值T3(更准确地说，T3+ε3)的低侧电平比率LSR减小，并接近第三目标值T3。因此，比中眼ME2小的下眼LE2的高度接近中眼ME2的高度。
步骤S60
在步骤S60中，CPU 104控制DSP 6以降低多值信号12的第二低的电平(即，1level)。在步骤S60之后，CPU 104结束下眼的高度控制。
低侧信号90的第二低的电平L21(参见图28)由于步骤S60而降低。结果，低侧电平比率LSR增加。在低电平比率LSR小于第三目标值T3(更准确地说，T3-ε3)的情况下执行步骤S60，因此过低的低侧电平比率LSR通过执行步骤S60而接近第三目标值T3。
电平调整单元75通过由步骤S52至S60调整多值信号12的第二低的电平(即，1level)，间接地调整调制信号22的第二低的电平L51(参见图22B)。换言之，电平调整单元75基于低侧平均信号102所取的第七电平与低侧峰值信号98所取的第五电平之比(即，低侧电平比率LSR)，来调整调制信号22的第二低的电平L51。
具体而言，例如，电平调整单元75调整调制信号22的第二低的电平，使得低侧电平比率LSR接近第三目标值T3。由于这种调整，下眼LE2的高度接近中眼ME2的高度。
当执行步骤S4至S6时，通过步骤S2已经移动到监测信号46的中心的中眼ME2的位置偏移。因此，电平调整单元75在步骤S6之后返回步骤S2，并重新调整中眼ME2的位置，如图18所示。此后，电平调整单元75再次执行步骤S4和S6，并且使上眼UE2和下眼LE2各自的高度再次接近目标。电平调整单元75重复执行步骤S2至S6，如图18所示，并且因此眼的高度(即，电平间隔)最终变得近似均匀。
可以重复步骤S2至S6，直到被外部命令取消，或者可以在重复预设次数之后结束。另选地，步骤S2至S6可以仅执行一次。如果调制器28的非线性较小，则电平间隔通过仅执行一次将变得近似均匀。
图29A、图29B、图30A和图30B是例示了通过重复步骤S2至S6获得的调制信号22等的眼图的示例的图。图29A例示了驱动器输出20的眼图。左侧的图案是紧接在第一次中眼的位置控制结束之后的眼图(对于图29B、图30A和图30B也同样如此)。右侧的图案是在监测信号46的电平间隔通过重复步骤S2至S6变得近似均匀的时间点的眼图(对于图29B、图30A和图30B也同样如此)。图29A、图29B、图30A和图30B例示了在第一次中眼的位置控制结束的时间点监测信号46的上眼UE2和下眼LE2小于中眼ME2的情况(参见图30B)。
图29B例示了调制信号22的眼图。图30A例示了已调制光32的眼图。图30B例示了监测信号46的眼图。
在图29A、图29B、图30A和图30B所示的示例中，由于重复步骤S2至S6，多值信号12的第三低的电平(即，2Level)降低，而第二低的电平(即，1level)升高。因此，驱动器输出20的第三低的电平L42降低，而第二低的电平L41升高，如图29A中从左图到右图的变化所示。驱动器输出20的变化反映在调制信号22中，结果，已调制光32的电平间隔改变(参见图30A)。
因此，监测信号46的第三低的电平L32降低，而第二低的电平L31升高，如图30B中从左图到右图的变化所示。
结果，比中眼ME2小(更准确地说，高度小)的上眼UE2变大(更准确地说，高度大)，中眼ME2和上眼UE2变成近似相同的高度(参见图30B)。以相同方式，比中眼ME2小(准确地说，高度小)的下眼LE2变大(更准确地说，高度大)，中眼ME2和下眼LE2变为近似相同高度(参见图30B)。也就是说，监测信号46的电平间隔变得近似均匀。因此，已调制光32的电平间隔(参见图30A)也变得均匀，因此抑制了传输光34的解调错误。
现在，在以上示例中，步骤S4在上眼UE的高度仅调整一次之后结束，并且执行下一步骤(即，步骤S6)。对于步骤S6也同样如此。因此，在步骤S2至S6的重复中交替地执行上眼UE2和下眼LE2的高度的调整。以这种方式交替地调整上眼UE2和下眼LE2的高度能够使监测信号46的电平间隔变得均匀所花费的时间更短。
(2)参考例
在参照图1等描述的示例中，通过基于监测信号46调整多值信号12的电平，使已调制光32的电平间隔均匀。然而，在不基于监测信号46的电平的情况下也可以使已调制光32的电平间隔均匀。图31是例示了在不基于监测信号46的电平的情况下使已调制光32的电平间隔均匀的光发送器204的示例的图。图32是例示了图31中的信号的流向的图。
与参照图1等描述的控制装置2不同，光发送器204的控制装置202仅具有电平调整单元275，而不具有高侧信号发生单元64等。此外，光发送器204也没有用于生成监测信号46的光电检测器33等。
电平调整单元275的硬件构造通常与参照图17描述的电平调整单元75的硬件构造相同。然而，注意，电平调整单元275不具有参照图17描述的接口112a至112d以及ADC 114a至114d。调制器28的调制特性48(参见图4)与DSP 6的控制程序一起记录在非易失性存储器108中。
电平调整单元275的CPU 104控制偏置控制器16以设置偏置电压14(参见图32)。CPU 104进一步从非易失性存储器108中读出调制特性48，并且例如基于读出的调制特性48计算使已调制光32的电平间隔均匀的多值信号12的电平(0level至3level)。CPU 104指示DSP 6实现计算出的多值信号12的电平。
因此，已调制光32的电平间隔也可以通过图31中的控制装置202变得均匀。然而，调制特性依据调制器28的温度而变化。在近年来的光传输装置中，为了抑制电力消耗，很少将调制器28的温度保持恒定。因此，为了基于调制器28的调制特性计算多值信号12的电平间隔，必须在大量温度下针对每个调制器28测量调制特性，并将结果预先记录在非易失性存储器108中。这是为了使用由调制器28的环境温度所确定的精确的调制特性来计算多值信号12的电平。这种技术(特别是在大量温度下测量调制特性)是麻烦的且不切实际的。
相反，参照图1等描述的控制装置2在不基于调制器28的调制特性的情况下调整多值信号12的电平，因此不存在这样的问题。
(3)变形例
(3-1)变形例1
除了调制器28(参见图2)是Mach-Zehnder(马赫-曾德尔)调制器(以下称为MZM)之外，根据变形例1的光发送器具有与参照图1等描述的光发送器4的结构大致相同的结构。
图33至图35是用于描述在根据变形例1的光发送器中执行的调制信号22的电平调整的图。图33是例示了在偏置电压14设置于调制特性348的线性区域350的中心的情况下生成的已调制光32的眼图354a的示例的图。轮廓点351表示MZM的偏置点(下同)。
图33例示了MZM的调制特性348、调制信号22的眼图352a和已调制光32的眼图354a。以与图5所示的时间轴56等相同的方式绘制图33中所示的时间轴等。对于图34和图35中的时间轴等也同样如此。
在调制信号22的电平(即，施加电压)在线性区域350内变化的情况下，调制信号22的眼图352a和已调制光32的眼图354a近似为相同形状，如图33所示。因此，只要调制信号22的电平间隔(即，眼的高度)均匀，已调制光32的电平间隔也将近似均匀。
图34是例示了在偏置电压14被设置为比线状区域350的中心低的电压的情况下生成的已调制光32的眼图354b的示例的图。图34中例示了MZM的调制特性348、调制信号22的眼图352b和已调制光32的眼图354b。
当调制信号22的电平变化与线性区域350的外部交叠时，已调制光32的眼图354b改变为与调制信号22的眼图352b的形状不同的图案，如图34所示。因此，即使调制信号22的电平间隔是均匀的，已调制光32的电平间隔也是不均匀的。
图35是例示了通过控制装置2调整了电平间隔的已调制光32的眼图354c的示例的图。图35中例示了MZM的调制特性348、调制信号22的眼图352c和已调制光32的眼图354c。
以与图34所示的示例相同的方式，偏置电压14被设置为低于线性区域350的中心的电压(参见偏置点351)。控制装置2在图18、图19、图25和图27所示的过程之后调整多值信号12的电平间隔。
因此，调制信号22的电平间隔在调制特性348的倾斜度小的区域(即，偏置点351的低压侧)中变得更宽，并且调制信号22的电平间隔在调制特性的倾斜度大的区域(即，偏置点351的高压侧)变得更窄(参照图35)。结果，已调制光32的眼图354c的电平间隔变得近似均匀(参见图35)。
电吸收调制器的调制特性48(参见图5)和MZM的调制特性348有很大不同。然而，MZM在线性区域350(参见图33)中和附近的调制特性类似于电吸收调制器在线性区域50(参见图5)中和附近的调制特性。因此，即使调制器28是MZM，根据实施方式1的控制装置2也能够调整已调制光32的电平间隔(例如，使电平间隔均匀)。该变形例1在MZM的大幅度操作的情况下特别有利，如图33至图35所示。
在图33至图35所示的示例中，偏置点351设置在其中MZM的输出随着施加电压的增加而增加的区域中。然而，偏置点351可以设置在其中MZM的输出随着施加电压的增加而减小的区域中。
根据变形例1，增加了应用根据实施方式1的控制装置2的光发送器的种类。
(3-2)变形例2
除了使用具有光调制器和半导体光放大器的光器件(以下称为包含放大器的光调制器单元)来代替调制器28之外，根据变形例2的光发送器具有与参照图1等描述的光发送器4大体相同的结构。根据变形例2的包含放大器的光调制器单元具有在线性区域中操作的光调制器(例如，电吸收调制器)、以及对光调制器的输出进行放大的半导体光放大器。
这种光器件表现出基于半导体光放大器的增益饱和的非线性。根据实施方式1的控制装置2，能够调整由包含放大器的光调制器单元生成的已调制光32的电平间隔。
根据变形例2，增加了应用根据实施方式1的控制装置2的光发送器的种类。
(3-3)变形例3
根据变形例3的控制装置2具有与参照图1等描述的控制装置2大体相同的结构。此外，除了调整表现出三个值、或者五个或更多个值的多值信号12的电平之外，根据变形例3的控制装置2以与参照图1等描述的控制装置2的方式大致相同的方式来操作。因此，根据变形例3的调制信号22通过取第一电平、高于第一电平的第二电平、以及高于第一电平且小于第二电平的一个或三个或更多个第三电平，使调制器生成表现出三个、或者五个或更多个值的已调制光。
在中眼的位置控制中(参见图19)，调整一个第三电平，或者调整三个或更多个第三电平。在上眼的高度控制(参见图25)和下眼的高度控制(参见图27)中，也调整一个第三电平，或者调整三个或更多个第三电平。根据变形例3，增加了由实施方式1的控制装置2控制的调制信号22的种类。
注意，在参照图1至图7、图8A、图8B、图9A、图9B、图10至图21、图22A、图22B、图23A、图23B、图24A至图24C、图25至图28、图29A、图29B、图30A、图30B和图31至图35描述的示例中，第三电平是两个电平L51和52(参见图22B)。因此，根据实施方式1的调制信号22的第三电平的数量为至少一个。
(4)控制方法
图19等例示了以下控制方法。
控制装置2生成高侧信号76。高侧信号76在监测信号46的极性为正或为监测信号46的幅度为零时取(或假定)与监测信号46的电平相对应的电平。当监测信号46的极性为负时，高侧信号76还取恒定电平。
控制装置2还生成低侧信号90。当监测信号46的极性为正时，低侧信号90取恒定电平。当监测信号46的极性为负或监测信号46的幅度为零时，低侧信号90取与监测信号46的电平相对应的电平。
控制装置2还生成高侧峰值信号96，该高侧峰值信号96取与高侧信号所取的电平当中的第一特定电平相对应的第四电平。第一特定电平是对于高侧信号76所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平。控制装置2还低侧峰值信号98，该低侧峰值信号98取与低侧信号所取的电平当中的第二特定电平相对应的第五电平。第二特定电平是对于低侧信号90所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平。
控制装置2基于高侧峰值信号96所取的第四电平和低侧峰值信号98所取的第五电平，最终调整调制信号22的至少一个第三电平(即，一个或更多个第三电平)。
如参照图24A至图24C所描述的，峰值差ΔPeak依据监测信号46的第三电平(在图24A至图24C中所示的示例中的电平L31和电平L32)变化。这对于高侧电平比率HSR和低侧电平比率LSR也同样如此。
因此，根据实施方式1，调整调制信号22的第三电平，使得通过步骤S12至S16(参见图19)等获得的ΔPeak等的测量值接近ΔPeak等的目标值。例如，“ΔPeak等的目标值”的示例是当在监测信号46中实现目标电平间隔(例如，均匀电平间隔)时所获得的ΔPeak等的值。
ΔPeak等的目标值是由光传输系统的格式所确定的值，并且与调制器的特性(即，调制特性)无关。因此，根据实施方式1，能够在不基于生成已调制光32的光器件(例如，调制器28)的调制特性的情况下调整已调制光32的电平间隔。因此，根据实施方式1，能够在无需将生成已调制光32的光器件的调制特性记录在非易失性存储器等中的情况下调整已调制光32的电平间隔。
以上已经描述了本发明的实施方式，但是该实施方式是示例性的，并非限制性的。例如，控制装置2在保持调制信号22的第二低的电平L51和第三低的电平L52的差(＝L52-L51)恒定的同时调整调制信号的第二低的电平L51和第三低的电平L52。然而，控制装置2可以将调制信号22的第二低的电平L51和第三低的电平L52彼此独立地进行调整。
此外，实施方式1中的控制装置2调整调制信号22的中眼的位置、上眼的高度和下眼的高度。但是，控制装置2可以仅调整调制信号22的中眼的位置。如果调制器等的调制特性的非线性弱，则已调制光32的电平间隔仅通过调整中眼的位置将变得近似恒定。另选地，控制装置2可以调整调制信号22的中眼位置，之后仅调整上眼的高度和下眼的高度之一。
在参照图2等描述的示例中，DSP 6转换成多值信号12的信号是数字信号10(即，二进制信号)。然而，由DSP 6转换为多值信号12的信号可以是多值信号(例如，四进制信号)。
在参照图1等描述的示例中，DSP 6、驱动器8、偏置控制器16、调制器28、分光器30、光电检测器33和电流/电压转换装置42不被包括在控制装置2中。然而，控制装置2可以包括这些装置中的一部分或全部。
根据实施方式的一个方面，能够在无需在存储器中记录调制器的调制特性的情况下调整多值光信号的电平间隔。

Claims (10)

1.一种控制调制信号的控制装置，该调制信号取第一电平、高于所述第一电平的第二电平、以及高于所述第一电平且低于所述第二电平的至少一个第三电平，该控制装置包括：
高侧信号发生单元，该高侧信号发生单元生成高侧信号，该高侧信号在从已调制光生成的电信号的交流分量的极性为正或者所述交流分量的幅度为零时取与所述交流分量的电平相对应的电平，所述高侧信号还在所述交流分量的极性为负时取恒定电平；
低侧信号发生单元，该低侧信号发生单元生成低侧信号，该低侧信号在所述交流分量的极性为正时取恒定电平，所述低侧信号还在所述交流分量的极性为负或所述交流分量的幅度为零时取与所述交流分量的电平相对应的电平；
高侧峰值检测单元，该高侧峰值检测单元生成高侧峰值信号，该高侧峰值信号取与所述高侧信号所取的电平当中的第一特定电平相对应的第四电平，所述第一特定电平是所述高侧信号所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平；
低侧峰值检测单元，该低侧峰值检测单元生成低侧峰值信号，该低侧峰值信号取与所述低侧信号所取的电平当中的第二特定电平相对应的第五电平，所述第二特定电平是所述低侧信号所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平；
电平调整单元，该电平调整单元基于所述高侧峰值信号所取的所述第四电平和所述低侧峰值信号所取的所述第五电平，调整所述调制信号的所述至少一个第三电平，
其中，所述调制信号在被施加到光器件的同时，通过取所述第一电平、所述第二电平和所述至少一个第三电平来使所述光器件生成所述已调制光，所述已调制光是多值信号。
2.根据权利要求1所述的控制装置，
其中，所述电平调整单元调整所述调制信号的所述至少一个第三电平，使得作为所述第四电平的绝对值与所述第五电平的绝对值之间的差的峰值差接近第一目标值。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，
其中，所述至少一个第三电平包括两个电平，并且
其中，所述电平调整单元在保持所述两个电平之间的差恒定的同时，调整所述调制信号的所述至少一个第三电平。
4.根据权利要求1所述的控制装置，该控制装置还包括：
高侧平均值检测单元，该高侧平均值检测单元生成高侧平均信号，该高侧平均信号取与所述高侧信号所取的电平的第一平均值相对应的第六电平，
其中，在基于所述高侧峰值信号所取的所述第四电平和所述低侧峰值信号所取的所述第五电平调整所述调制信号的所述至少一个第三电平之后，所述电平调整单元还基于所述高侧平均信号所取的所述第六电平与所述高侧峰值信号所取的所述第四电平的第一比率，调整所述调制信号的所述至少一个第三电平。
5.根据权利要求4所述的控制装置，
其中，所述电平调整单元调整所述调制信号的所述至少一个第三电平，使得所述第一比率接近第二目标值。
6.根据权利要求4或5所述的控制装置，该控制装置还包括：
低侧平均值检测单元，该低侧平均值检测单元生成低侧平均信号，该低侧平均信号取与所述低侧信号所取的电平的第二平均值相对应的第七电平，
其中，在基于所述高侧峰值信号所取的所述第四电平和所述低侧峰值信号所取的所述第五电平调整所述调制信号的所述至少一个第三电平与基于所述第一比率调整所述调制信号的所述至少一个第三电平之间，或者在基于所述第一比率调整所述至少一个第三电平之后，所述电平调整单元还基于所述低侧平均信号所取的所述第七电平与所述低侧峰值信号所取的所述第五电平之间的第二比率，调整所述调制信号的所述至少一个第三电平。
7.根据权利要求6所述的控制装置，
其中，所述电平调整单元调整所述调制信号的所述至少一个第三电平，使得所述第二比率接近第三目标值。
8.根据权利要求6所述的控制装置，
其中，所述电平调整单元重复进行基于所述第四电平和所述第五电平调整所述至少一个第三电平、基于所述第一比率调整所述至少一个第三电平、以及基于所述第二比率调整所述至少一个第三电平。
9.根据权利要求1所述的控制装置，
其中，所述光器件是依据所述调制信号的电平调制输入到其中的光的强度的调制器。
10.一种用于控制调制信号的控制方法，该调制信号取第一电平、高于所述第一电平的第二电平、以及高于所述第一电平且低于所述第二电平的至少一个第三电平，该控制方法包括以下步骤：
生成高侧信号，该高侧信号在从已调制光生成的电信号的交流分量的极性为正或者所述交流分量的幅度为零时取与所述交流分量的电平相对应的电平，所述高侧信号还在所述交流分量的极性为负时取恒定电平；
生成低侧信号，该低侧信号在所述交流分量的极性为正时取恒定电平，所述低侧信号还在所述交流分量的极性为负或所述交流分量的幅度为零时取与所述交流分量的电平相对应的电平；
生成高侧峰值信号，该高侧峰值信号取与所述高侧信号所取的电平当中的第一特定电平相对应的第四电平，所述第一特定电平是所述高侧信号所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平；
生成低侧峰值信号，该低侧峰值信号取与所述低侧信号所取的电平当中的第二特定电平相对应的第五电平，所述第二特定电平是所述低侧信号所取的电平中的具有最大值的绝对值的电平；以及
基于所述高侧峰值信号所取的所述第四电平和所述低侧峰值信号所取的所述第五电平，调整所述调制信号的所述至少一个第三电平，
其中，所述调制信号在被施加到光器件的同时，通过取所述第一电平、所述第二电平和所述至少一个第三电平来使所述光器件生成所述已调制光，所述已调制光是多值信号。
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