本发明涉及用于光发射器校准的方法和装置。光发射器可以包括可插拔光学模块和可插拔模块连接到的主机设备，以及特别地涉及用于模块和主机自动自校准的方法和装置。
背景技术：
通信设备越来越频繁地使用经由连接器插入到主机的可插拔模块，连接器可以是光学连接器。通信设备的一些组件可以在可插拔模块上，其他组件可以在主机上，且通过连接器实现主机上的组件与模块上的组件之间的通信。用于该系统的光学器件位于可插拔模块上(以及一些电子控制电路)，以及其余的设备组件(例如电子信号处理)可以位于主机上。
至今，通过光学连接的信令是数字的。但是，在光学通信中随着带宽的增加，复合调制格式和奈奎斯特(nyquist)脉冲成形意味着传送的数据可以被视为本质上是模拟的而非数字的。在端点(即在主机)处的电子器件主要是数字的。因此，数字-模拟转换器(dac)用于在这两个域之间转化。dac一般位于主机中。
dac接收数字电输入信号并输出模拟电信号。输出的模拟信号然后用作到光调制器(具有用于激光载波的另一个光学输入)的输入，其输出调制的光信号以用于在外部光学连接上传输。调制器一般位于可插拔模块，其可以具有用于建立最终信号的多个独立的调制器。
信令的模拟性质可能在较低比特率造成数字方法不会面临的问题。由于传输路径的特性，对于传送的信号的不同频率会有不同的衰减等级，即信号的不同频率分量会经历幅度和/或相位的不同改变，这会导致总信号失真。传送的正弦波的幅度变化和波的频率之间的关系称为传输路径的幅度响应。如果幅度和相位响应在信号的频率范围(例如傅里叶分析确定的分量范围)上是已知的，则任意传输的信号经历的失真可以被计算。然后可以计算该失真的倒数，即必须被传送以确保期望的波形到达接收器的波形。该过程称为预加重(pre-emphasis)，因为某些频率分量被加重以抵消幅度响应。
每次连接器插入，在设备、连接器和连接质量之间自然会有一些差异，这会在发射电路中在dac与调制器之间产生失真，以及在接收电路中的解调器与数字信号处理器之间产生失真。如果信号噪声比足够高，这种变化的信号失真可以在解调之后从接收器电路中被部分补偿。但是，发射电路上的失真可能使得信号更难与光连接上带来的噪声区分，这导致信号质量明显损失。
技术实现要素：
根据本发明的一方面，提供用于经由连接路径到光电信装置的主机模块的可移除连接的光学模块，该光学模块包括：模块接口，用于通过所述连接路径从所述主机接收多个校准信号，所述多个校准信号的每一个校准信号处于多个频率；mach-zehnder调制器mzm，被配置成使用所述校准信号来调制激光光源并偏置到平均输出功率与所输出的调制信号成比例的点；光检测器，被配置成当每一个校准信号用于调制所述激光光源时，测量所述mzm的输出的平均幅度；模块校准单元，被配置成基于所测量的所述输出的平均幅度和对应校准信号的幅度来确定所述连接路径的幅度响应，以及进一步被配置成基于所述幅度响应确定预加重特性，该预加重特性应用于使用所述电信装置传送的信号。
可选地，所述校准信号的所述幅度被预先确定并存储在所述光学模块的存储器中。
可选地，所述接口还被配置成从主机接收标识所述校准信号的所述幅度的数据。
可选地，所述模块校准单元还被配置成基于所确定的幅度响应估计连接路径的相位响应，其中所述预加重特性还基于所述相位响应来确定。
可选地，所述相位响应被估计为所确定的幅度响应的对数的希尔伯特(hilbert)变换。
可选地，所述模块校准单元还被配置成将偏置电压施加到所述mzm以将所述mzm偏置到平均输出功率与所述输出的峰值至峰值调制信号成比例的点。
可选地，所述偏置电压将所述mzm偏置到在所述mzm的光电传递函数的最小值或最大值的工作点。
可选地，所述光检测器是具有大于多个校准信号的周期的响应时间的慢速检测器。
可选地，所述慢速检测器具有范围在5hz至100hz的带宽。
可选地，所述光检测器被配置成检测所述mzm的平均光功率输出。
可选地，所述模块校准单元被配置成在使用所述校准信号调制所述激光光源时阻挡光学模块的输出的光信号。
可选地，所述模块校准单元还被配置成将所述预加重特性应用到从所述光通信装置传送的信号。
可选地，所述光学模块包括多个mzm，以及其中每个mzm被配置成使用所述校准信号来调制激光光源。
根据本发明的另一方面，提供一种用于经由连接路径到光电信装置的光学模块的可移除连接的主机，该主机包括：信号发生器，被配置成生成处于多个频率的多个校准信号；主机接口，被配置成通过所述连接路径将所述校准信号传送到所述光学模块，以及在每一个校准信号用于调制激光光源以及所述mzm被偏置到平均输出功率与所输出的调制信号成比例的点时，作为响应而接收表示mach-zehnder调制器mzm的输出的平均幅度的数据；主机校准单元，被配置成基于表示所述平均幅度的所述接收的数据和所述对应校准信号的幅度确定所述连接路径的幅度响应，并还被配置成基于所述幅度响应确定预加重特性，所述预加重特性应用于使用所述电信装置传送的信号。
可选地，所述主机校准单元还被配置成基于所确定的幅度响应估计所述连接路径的相位响应，其中所述预加重特性还基于所述相位响应来确定。
可选地，所述相位响应被估计为所确定的幅度响应的对数的希尔伯特变换。
可选地，所述表示所述mzm的输出的平均幅度的数据包括表示所述mzm的所述输出的平均光功率的数据。
可选地，所述mzm被偏置到在所述调制器的光电传递函数的最小值或最大值的工作点。
可选地，主机校准单元还被配置成将所述预加重特性应用到从光通信装置传送的信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光通信装置，包括主机和包括mach-zehnder调制器mzm的光学模块，其中所述光学模块经由连接路径可移除地连接到所述主机，所述光通信装置包括：在所述主机处的信号发生器，被配置成生成处于多个频率的多个校准信号；主机接口，被配置成通过所述连接路径将所述校准信号传送到所述光学模块；模块接口，被配置成接收所述传送的校准信号；其中所述mzm被配置成使用所述校准信号来调制激光光源并被偏置到平均输出功率与所输出的调制信号成比例的点；光检测器，被配置成当每一个校准信号用于调制所述激光光源时，测量所述mzm的输出的平均幅度；主机校准单元和模块校准单元中的一者，被配置成基于所测量的平均幅度和所述对应校准信号的幅度确定所述连接路径的幅度响应，以及还被配置成基于所述幅度响应确定预加重特性，所述预加重特性应用于使用所述光发射器传送的信号。
附图说明
图1是示出主机和可插拔光学模块的示意图；
图2是示出测量的和得到的相位响应的图；
图3是包括多个调制器的可插拔光学模块的示意图；以及
图4是示出校准光学模块的方法的流程图。
具体实施方式
对于包括主机和可插拔模块的光发射器来说需要确定所述预加重的最准确的方式是当所述模块插入到所述主机时校准系统。期望这种校准方案可以自动执行，且不需要另外的组件。下面描述用于执行这种校准的方法和装置。
图1示出了包括主机板100和可插拔光学模块200的通信装置的示意图。所述主机板100包括dac或其他信号发生器101、主机接口102通过连接器250与所述可插拔光学模块200通信，以及控制校准过程的主机校准单元103。
所述可插拔光学模块200包括通过所述连接器250与所述主机100通信的模块接口201、控制所述通信装置所输出的激光信号的调制的调制器202、以及所述控制通信装置的校准过程的模块校准单元203。
所述主机校准单元103和模块校准单元203可以被实施为在处理器上运行的软件、专用集成电路(asic)或任意其他合适的方式。作为分开的模块和主机校准单元103、203的替换，在所述光学模块200或所述主机100中可以有单个校准单元，提供合适的连接以使得其控制系统的其他部分中的组件。
在操作中，所述dac101可以产生经由所述主机接口102、所述连接器250和所述模块接口201传递到所述调制器202的模拟数据信号。所述调制器202使用所述数据调制所述激光器206的输出以产生调制器输出。
所述调制器202可以是电光(eo)调制器，即利用响应于施加的电场改变其光学特性的电光物质的调制器。在示意性的可插拔光学模块中，所述调制器是mach-zehnder调制器(mzm)。因此所述校准过程是调制器电光响应的校准以适合连接器250的频率和/或相位特性。
一般地，示意性校准过程包括以下步骤：
·在主机100生成多个校准信号，每一个校准信号处于多个频率中的一个频率，并经由所述连接器250将每个校准信号发送到所述可插拔光学模块200；
·使用每个校准信号以驱动调制器202；
·当被每个校准信号驱动时测量所述调制器输出的幅度；
·基于所测量的调制器输出的幅度和所述对应的校准信号幅度确定所述主机100与所述光学模块200之间的所述连接的幅度响应；
·从所确定的幅度响应确定所需的预加重。
更详细描述所述方法，所述dac101生成所述校准信号并经由所述接口102、连接器250以及接口201发送到所述可插拔光学模块200。
在示意性方法和装置中，mzm可以被偏置到平均输出功率与被所述多个校准信号驱动之前的所输出的调制信号成比例的点。所述mzm可以被偏置到平均输出功率与所输出的峰值到峰值的调制信号成比例的点。例如，所述mzm可以被偏置到最小功率传输点或最大功率传输点。偏置到最小或最大传输点可以包括偏置所述调制器202由此工作点(分别)在调制器的光电传递函数的最小值或最大值。针对mzm，光电传递函数典型的是升余弦。
偏置到传递函数上的最小或最大传输点确保所述平均输出光功率与所述输出的峰值对峰值的调制信号成比例。使用这种关系，慢光检测器可以用于确定针对任意频率的调制器输出的调制幅度，而不用另外的校准。所述调制器输出的平均光功率在数学上关于(以及可以用于确定)在从所述dac101传输之后驱动所述调制器202的信号。而这能够确定从所述dac101到所述调制器202的所述传输路径的响应幅度。
这里使用的术语“慢”或“低带宽”检测器包括具有大于要被检测的信号的周期的响应时间和小于要被检测的信号频率的带宽的检测器。所述响应时间可以比要被检测的信号的周期大的多以及检测器带宽可以比要被检测的信号频率小的多。示意性慢或低带宽检测器可以具有大于要被检测的信号的多个周期的响应时间，以及特定的示意性检测器可以具有范围在要被检测的信号的1x108个周期至3x109个周期的响应时间。即所述要被检测的信号的电光带宽可以处在比所述慢检测器的带宽大1x108至3x109倍的范围。示意性慢检测器可以具有大约在10hz的带宽且可以被用于确定具有大约在20ghz的带宽的信号的平均功率。慢检测器可以被配置成确定在大于所述检测器带宽的幅度的一个或多个量级的频率的信号的平均功率。所述慢检测器可以是监视光接收器。所述慢检测器可以产生与所述检测器的入射光功率的时间平均值成比例的输出。示意性慢检测器可以是光检测器且在本申请的剩余部分都引用该示意性检测器。
所述调制器202可以包括所述检测器，但是在其他结构中所述检测器可以与所述调制器202分开并甚至可以脱离所述光学模块200。
使用这种关系，所述慢光检测器可以用于确定所述调制器输出的平均功率。所述调制器输出的平均功率与在从所述dac101传输之后驱动所述调制器202的信号成比例(例如可以用于确定该信号)。而这可以确定从所述dac101至所述调制器202的所述传输路径的响应幅度。
所述校准过程将使得所述调制器202生成看起来与实际数据相似的输出(如果其通过所述外部光学连接被传送)。为了确保通过所述外部光学连接不发送伪信号，来自所述可插拔光学模块200的输出可以在校准期间被阻挡。
针对每一个要被测试的频率，一旦所述幅度在所述调制器202处已被测量，则所述幅度响应可以被计算。在一个实施方式中，这在所述模块校准单元203被执行，其从所述主机100得到初始传送幅度，或从存储器获取它们(在使用的幅度是标准化的情况中)。在可替换实施方式中，在所述主机校准单元103执行幅度响应的计算，以及所述模块校准单元203提供在所述调制器202测量的幅度给所述主机校准单元103。在任一情况中，针对每一个传送频率，来自所述dac101的传送幅度与在所述调制器202测量的幅度进行比较，且这被用于构建所述幅度响应模型。
作为另一步骤，所述校准可以涉及使用所述幅度响应来估计所述信号路径的相位响应(即，正弦波信号的相移如何随频率变化)。所述连接250的特性可以近似为“最小相位”系统，即系统和其逆是因果的且稳定的系统。然后所述相位响应可以通过将所述希尔伯特变换应用到所述幅度响应的对数来计算，即：
其中
如图2所示，这给出取决于显著频率的相位响应的良好估计。该函数可以由处理器、asic或被配置成执行计算或计算以上函数的合适近似的其他方式来计算。
一旦已经确定所述幅度响应(以及可选地相位响应)，可以从所述幅度响应(以及如果计算了还有相位响应)得到所述主机发射器的预加重特性。预加重可以基本是所确定的响应的倒数。预加重滤波器可以被确定。所述预加重特性的得出以及所述预加重滤波器可以发生在所述主机校准单元103或所述模块校准单元203。所述预加重滤波器被提供给所述主机校准单元103，其将所述滤波器应用到所述dac101。然后所述预加重滤波器被应用到来自所述主机100输出信号，以经由所述连接器250校正所述信号路径的属性。所述预加重滤波器可以是所述输出信号频率的函数，即应用的预加重的量可以依据出所述输出信号的频率分量而变化。
以上公开的自校准过程可以完全由所述主机校准单元103和/或模块校准单元203控制，不需要外部介入或输出。所述主机校准单元103和/或模块校准单元203可以被配置成例如在所述光学模块200首次被插入到所述主机100，周期性地或在通过所述外部光学链路没有传送信号的周期期间自动执行校准。
如果所述可插拔光学模块200包括多个调制器202，则可以针对每个调制器202分开执行校准。
图3示出了在单极化配置中正交相移键控(qpsk)mzm300。所述单极化qpsk调制器包括并行设置的两个mzm302a、302b，由此第一调制器302a是同相位的(i)以及第二调制器302b是正交相位的(q)。极化(p)偏置电压还可以被施加在每一个i和q调制器302a、302b的输出处。为了实施以上公开的方法，可以针对光检测器304a、304b的每个调制器分开测量输出光电流，以及可以针对i调制器302a和q调制器302b分开计算幅度响应、相位响应以及预加重。
图4是用于校准可插拔光学模块200和/或主机100的示意性方法的流程图。
在步骤s101中，所述主机100生成处于多个频率中的一个频率的校准信号，然后在s102其通过所述连接101、102、250、201被传送到所述可插拔光学模块200以被校准。所述可插拔光学模块200将所述信号作为输入施加到所述调制器202(s103)并测量所述调制器202的相应输出(s104)。针对在多个频率的多个校准信号中的每个校准信号重复步骤s101至s104。在步骤s105中，基于所测量的调制器输出的幅度和所述对应校准信号的幅度确定所述连接的幅度响应。在步骤s106中，基于所确定的幅度响应估计所述连接的相位响应。这可以通过进行所述幅度响应的对数的希尔伯特变换来完成。然后预加重依据所述连接的幅度和/或相位响应被应用到从所述主机传送的信号。
再次参考图1，所述主机100包括dac/信号发生器101、接口102以及主机校准单元103。所述信号发生器101被配置成生成信令，所述接口102被配置成与所述可插拔光学模块200通信。所述主机校准单元103被配置成使得所述信号发生器101生成处于多个频率的每一个校准信号并使得所述接口将所述信号传送给光学模块200。
所述光学模块200包括接口201、调制器202以及校准单元203。所述接口201被配置成与所述主机100通信。所述调制器202被配置成调制来自激光器206的输出。所述模块校准单元203可以在所述接口201处接收到每个校准信号时被配置成：
将所述校准信号作为输入施加到所述调制器202；以及
测量所述调制器202的输出。
所述主机校准单元103和所述模块校准单元203中的一者还可以被配置成基于所测量的输出的幅度和所述对应信号的幅度确定所述连接的幅度响应。
计算机程序可以被配置成提供上述方法的任一者。所述计算机程序可以被提供在计算机可读介质上。所述计算机程序可以是计算机程序产品。所述产品可以包括非暂态计算机可用存储介质。所述计算机程序产品可以具有被编入在介质中被配置成执行方法的计算机可读程序代码。所述计算机程序产品可以被配置成使得至少一个处理器执行一些或所有方法。
本申请中参考计算机实施的方法、装置(系统和/或设备)和/或计算机程序产品的框图或流程图描述了各种方法和装置。可以理解框图和/或流程图中的框以及框图和/或流程图中的框的组合可以通过由一个或多个计算机电路执行的计算机程序指令来执行。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机电路、专用计算机电路和/或其他可编程数据处理电路的处理器电路以产生机器，由此指令经由计算机和/或其他可编程数据处理装置的处理器执行变换和控制晶体管，存储在存储位置的值以及电路中的其他硬件电路来执行框图和/或流程图框中指定的功能/动作，以及由此产生用于执行在框图和/或流程图框中指定的功能/动作的方式(功能)和/或结构。
计算机程序指令还可以被存储在计算机可读介质中，其可以使得计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作，由此存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令的产品，该指令执行框图和/或流程图框中指定的功能/动作。
有形非暂态计算机可读介质可以包括电、磁、光、电磁或半导体数据存储系统、装置或设备。计算机可读介质的更具体的示例包括以下：便携式计算机磁盘、随机存取存储器(ram)电路、只读存储器(rom)电路、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)电路、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)以及便携式数字视频盘只读存储器(dvd/蓝光)。
所述计算机程序指令还可以被加载到计算机和/或其他可编程数据处理装置以使得在计算机和/或其他可编程装置上执行一系列操作步骤从而产生计算机执行的过程，由此在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于执行在框图和/或流程图图框中指定的功能/动作的步骤。
因此，本发明可以由硬件和/或软件(包括固件、常驻软件、微代码等)的方式实施，其运行在处理器上，这总体被称为“电路”、“模块”或其变体。
还应当注意在一些可替换实施中，框中注明的功能/动作可以不按流程图中的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本同时被执行或者框有时可以以相反的顺序执行，这取决于涉及的功能/动作。此外，流程图和/或框图的给出的框的功能可以被分成多个框和/或流程图和/或框图的两个或更多个框的功能至少可以部分组合。最终，其他框可以被添加/插入在图示的框之间。
本领域技术人员可以理解在不背离本发明的范围的情况下可以对上述实施方式进行各种修改。