阅读说明：本技术 用于检测和补偿相干光学转发器的带宽限制和调制非线性的方法和装置 (Method and apparatus for detecting and compensating for bandwidth limiting and modulation non-linearities in coherent optical transponders ) 是由 王强 岳洋 于 2019-04-18 设计创作，主要内容包括：本申请的各实施例涉及用于检测和补偿相干光学转发器的带宽限制和调制非线性的方法和装置。在一些实施例中,一种装置包括存储器和被操作地耦合到存储器的处理器。处理器被配置用于以与第一频率值对应的频率向相干光学转发器的支路通道发送激励信号。处理器被配置用于调节激励信号的幅度并且接收第一多个输出光学功率值。处理器被配置用于调节激励信号的频率并且接收第二多个输出光学功率值。处理器被配置用于确定带宽限制和调制非线性,并且然后向第一滤波器发送第一信号以减少带宽限制并且向第二滤波器发送第二信号以减少调制非线性。(Embodiments of the present application relate to methods and apparatus for detecting and compensating for bandwidth limitations and modulation non-linearities of coherent optical transponders. In some embodiments, an apparatus includes a memory and a processor operatively coupled to the memory. The processor is configured to send an excitation signal to a branch channel of the coherent optical transponder at a frequency corresponding to the first frequency value. The processor is configured to adjust an amplitude of the excitation signal and receive a first plurality of output optical power values. The processor is configured to adjust a frequency of the excitation signal and receive a second plurality of output optical power values. The processor is configured to determine a bandwidth limitation and a modulation nonlinearity, and then send a first signal to the first filter to reduce the bandwidth limitation and a second signal to the second filter to reduce the modulation nonlinearity.)

用于检测和补偿相干光学转发器的带宽限制和调制非线性的 方法和装置

技术领域

在此被描述的一些实施例总体上涉及用于提高光学通信系统中的相干光学转发器(transponder)的性能的方法和装置。特别地，而非通过限制的方式，在此被描述的一些实施例涉及用于检测和补偿光学通信系统中的相干光学转发器的带宽限制和调制非线性的方法和装置。

背景技术

随着对具有高数据速率性能的光学通信系统的不断增长的需求，光学正交幅度调制(QAM)信号被生成以提供高数据承载能力和高频率效率。正交幅度调制(QAM)是一种调制技术，其中两种或者三种二进制或者多级电子数据信号经由同相(或者“I”通道)以及正交(90度)相位(或者“Q”通道)被调制到单个光学载波上，从而使得光学载波的幅度和相位二者利用数据而被调制以增强频谱占有的效率。其他调制技术包括二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、差分正交相移键控(DQPSK)和启闭键控(OOK)。偏振复用(PM)是一种复用技术，其中两个独立的电子数据信号首先被调制到具有正交偏振(例如，第一电子数据信号被调制到X通道偏振上，并且第二电子数据信号被调制到Y通道偏振上)的光学载波上，然后两个偏振上的信号通过偏振光束组合器被进一步复用在一起，从而使得总数据吞吐量在无需使频谱带宽加倍的情况下被加倍。

典型的双偏振QAM(DP-QAM)转发器包括四个支路通道，XI、XQ、YI和YQ，它们被用于针对X通道偏振和Y通道偏振二者的同相和正交调制。在每个支路内，带宽限制可能产生自光学转发器内的各种组件，例如，数模转换器(DAC)、印刷电路板(PCB)中的射频(RF)迹线、可***接口(如果可适用)、RF电子放大器和/或光学调制器。除了带宽限制之外，调制非线性可能产生自光学调制器的传递函数和/或来自光学转发器内的各种组件的非线性幅度响应。

用以补偿带宽限制的已知解决方案针对具有高波特率(例如，＞400G)或者具有高幅度信号的光学转发器并未产生满意的结果。此外，已知解决方案经常测量带宽限制和调制非线性的耦合的影响，并且因此补偿缺乏精确度。用以补偿调制非线性已知解决方案经常补偿来自光学调制器的传递函数和非线性幅度响应中的一方的影响，并且因此缺乏满意的结果。

因此，存在针对用以测量和补偿高波特率光学转发器的带宽限制和调制非线性的去耦合的影响的方法和装置的需求。此外，存在针对用以通过补偿光学调制器的传递函数以及光学转发器的非线性幅度响应来补偿调制非线性的方法和装置的需求。

发明内容

在一些实施例中，一种装置包括被配置用于存储具有多个幅度值和多个频率值的激励信号的存储器以及***作地耦合到存储器的处理器。处理器被配置用于以与来自多个频率值的第一频率值对应的频率向来自相干光学转发器的一组支路通道的支路通道发送激励信号。处理器被配置用于在第一幅度值和第二幅度值之间调节激励信号的幅度。多个幅度值包括第一幅度值和第二幅度值。处理器被配置用于响应于激励信号的幅度在第一幅度值和第二幅度值之间调节而接收第一多个输出光学功率值。处理器被配置用于在第二频率值和第三频率值之间调节激励信号的频率。多个频率值包括第二频率值和第三频率值。处理器被配置用于响应于激励信号的频率在第二频率值和第三频率值之间调节而接收第二多个输出光学功率值。处理器被配置用于基于第一多个输出光学功率值和第二多个输出光学功率值来确定与相干光学转发器的支路通道相关联的带宽限制和与相干光学转发器的支路通道相关联的调制非线性。处理器被配置用于向相干光学转发器的第一滤波器发送第一信号以减少与支路通道相关联的带宽限制，并且向相关光学转发器的第二滤波器发送第二信号以减少与支路通道相关联的调制非线性。

附图说明

图1A至图1B是图示了根据实施例的光学转发器的框图。

图2A至图2D示出了根据实施例的、分别来自光学转发器的每个支路通道、作为激励信号的幅度的函数的输出信号的总输出功率的示例。

图3A至图3H示出了根据实施例的、针对激励信号的不同频率、针对光学转发器的支路通道、作为激励信号的幅度的函数的输出信号的总输出功率的示例。

图4示出了根据实施例的、作为激励信号的频率的函数的带宽限制参数α_ω的示例图表。

图5示出了根据实施例的、作为激励信号的频率的函数的调制非线性参数γ_ω的示例图表。

图6示出了根据实施例的、比较由不同方法测量的光学转发器的带宽的示例图表。

图7A至图7B是图示了根据实施例的、用以补偿带宽限制和调制非线性的光学转发器的电子组件的框图。

图8是图示了根据实施例的、用于带宽限制和调制非线性补偿过程的方法的流程图。

具体实施方式

偏振复用(PM)是一种调制技术，其中光学载波可以具有经由电子信号(例如，信息和/或数据)而被独立地并且同时地调制的不同光学偏振。不同光学偏振可以包括第一偏振通道“X通道”和第二偏振通道“Y通道”，并且X通道和Y通道可以彼此正交(或者近似地正交)。例如，X通道可以是水平地偏振的光，并且Y通道可以是竖直地偏振的光。在一些实例中，X通道和Y通道无需是水平偏振和竖直偏振，并且无需是正交的。

正交幅度调制(QAM)是一种调制技术，其中两种或者三种二进制或者多级电子数据信号经由同相(或者“I”通道)以及正交(90度或者近似90度)相位(或者“Q”通道)被调制到单个光学载波上，从而使得光学载波的幅度和相位二者利用数据而被调制以增强频谱占有的效率。在M进制QAM(mQAM或者M-QAM)中，一个符号可以表示多个位以增强频谱效率。其他调制技术包括二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、差分正交相移键控(DQPSK)和启闭键控(OOK)。

光学调制器可以使用偏振复用来将两个不同QAM信号组合成具有同相水平偏振(或者“XI”)通道、正交水平偏振(或者“XQ”)通道、同相竖直偏振(或者“YI”)通道和正交竖直偏振(或者“YQ”)通道的双偏振QAM(DP-QAM)信号，由此相对于单个QPSK信号提高频率效率。

在一些实施例中，一种装置包括被配置用于存储具有多个幅度值和多个频率值的激励信号的存储器以及***作地耦合到存储器的处理器。处理器被配置用于以与来自多个频率值的第一频率值对应的频率向来自相干光学转发器的一组支路通道的支路通道发送激励信号。处理器被配置用于在第一幅度值和第二幅度值之间调节激励信号的幅度。多个幅度值包括第一幅度值和第二幅度值。处理器被配置用于响应于激励信号的幅度在第一幅度值和第二幅度值之间调节而接收第一多个输出光学功率值。处理器被配置用于在第二频率值和第三频率值之间调节激励信号的频率。多个频率值包括第二频率值和第三频率值。处理器被配置用于响应于激励信号的频率在第二频率值和第三频率值之间调节而接收第二多个输出光学功率值。处理器被配置用于基于第一多个输出光学功率值和第二多个输出光学功率值来确定与相干光学转发器的支路通道相关联的带宽限制和与相干光学转发器的支路通道相关联的调制非线性。处理器被配置用于向相干光学转发器的第一滤波器发送第一信号以减少与支路通道相关联的带宽限制，并且向相关光学转发器的第二滤波器发送第二信号以减少与支路通道相关联的调制非线性。

如在本说明书中所使用的，单数形式的“一个”、“一”和“该”包括复数指示对象，除非上下文清楚地另有指示。因此，例如，术语“光学调制器”旨在意味着单个光学调制器或者多个光学调制器。作为另一示例，属于“滤波器”旨在意味着单个滤波器或者多个滤波器。

图1A至图1B是图示了根据实施例的光学转发器的框图。光学转发器110可以被配置用于产生、发射和/或接收光学信号。在一些实例中，光学转发器110可以在光学通信系统(未示出)中被使用，光学通信系统诸如是波分复用(WDN)系统，包括密集波分复用(DWDM)系统。光学通信系统(未示出)可以包括一组电子设备和一组光学设备。

光学转发器110可以被配置用于产生、发射和/或接收光学信号。光学转发器110在在此描述的一些实施例中被称为光学发射器。光学转发器110可以是光学通信系统中的硬件模块。光学转发器110可以是任何高数据速率(例如，100Gbps)光学转发器，诸如实现利用直接检测的强度调制的转发器，例如，相干光学转发器、相干光学M进制正交幅度调制(M-QAM)转发器、相干偏振复用(PM)M-QAM转发器等。在具有相干光学转发器的相干光学通信系统中，量级和相位信息两者被用于诸如针对相移键控调制(例如，BPSK、PM-BPSK、QPSK、PM-QPSK)或者正交幅度调制(例如，M-QAM或者PM-M-QAM)来发射以及接收数据。例如，光学转发器110可以包括激光二极管、半导体激光、连续波激光和/或光学调制器，它们可以接收电子信号并且基于电子信号来调制光学信号以用于通过光学链路(未示出)传输。

光学转发器110可以包括发射器(Tx)光学模块113、接收器(Rx)光学模块115和一组电子组件190。一组电子组件190可以包括但不限于前向纠错(FEC)编码器197、第一滤波器196(例如，有限脉冲响应(FIR)滤波器)、第二滤波器195(例如，Volterra滤波器)数模转换器(DAC)191和具有处理器193和存储器194的控制器192。光学转发器110的一个或多个组件可以使用自由空间光学器件、光纤、集成光学器件(例如，Si、SiN、二氧化硅、III-V等光学器件)等而被实现。光学转发器110的每个组件可以***作地耦合到光学转发器110的另一组件。

控制器192可以是或者可以包括通用处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、它们的组合或者其他相当的集成或者分立的逻辑电路。在一些实现中，控制器192可以被布置在数字信号处理器(DSP)上并且被与DSP上的其他电子组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195、DAC 191等)耦合。控制器192可以包括处理器193和***作地耦合到处理器193的存储器194。在一些实现中，控制器192可以包括被配置用于控制光学信号的性能和/或向光学转发器110的一个或者多个组件发送控制信号的组件和/或电路。例如，控制器192可以向一个或者多个电子组件(例如，DAC 191、第一滤波器196、第二滤波器195和FEC编码器197)和/或Tx光学模块113和/或Rx光学模块115内的一个或者多个组件发送控制信号并且因此控制它们的性能。在一些实现中，控制器192是光学转发器110外部的硬件设备和/或软件(在处理器上被执行)。在其他实现中，控制器192是被实现在光学转发器110内的硬件设备和/或软件(在处理器上被执行)。

处理器193可以是或者包括被配置用于执行如在此被描述的数据收集、处理和传输功能的任何处理设备或者组件。处理器193可以被配置用于例如向存储器194中写入数据和从存储器194读取数据，以及执行被存储在存储器194内的指令。处理器193也可以被配置用于执行和/或控制例如存储器194的操作。在一些实现中，基于被存储在存储器194内的方法或者过程，处理器193可以被配置用于执行如在图8中被描述的带宽限制和调制非线性补偿过程。

存储器194可以是例如随机存取存储器(RAM)(例如，动态RAM、静态RAM)、闪速存储器、可移除存储器等。在一些实施例中，存储器194可以包括例如数据库、过程、应用、虚拟机和/或被配置用于执行如在此被描述的带宽限制和调制非线性补偿的一些其他软件模块(被存储在硬件中和/或在硬件中执行)或者硬件模块。在这样的实现中，执行带宽限制和调制非线性补偿过程和/或相关联的方法的指令可以被存储在存储器194内并且在处理器193处被执行。

在一些实现中，DAC 191、第一FIR 196、第二滤波器195和FEC编码器197可以被包括在DSP(在图中未示出)中。DSP可以是或者可以包括通用处理器、微处理器、封装中系统(SIP块)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、它们的组合或者其他相当的集成或者分立的逻辑电路，或者可以被包括在它们内。DSP可以执行诸如频谱整形、针对光学和电子损害的均衡的信号处理以及针对各种需求的这样的信号处理。DSP可以从控制器192接收控制信号并且向Tx光学模块113发送电子信号。在一些实现中，DSP可以是Tx光学模块113外部的硬件设备。在其他实现中，DSP可以是Tx光学模块113内的硬件设备。

FEC编码器197可以是或者包括通用处理器、微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、它们的组合或者其他相当的集成或者分立的逻辑电路，或者可以被包括在它们内。FEC编码器197可以被配置用于在通过不可靠或者噪声通信通道的数据传输中纠错，以提高数据可靠性。FEC编码器197可以从电子电路(例如，被定位在上游的网络处理器)(在图中未示出)接收电子数据信号作为输入(198)。FEC编码器197然后可以利用冗余纠错信息(例如，冗余奇偶校验符号)来对数据信号编码，并且最后向光学接收器(未示出)发送经编码的数据信号。基于冗余纠错信息，光学接收器然后可以对在数据传输期间出现的错误进行检测和纠正。具体而言，例如，FEC编码器197可以从光学转发器110接收的电子接口(未示出)(或者从控制器)接收一组电子信号198(具有数据信号和/或数据分组)，并且基于预先确定的算法来对该一组电子信号编码。FEC编码器197可以生成FEC附加位并且向电子信号的有效载荷添加FEC附加位。FEC附加位被编码，从而使得光学接收器(未示出)可以使用FEC附加位内的信息来在转变有关的光学信号之后对由光学接收器(未示出)接收的电子信号的有效载荷中的位错误进行检测和纠正。位错误可能在光学转发器110和光学接收器(未示出)之间的传输路径中被招致。

第一滤波器196是使用数字信号处理技术的数字滤波器。在一些实例中，第一滤波器196可以是有限脉冲响应(FIR)滤波器，其具有有限持续时间的脉冲响应，因为它在有限时间中稳定至(settle to)零。第一滤波器196可以从FEC编码器197接收信号并且向第二滤波器195或者DAC 191发送输出信号。根据实施例的第一滤波器196的细节关于图7A而被描述。

脉冲整形是改变发射的信号的波形以减少符号间干扰(“ISI”)的过程。ISI是信号的失真，其中一个符号与后续符号干扰，从而使得信号接收器不能在个别符号之间可靠地区分。在一些实例中，脉冲整形可以通过使用发射器滤波器(例如，第一滤波器196和第二滤波器195)而被实现。第一滤波器196(例如，FIR滤波器)可以例如是Nyquist滤波器。理想的Nyquist滤波器可以是砖墙Nyquist滤波器(即，频域中的矩形)。这样的滤波器当符号速率小于或者等于Nyquist频率时产生没有ISI的Nyquist滤波的符号流。然而，在实践中，砖墙Nyquist滤波器无法被实现，因为理想的Nyquist滤波器的响应永远继续。在实践中，砖墙Nyquist滤波器的滤波器特性可以利用升余弦滤波器而被近似。升余弦滤波器的时间响应衰退得比Nyquist脉冲的时间响应快得多。这样的滤波器当符号速率小于或者等于Nyquist频率时产生没有ISI的滤波的符号流。一些ISI可能当符号流跨通道被检测到时被引入。在一些实例中，砖墙Nyquist滤波器的滤波器特性也可以利用根升余弦滤波器而被近似。在一些实例中，光学发射器和光学接收器二者可以实现根升余弦滤波器。因此，光学发射器的滤波器形状可以实质上与光学接收器的滤波器形状匹配，这显著地提高了信噪比(SNR)。

第二滤波器195是使用数字信号处理技术的数字滤波器。第二滤波器195可以从第一滤波器196或者FEC编码器197接收信号，并且向DAC 191发送输出信号。在一些实例中，第二滤波器195可以是Volterra滤波器，其基于Volterra级数来抑制电子信号的非线性失真组件。Volterra滤波器可以包括用于多阶滤波过程的一组滤波器操作单元。例如，Volterra滤波器可以包括用于Volterra级数的线性项的滤波器操作单元，用于Volterra级数的二次项的滤波器操作单元以及用于Volterra级数的三次项的滤波器操作单元等。根据实施例的第二滤波器195的细节关于图7B而被描述。

DAC 191可以从第一滤波器196和/或第二滤波器195接收信号，并且将这些信号转换为模拟电子信号。模拟电子信号然后可以被发送给Tx光学模块113。在一些实现中，来自DAC 191的输出可以进一步通过可***连接器(未示出)和/或射频(RF)迹线(未示出)而被发送，并且最后到RF放大器(在图1B中被示出为116)。在一些实现中，DAC 191可以切换从控制器192或者DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收信号。例如，在光学转发器110的校准阶段/模式(例如，在没有实时流量的情况下的最初上电、模块重新配置、模块切换到新通道、波长调节、维护窗口等)期间，DAC 191可以从控制器192(处理器193或者存储器194)接收激励信号。在一些实例中，在校准阶段/模式期间，DAC 191并不从DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收数据信号。在光学转发器110的信号传输阶段(例如，具有实时数据流量)期间，DAC 191可以从DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收数据信号，并且不从控制器192接收激励信号。在一些实例中，DAC 191可以从DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收数据信号，同时从控制器192接收激励信号。

Tx光学模块113可以从电子组件190的DAC 191接收电子信号(即，数据信号)，并且向光学通信系统中的光学设备输出(多个)光学信号。Tx光学模块113可以包括光学源(未示出)和Mach-Zehnder调制器(“调制器”或者“MZM”)(未示出)。在一些实现中，MZM(未示出)可以利用从DAC 191接收的电子信号来调制从光学源(未示出)输出的光学信号以产生经调制的光学信号。Tx光学模块113的细节关于图1B而被描述。

Rx光学模块115可以经由光学链路(未示出)从光学接收器(未示出)接收光学信号。例如，Rx光学模块115可以包括光电检测器和/或光电二极管，它们能够检测接收到的光学信号，并且能够将光学信号转换为电子信号。在一些实现中，Rx光学模块115可以包括能够解调光学信号的设备。在一些实现中，Rx光学模块115可以包括能够控制与光学信号和/或解调器相关联的性质的设备。Rx光学模块115可以***作地耦合到控制器192、接收有限脉冲滤波器(Rx FIR，未示出)、FEC解码器(未示出)和/或数字信号处理器(DSP，未示出)。

图1B是图示了根据实施例的光学转发器110的Tx光学模块113的框图。Tx光学模块113可以从一个或者多个电子组件190接收电子信号，并且向光学通信系统(未示出)中的光学设备(未示出)输出(多个)光学信号124。Tx光学模块113可以包括光学源112、可调谐光学耦合器(TOC)114、射频(RF)放大器116、偏振光束组合器(PBC)118、偏振旋转器120、功率计122和Mach-Zehnder调制器(“调制器”或者“MZM”)140。在一些实现中，MZM 140可以包括一组支路调制器141至144、一组可变光学衰减器/放大器(VOA)(147、148、149、150)和一组移相器(PS)(145/146)。在一些实现中，Tx光学模块113也可以包括偏振器(未示出)、偏振控制器(未示出)和/或偏振分束器(未示出)。

光学源1121可以包括能够产生和/或发射光学输出(或者光束)的设备。例如，光学源112可以包括激光二极管、半导体激光和/或连续波激光。光学源112可以是可用于高比特率光学信号传输(例如，1550nm波长范围(所谓的C-带)中的债线宽激光)、但是可以被调谐为或者实现用于任何波长的任何类型的激光。

TOC 114可以包括能够控制光学输入部分的耦合比率的设备和/或电路。例如，TOC114可以从光学源112接收光学输出，使得光学信号的第一部分被提供给第一支路调制器(例如，被应用于X通道161的X通道调制器)，并且使得光学信号的第二部分被提供给第二支路调制器(例如，被应用于Y通道162的Y通道调制器)，其中第一部分与第二部分具有特定比率。在一些实现中，TOC 114可以基于控制信号来调节耦合比率。例如，基于从电子组件190内的控制器接收控制信号，TOC 114可以调节耦合比率以相对于第二部分增加第一部分，相对于第二部分减小第一部分等，由此减少光学信号的部分的功率失衡。在一些实现中，TOC114可以被包括在分束器(未示出)或者能够分离光学信号或者它的部分的另一设备(未示出)中。

MZM 140可以利用从RF放大器116接收的一组电子数据信号来调制从TOC 114接收的光学信号。例如，MZM 140可以产生经调制的信号，其可以改变由光学源112产生的输出(例如，载波)的一个或者多个性质(例如，幅度/强度、相位、频率/波长、偏振等)。在一些实现中，MZM 140可以包括或者被替换为基于磷化铟半导体的调制器、电吸收调制器、相位调制器、强度调制器(例如，OOK调制器)、归零(RZ)调制器、非归零(NRZ)调制器、PSK调制器、二进制PSK(BPSK)调制器、正交PSK(QPSK)调制器、QAM调制器、M进制QAM(M-QAM)调制器、以上列出的调制器的任何偏振复用(PM)版本(例如，DPBPSK调制器、DPQAM调制器等)和/或任何其他调制器或者调制器的组合。在一些实施例中，MZM 140可以从电子组件190内的控制器接收控制信号，并且可以使用控制信号来调节MZM 140的操作状态。

在一些实现中，MZM 140可以包括一组支路调制器141至144。来自该一组支路调制器141至144的每个支路调制器可以在来自该一组支路调制器141至144中的对应的支路通道中调制来自TOC 114的光学输出(或者光束)。例如，MZM 140可以包括X通道调制器161和Y通道调制器162。X通道调制器161可以包括XI通道调制器141、XQ通道调制器142、X通道移相器145和可选的VOA 147和148。Y通道调制器162可以包括YI通道调制器143、YQ通道调制器144、Y通道移相器146和可选的VOA 149和150。XI通道调制器141可以调制XI支路通道中的光学信号；XQ通道调制器142可以调制XQ支路通道中的光学信号；YI通道调制器143可以调制YI支路通道中的光学信号；YQ通道调制器144可以调制YQ支路通道中的光学信号。

在一些实施例中，MZM可以包括具有两个支路调制器的QAM调制器(未示出)，一个用以调制I通道上的信号，并且一个用以调制Q通道上的信号。光学耦合器可以组合I通道和Q通道处的信号以生成输出信号。备选地，MZM可以包括两个支路调制器，一个用以按照X偏振调制信号，并且一个用以按照Y偏振调制信号。针对在图1B中被示出的实施例，MZM 140可以组合按照X偏振和Y偏振的信号以生成输出信号。例如，MZM 140可以包括双偏振QAM(DP-QAM)调制器(如在图1B中被示出的)，其具有四个支路调制器141至144，一个用以调制XI通道处的信号，一个用以调制XQ通道处的信号，一个用以调制YI通道处的信号，并且一个用以调制YQ通道处的信号。

来自支路通道中的至少一个支路通道(例如，来自XQ通道调制器142，或者YQ通道调制器144)的输出光学信号可以由移相器(诸如X通道移相器145、Y通道移相器146等)关于另一支路通道被移相至特定相位。例如，XQ通道调制器142的输出光学信号可以由X通道移相器145关于XI通道调制器141的另一输出信号被移相。在一些实现中，X通道移相器145和/或Y通道移相器146可以分别向XI通道或者XQ通道中的一个通道和/或YI通道或者YQ通道中的一个通道应用特定相移(例如，0度相移、90度相移、180度相移等)。

VOA 147-150可以是或者包括用以控制光学信号的光学功率的设备。例如，VOA147可以接收光学信号，并且可以放大或者衰减光学信号更改光学信号的光学功率。在一些实现中，VOA 147可以基于控制信号来更改光学信号的光学功率。例如，基于从电子组件190内的控制器接收控制信号，VOA 147可以更改光学信号或者它的一部分的放大或者衰减的水平，以减少光学信号的部分之间的功率失衡。在一些实现中，一个或者多个VOA 147-150可以可选地从MZM 140被包括或者排除。

从支路通道中的至少一个支路通道(例如，从Y通道调制器162)输出的光学信号可以被偏振旋转器120旋转到特定偏振。在一些实现中，偏振旋转器120可以旋转来自支路通道中的至少一个支路通道的输出光学信号，从而使得来自X通道调制器161的输出信号和来自Y通道调制器162的输出信号正交(或者近似地正交)。

偏振光束组合器(PBC)118可以组合来自每个支路通道的光学信号并且产生输出信号124。例如，PBC 118可以从偏振旋转器120接收光学信号，偏振旋转器120旋转来自Y通道调制器162的光学信号。PBC 118也可以从X通道调制器161接收光学信号，并且与来自偏振旋转器120的光学信号组合以产生输出信号124。

功率计(PM)122可以***作地耦合到PBC 118和电子组件190中的控制器，并且被配置用于测量输出信号124的光学功率。在一些实现中，PM 122可以包括光电二极管，低速检测器(例如，小于近似每秒100兆位(Mbit/s)检测器)和/或告诉检测器(例如，大于近似100Mbit/s检测器)。在一些实现中，每个支路通道141至144可以被耦合到来自一组功率计的功率计，并且每个功率计被配置用于测量来自相关联的支路通道的光学信号的光学功率。

在图1A至图1B中被示出的设备的数目和布置被提供作为示例。在一些实施例中，存在附加的设备、更少的设备、不同的设备或者雨在图1A至图1B中示出的设备相比被不同地布置的设备。另外，在图1A至图1B中被示出的两个或者更多个设备可以在单个设备中被实现，或者在图1A至图1B中被示出的单个设备可以被实现为多个分布式设备。

在使用中，来自光学转发器110的输出信号124的总输出功率可以被表达为以下：

这里，P_out是来自光学转发器的总输出功率，其可以由功率计122监测。P_steady是没有任何调制的稳态功率。V_swing是被施加到特定MZM支路以创建相移的电压。V_π是实现180度相移所要求的峰-峰电压摆动。V_bias是被施加到特定MZM支路的偏置电压。V_optimal是针对零点(最小输出功率)所要求的最佳偏置电压。cos²()是MZM 140的传递函数。在一些实例中，光学转发器110的正交偏置可以接近90度，并且偏振光束组合器(PBC)118的消光比可以大于预定值。因此，在这样的实例中，两个支路之间的击打光束(beating beam)可以是可忽略的。PM 122可以监测输出信号124的总输出功率P_out，并且向控制器192发送信号以用于进一步处理。

因此，被施加到MZM的V_swing可以被表达为：

V_swing＝N_sig sin(ωt)*V_DAC(ω)*IL_trace(ω)*Gain_amp(ω)/2∧(Bit_DAC-1) (2)

这里N_sig是激励信号的幅度，并且ω是激励信号的频率。Bit_DAC是用于高速DAC 191的位的数目。V_DAC是用于高速DAC 191的最大输出电压。注意，N_sig∈[0，2∧(Bit_DAC-1)]。在一些实例中，来自DAC 191的输出在由MZM 140接收之前可以通过可***连接器(如果可适用)、RF迹线和RF放大器116而被发送。IL_trace是从DAC 191输出到MZM 140输入的RF迹线的***损耗；并且Gain_amp是RF放大器116的增益。V_DAC、IL_trace和Gsin_amp可以是依赖于频率的，并且可以贡献于光学转发器110的带宽限制。

响应于定义正规化的信号幅度x、带宽因子a和偏置因子β，总输出功率可以被表达为：

x＝N_sig/2^(Bit_DAC-1)

α_ω≡α(ω)＝V_DAC(ω)*IL_trace(ω)*Gain_amp(ω)/V_π，β＝V_bias/V_optimal

P_out(ω，x)＝P_steadycos²[0.5πα_ωx sin(ωt)+0.5πβ] (3)

在一些实例中，带宽因子a可以依赖于频率ω，并且可以从光学转发器110内的不同组件捕捉频率响应。通过测量带宽因子a如何通过频率ω而改变，带宽限制可以被测量并且被相应地补偿。

总输出功率方程式(3)包括MZM传递函数(cos²项)，其为对调制非线性的贡献因子之一。非线性幅度响应(对调制非线性的另一贡献因子)可以被视为正规化的信号幅度x中的二次项。因此，总输出可以被表达为：

P_out(ω，x)＝P_steadycos²[0.5πα_ω(γ_ωx²+x)sin(ωt)+0.5πβ] (4)

这里，γ是用于非线性幅度响应的系数。在一些实例中，系数γ可以依赖于激励信号的频率ω。

使用Jacobi-Anger展开，方程式(4)中的总输出功率可以被表达为：

这里，J_m()是第一种类的第m个Bessel函数。时间上的平均总输出功率可以被表达为：

处理器193可以向支路通道发送信号以例如在0和2^(Bit_DAC-1)之间调节激励信号的幅度，并且从PM 122接收包括测量出的平均总输出功率的信号。基于对比标准化的信号幅度x(x∈[0，1])的曲线，处理器可以使用曲线拟合方法(例如，连续二次编程(SQP))并且通过将均方根误差最小化来如下确定如[α_ω，γ_ω，P_steady，β]的基本拟合参数：

这里，上标Meas指示测量结果，上标Fit指示使用方程式(6)的拟合结果，K是总测量点，并且k是测量点的指数。如[α_ω，γ_ω，P_steady，β]的基本拟合参数分别对应于带宽限制参数、调制非线性参数、功率失衡参数和偏置参数。带宽限制参数α_ω和调制非线性参数γ_ω表示来自光学转发器110的个体支路通道的带宽限制影响和调制非线性影响。功率失衡参数P_steady和偏置参数β分别表示光学转发器110的支路通道之间的功率失衡影响和偏置影响。

具体而言，控制器192或者DSP可以在光学转发器110的校准阶段/模式(例如，在没有实时流量的情况下的最初上电、模块重新配置、模块切换到新通道、波长调节、维护窗口等)期间将通信路径切换为激励信号路径。控制器192或者DSP可以向来自一组支路通道141至144的支路通道发送激励信号。控制器192(或者DSP)可以选择支路通道并且向该支路通道发送激励信号。来自该一组支路通道141至144的其他支路通道不接收输入信号，或者接收具有零幅度值的信号。控制器192(或者DSP)可以将激励信号的频率选择为来自一组频率值的第一频率值。在一些实例中，控制器192(或者DSP)可以将一组频率值的范围的下端的频率值(例如，3.77GHz)选择为初始频率值。

在一些实例中，DAC 191可以切换从控制器192或者DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收信号。例如，在光学转发器110的校准阶段/模式(例如，在没有实时流量的情况下的最初上电、模块重新配置、模块切换到新通道、波长调节、维护窗口等)期间，DAC 191可以从控制器192(处理器193或者存储器194)接收激励信号。在一些实例中，在校准阶段/模式期间，DAC 191并不从DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收数据信号。在光学转发器110的信号传输阶段(例如，具有实时数据流量)期间，DAC 191可以从DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收数据信号，并且不从控制器192接收激励信号。在一些实例中，DAC 191可以从DSP的其他组件(例如，FEC编码器197、第一滤波器196、第二滤波器195)接收数据信号，同时从控制器192接收激励信号。

在一些实例中，存储器194(例如，DSP芯片上的随机存取存储器(RAM))可以存储激励信号(例如，正弦激励信号)，并且DAC 191可以在光学转发器110的校准阶段期间从存储器194“回放”。在其他实例中，处理器193可以向DAC 191发送激励信号。在光学转发器110的校准阶段期间，在一些实例中，DAC 191不从DSP的其他组件接收实时数据信号。DAC 191可以向来自光学转发器110的一组支路通道141至144的支路通道发送激励信号，并且在一些实例中，向该一组支路通道141至144的其他支路通道发送具有零输入的信号。来自其他支路通道的输出功率响应于具有零输入的信号而接近零。由PM 122测量的总输出功率响应于接收激励信号(例如，正弦激励信号)的支路通道。

控制器192(或者DSP)可以向来自一组支路通道141至144的支路通道发送信号以在来自一组幅度值的第一幅度值(例如，N_sig接近32a.u.)和来自该一组幅度值的第二幅度值(例如，B_sig接近127a.u.)之间调节(或者扫视，或者扫描)激励信号的幅度。控制器可以从PM 122接收包括来自支路通道的输出信号124的测量出的平均总输出功率(或者第一组输出光学功率值)的信号。另外，控制器可以向其他支路通道发送零输入信号，并且因此控制器可以从这些支路通道接收零输出功率。针对支路通道，控制器192(或者DSP)然后可以响应于激励信号的幅度在第一幅度值和第二幅度值之间被调节、基于方程式(6)和该一组输出光学功率值来确定如[α_ω，γ_ω，P_stsady，β]的基本拟合参数。控制器192(或者DSP)可以使用方程式(6)中的平均总输出功率和曲线拟合方法(例如，连续二次编程(SQP))来通过将方程式(7)中的均方根误差最小化确定用于每个基本拟合参数的值。基本拟合参数包括带宽限制参数α_ω、调制非线性参数γ_ω、功率失衡参数P_steady和偏置参数β。

控制器192(或者DSP)然后可以将来自一组频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)的第二频率值选择为激励信号的频率。控制器192(或者DSP)然后可以在来自该一组幅度值的第一幅度值和第二幅度值之间调节激励信号的幅度，并且响应于激励信号的幅度被调节而接收第二组输出光学功率值。控制器192(或者DSP)针对每个选择的频率值确定用于每个基本拟合参数的值。在一些实例中，控制器192(或者DSP)可以针对每个选择的频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)确定带宽限制参数α_ω和调制非线性参数γ_ω，同时以较低频率值(例如，3.77GHz)使用先前确定的功率失衡参数和偏置参数[P_steady,β]。

控制器192(或者DSP)可以针对每个选择的频率值、基于带宽限制参数α_ω的确定的值来确定带宽限制。光学转发器的带宽可以被定义为激励信号的特定频率处的总输出功率和较低频率(例如，3.77GHz)处的总输出功率之间的衰减(如关于图6被更详细描述的)。在每个支路内，带宽限制可能产生自光学转发器110内的各种组件，这些组件例如包括数模转换器(DAC)191、印刷电路板(PCB)中的射频(RF)迹线(未示出)、可***接口(如果可适用)(未示出)、RF电子放大器116和/或光学调制器140。

控制器192(或者DSP)基于带宽限制和带宽限制参数α_ω的一组确定的值来确定用于第一滤波器196(例如，FIR滤波器)的一组系数(例如，a₀、a₁、a₂)。作为响应，控制器(或者DSP)向第一滤波器发送第一信号以设置(或者更新)用于第一滤波器196的一组系数，从而使得光学转发器110的带宽限制能够被补偿。第一滤波器196的细节在此关于图7A而被描述。

控制器192(或者DSP)可以针对每个选择的频率值，基于调制非线性参数γ_ω的确定的值来确定调制非线性(调制非线性影响的非线性幅度响应分量)。调制非线性可能产生自光学调制器144的传递函数和/或来自光学转发器110内的各种组件的非线性幅度响应，这些组件例如包括数模转换器(DAC)191、印刷电路板(PCB)中的射频(RF)迹线(未示出)、可***接口(如果可适用)(未示出)、RF电子放大器116和/或光学调制器140。

控制器192(或者DSP)基于调制非线性和调制非线性参数γ_ω的一组确定的值来确定用于第二滤波器195(例如，Volterra滤波器)的一组系数(例如，y、y²、y³)。作为响应，控制器192(或者DSP)向第二滤波器195(例如，Volterra滤波器)发送第二信号以设置(或者更新)用于第二滤波器195的一组系数，从而使得调制非线性的非线性幅度响应能够被补偿。在一些实现中，第二滤波器195包括例如在DSP ASIC中的查找表中被实现的“反正弦”函数(也被称为“第三滤波器”)。“反正弦”函数(或者第三滤波器)可以补偿MZM 140的传递函数，因此减小调制非线性。在一些实例中，包括带宽限制、非线性幅度响应和一组基本拟合参数[α_ω,γ_ω,P_steady,β]的测量和计算出的值可以被存储在存储器(诸如图1A中的存储器194；或者电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))中，并且被用于设置或者更新DSP ASIC中的滤波器值。第二滤波器195的细节在此关于图7B而被描述。换言之，控制器192(或者DSP)独立于光学转发器110的调制非线性的影响来确定带宽限制，并且独立于MZM 140的传递函数的影响来确定非线性幅度响应的影响。

控制器192(或者DSP)可以针对每个支路通道141至144执行测量仪确定针对每个支路通道的带宽限制和调制非线性，并且针对每个支路通道更新第一滤波器系数和第二滤波器系数。在一些实现中，单个功率计122被耦合到该一组支路通道141至144，并且因此控制器192(或者DSP)在一时间(或者串行地)向单个支路通道发送激励信号，并且测量来自该支路通道的光学信号124的输出光学功率。在其他实现中，来自该一组支路通道141至144的每个支路通道可以被耦合到来自一组功率计(未示出)的功率计，并且控制器192(或者DSP)并性地向该一组支路通道发送激励信号。来自该一组PM(未示出)的每个PM测量来自被耦合到该PM的支路通道的输出光学功率，并且测量可以被并行地执行。

响应于针对每个支路通道执行测量，控制器192(或者DSP)可以将数据路径切换到实时流量数据路径，从而使得Tx光学模块113从DSP接收数据信号，并且不接收激励信号(即，信号传输阶段)。数据信号在被发送给Tx光学模块113之前使用第一滤波器196和第二滤波器195而被补偿。在一些实例中，在校准阶段/模式期间，Tx光学模块113的RF放大器116可以被置于人工增益控制(MGC)模式中。在信号传输阶段期间，RF放大器可以切换到自动增益控制(AGC)模式以补偿例如由于环境改变的信号草案(signal draft)。

图2A至图2D示出了根据实施例的、分别来自光学转发器的每个支路通道、作为激励信号的幅度的函数的输出信号的总输出功率的示例。激励信号的频率可以被限定为接近3.77GHz。控制器(诸如图1A中的控制器192)可以向来自光学转发器(诸如图1A至图1B中的光学转发器110)的一组支路通道(诸如图1B中的支路通道141至144)的一个支路通道发送信号，以调节激励信号的幅度。控制器可以从功率计(诸如图1B中的功率计(PM)122)接收指示包括来自支路通道的输出信号(例如，图1B中所示的输出信号124)的测量出的平均总输出功率的信号。另外，控制器可以向其他支路通道发送零输入信号，并且因此控制器可以从这些支路通道接收零输出功率。针对一个支路通道，控制器然后可以基于方程式(6)、使用曲线拟合方法(例如，连续二次编程(SQP))并且通过将方程式(7)中的均方根误差最小化来确定如[α_ω，γ_ω，P_stsady，β]的基本拟合参数。

具体而言，图2A示出了作为激励信号201的幅度的函数的、来自光学转发器的XI支路通道的输出信号的测量203和曲线拟合204的总输出功率202。控制器可以基于方程式(6)中的平均总输出功率和方程式(7)中的均方根误差最小化来确定基本拟合参数[α_ω，γ_ω，P_stsady，β]。作为激励信号201的幅度的函数的总输出功率204的理论曲线与测量出的值203拟合，从而示出方程式(6)中的随时间的平均总输出功率捕获光学转发器的带宽限制影响和调制非线性影响。在基本拟合参数206之间，控制器可以确定用于XI支路通道的带宽限制参数α_ω接近1.73959，用于XI支路通道的调制非线性参数γ_ω接近-0.45028、用于XI支路通道的功率失衡参数P_steady接近0.271222，并且用于XI支路通道的偏置参数β接近1。

图2B示出了作为激励信号211的幅度的函数的、来自光学转发器的XQ支路通道的输出信号的测量213和曲线拟合214的总输出功率212。在基本拟合参数216之间，控制器可以确定用于XQ支路通道的带宽限制参数α_ω接近1.704235，用于XQ支路通道的调制非线性参数γ_ω接近-0.44211、用于XQ支路通道的功率失衡参数P_steady接近0.24233，并且用于XQ支路通道的偏置参数β接近1。作为激励信号211的幅度的函数的总输出功率214的理论曲线与测量出的值213拟合，从而示出方程式(6)中的随时间的平均总输出功率捕获光学转发器的带宽限制影响和调制非线性影响。

图2C示出了作为激励信号221的幅度的函数的、来自光学转发器的YI支路通道的输出信号的测量223和曲线拟合224的总输出功率222。在基本拟合参数226之间，控制器可以确定用于YI支路通道的带宽限制参数α_ω接近1.699169，用于YI支路通道的调制非线性参数γ_ω接近-0.44296、用于YI支路通道的功率失衡参数P_steady接近0.289105，并且用于YI支路通道的偏置参数β接近1。作为激励信号221的幅度的函数的总输出功率224的理论曲线与测量出的值223拟合，从而示出方程式(6)中的随时间的平均总输出功率捕获光学转发器的带宽限制影响和调制非线性影响。

图2D示出了作为激励信号231的幅度的函数的、来自光学转发器的YQ支路通道的输出信号的测量233和曲线拟合234的总输出功率232。在基本拟合参数236之间，控制器可以确定用于YQ支路通道的带宽限制参数α_ω接近1.780279，用于YQ支路通道的调制非线性参数γ_ω接近-0.4542、用于YQ支路通道的功率失衡参数P_steady接近0.261264，并且用于YQ支路通道的偏置参数β接近1。作为激励信号231的幅度的函数的总输出功率234的理论曲线与测量出的值233拟合，从而示出方程式(6)中的随时间的平均总输出功率捕获光学转发器的带宽限制影响和调制非线性影响。

图3A至图3H示出了根据实施例的、针对激励信号的不同频率、针对光学转发器的支路通道、作为激励信号的幅度的函数的输出信号的总输出功率的示例。控制器(诸如图1A中的控制器192)受限可以选择来自激励信号的一组频率值的第一频率值。控制器然后可以向来自光学转发器(诸如图1A至图1B中的光学转发器110)的一组支路通道(诸如图1B中的支路通道141至144)的一个支路通道发送信号，以调节激励信号的幅度。控制器可以从功率计(诸如图1B中的功率计(PM)122)接收指示来自支路通道的输出信号(例如，图1B中所示的输出信号124)的测量出的平均总输出功率的信号。另外，控制器可以向其他支路通道发送零输入信号，并且因此控制器可以从这些支路通道接收零输出功率。针对一个支路通道，控制器然后可以基于方程式(6)、使用曲线拟合方法(例如，连续二次编程(SQP))并且通过将方程式(7)中的均方根误差最小化来确定基本拟合参数[α_ω，γ_ω，P_stsady，β]。控制器然后可以选择来自激励信号的一组频率值的第二频率值，并且重复调节激励信号的幅度、接收测量出的总输出功率值以及确定基本拟合参数的步骤。在一些实例中，控制器可以针对来自该一组频率值的每个选择的频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)确定基本拟合参数[α_ω，γ_ω，P_stsady，β]。在其他示例中，当频率值较小(例如，3.77GHz)时，控制器可以确定功率失衡参数和偏置参数的基本拟合参数[P_steady,β]。控制器可以针对每个选择的频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)确定带宽限制参数α_ω和调制非线性参数γ_ω，同时以较低频率值(例如，3.77GHz)使用先前确定的功率失衡参数和偏置参数[P_steady,β]。

图3A示出了在3.77GHz的激励信号的频率的、作为激励信号301的幅度的函数的、来自XI支路通道的输出信号的测量303和曲线拟合304的总输出功率302。图3B示出了在7.54GHz的激励信号的频率的、作为激励信号311的幅度的函数的、来自XI支路通道的输出信号的测量313和曲线拟合314的总输出功率312。图3C示出了在11.3GHz的激励信号的频率的、作为激励信号321的幅度的函数的、来自XI支路通道的输出信号的测量323和曲线拟合324的总输出功率322。图3D示出了在15.1GHz的激励信号的频率的、作为激励信号331的幅度的函数的、来自XI支路通道的输出信号的测量333和曲线拟合334的总输出功率332。图3E示出了在18.8GHz的激励信号的频率的、作为激励信号341的幅度的函数的、来自XI支路通道的输出信号的测量343和曲线拟合344的总输出功率342。图3F示出了在22.6GHz的激励信号的频率的、作为激励信号351的幅度的函数的、来自XI支路通道的输出信号的测量353和曲线拟合354的总输出功率352。图3G示出了在26.4GHz的激励信号的频率的、作为激励信号361的幅度的函数的、来自XI支路通道的输出信号的测量363和曲线拟合364的总输出功率362。作为激励信号(301、311、321、331、341、351和361)的幅度的函数的总输出功率(304、314、324、334、344、354和364)的理论曲线与测量出的值(303、313、323、333、343、353和363)拟合，从而示出方程式(6)中的随时间的平均总输出功率捕获光学转发器的带宽限制影响和调制非线性影响。图3H包括图3A至图3G以用于针对不同频率(3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)与作为激励信号371的幅度的函数的总输出功率372比较。

图4示出了根据实施例的、作为激励信号的频率的函数的带宽限制参数α_ω的示例图表。控制器可以针对每个选择的频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)，基于来自图3A至图3G的拟合的结果来确定带宽限制参数α_ω402。带宽限制参数α_ω402随着激励信号401的频率增加而减小。在一些实例中，针对选择的频率值(例如，7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)的带宽限制参数α_ω402可以基于在3.77GHz的频率的带宽限制参数α_ω而被标准化。

图5示出了根据实施例的、作为激励信号的频率的函数的调制非线性参数γ_ω的示例图表。控制器可以针对每个选择的频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)，基于来自图3A至图3G的拟合的结果来确定调制非线性参数γ_ω502。调制非线性参数γ_ω502随着激励信号501的频率增加而增加。在一些实例中，在Nyquist频率的范围(例如，0至15.1GHz)内，调制非线性参数γ_ω506的改变可以相对小。

图6示出了根据实施例的、比较由不同方法测量的光学转发器的带宽的示例图表。光学转发器的带宽可以被定义为激励信号的特定频率处的总输出功率和较低频率(例如，3.77GHz)处的总输出功率之间的衰减602。曲线603示出了当带宽限制参数α_ω如在此描述的而被确定(即，激励信号的幅度和激励信号的频率的二维扫描)时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。曲线604示出了当带宽限制参数α_ω随着激励信号的幅度(N_sig)被预先确定(N_sig接近127a.u.)并且激励信号的频率被扫描而被确定时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。曲线605示出了当带宽限制参数α_ω随着激励信号的幅度(N_sig)被预先确定(N_sig接近112a.u.)并且激励信号的频率被扫描而被确定时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。曲线606示出了当带宽限制参数α_ω随着激励信号的幅度(N_sig)被预先确定(N_sig接近96a.u.)并且激励信号的频率被扫描而被确定时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。曲线607示出了当带宽限制参数α_ω随着激励信号的幅度(N_sig)被预先确定(N_sig接近80a.u.)并且激励信号的频率被扫描而被确定时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。曲线608示出了当带宽限制参数α_ω随着激励信号的幅度(N_sig)被预先确定(N_sig接近64a.u.)并且激励信号的频率被扫描而被确定时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。曲线609示出了当带宽限制参数α_ω随着激励信号的幅度(N_sig)被预先确定(N_sig接近48a.u.)并且激励信号的频率被扫描而被确定时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。曲线610示出了当带宽限制参数α_ω随着激励信号的幅度(N_sig)被预先确定(N_sig接近32a.u.)并且激励信号的频率被扫描而被确定时，作为激励信号601的频率的函数的衰减602的曲线。

如由曲线604至610所示，光学转发器的带宽可以针对具有较小幅度值(N_sig＝32)和交大幅度值(N_sig＝127)的激励信号而不同。利用预先确定的激励信号的幅度与激励信号的频率的一维扫描的这些测量可能导致缺乏对非线性幅度响应的考虑，这可以导致被施加给MZM(例如，图1B中的MZM 140)的实际相移小于预期的相移。因此，带宽限制和调制非线性的过度补偿可能出现。与此相反，如由(利用二维扫描)的曲线603所示，测量从带宽限制影响分离了调制非线性影响。因此，控制器可以对带宽限制和调制非线性执行更精确的测量。在一些实例中，响应于对带宽限制的测量，第一滤波器(例如，FIR滤波器)的系数可以被确定为反向地补偿带宽限制。

图7A至图7B是图示了根据实施例的、用以补偿带宽限制和调制非线性的光学转发器的电子组件的框图。光学转发器710在结构上和功能上类似于关于图1A至图1B而被描述的光学转发器110。电子组件790在结构上和功能上类似于关于图1A至图1B而被描述的电子组件190。在一些实现中，电子组件790可以被包括在DSP芯片(例如，DSP ASIC)上。在一些实现中，电子组件790可以包括控制器792(类似于图1A至图1B中的控制器192)、DAC 791、第一滤波器796、第二滤波器795和FEC编码器797。第一滤波器(例如，FIR滤波器)796可以包括一组加法器751、一组乘法器752和一组延迟753以补偿光学转发器710的带宽限制。FIR滤波器的系数(例如，a₀、a₁、a₂)可以从基本拟合参数、带宽限制参数α_ω被确定。

在一些实现中，第二滤波器795可以被用来补偿光学转发器的调制非线性。调制非线性补偿可以具有根据驱动电压(x)而被先行地分布的IQ复平面中的星座点。星座点的位置与P_out/P_steady的比率成比例。调制非线性的补偿包括MZM的传递函数的补偿和来自光学转发器内的各种组件(例如，数模转换器(DAC)、印刷电路板(PCB)中的射频(RF)迹线、可***接口(如果可适用)、RF电子放大器和/或光学调制器)的非线性幅度响应的补偿。在一些实现中，调制非线性的补偿包括应用反函数，从而使得在输出处非线性的影响被抵消。

在一些实现中，第二滤波器795包括例如在DSP ASIC中的查找表中被实现的“反正弦”函数725。“反正弦”函数725可以补偿MZM的传递函数，因此减小调制非线性。第二滤波器795可以包括被用来补偿非线性幅度响应的Volterra滤波器715。第二滤波器795的Volterra滤波器715的细节在图7B中被描述。

基于确定的基本拟合参数，调制非线性参数γ_ω，Volterra滤波器715可以被用来补偿非线性幅度响应影响。在一些实例中，在Nyquist频率的范围(例如，0至15.1GHz)内，调制非线性参数γ_ω的改变可能相对小。在一些实例中，响应于带宽限制被补偿，Nyquist频率内的频率分量可以具有相对相同的幅度。因此，平均非线性幅度响应可以被表达为：

这里ω_NY是Nyquist频率。在这些实例中，Nyquist频率ω_NY外部的影响未被考虑，因为例如FIR滤波器的快速衰减(sharp roll-off)可能消除那些频率分量。响应于在二次方程式上执行泰勒展开，平均非线性幅度响应可以被表达为：

在这些实例中，泰勒展开的系数与用于Volterra滤波器的系统相同。因此，第三阶Volterra滤波器715可以在电子组件790(例如，DSPASIC)中被实现以补偿(或者倒转)非线性幅度响应。Volterra滤波器的系数(例如，y、y²、y³)可以直接地基于使用二维扫描方法而被测量的调制非线性参数γ_ω和非线性幅度响应的系数。

图8是图示了根据实施例的、用于带宽限制和调制非线性补偿过程的方法的流程图。带宽限制和调制非线性补偿过程800可以例如在以下各项上被执行：诸如关于图1A而被示出和描述的控制器190的控制器，或者诸如关于图1A而被示出和描述的光学转发器110的光学转发器的数字信号处理(DSP)芯片。在801，该方法包括在光学转发器的校准阶段/模式(例如，在没有实时流量的情况下的最初上电、模块重新配置、模块切换到新通道、波长调节、维护窗口等)期间将通信路径切换为激励信号路径。换言之，在校准阶段/模式期间，光学转发器的DSP并不向光学转发器的Tx光学模块(诸如图1A至图1B中的Tx光学模块113)发送数据信号(或者实时数据流量)。相反，控制器(诸如图1A中的处理器193的处理器，或者诸如图1A中的存储器194的存储器)或者DSP经由激励信号通道向Tx光学模块(例如，向Tx光学模块的RF放大器)发送激励信号(例如，正弦信号)。在光学转发器的信号传输阶段(例如，具有实时数据流量)期间，DSP向Tx光学模块发送数据信号并且不发送激励信号。在其他实例中，在校准阶段/模式期间，Tx光学模块的RF放大器(诸如图1B中的RF放大器116)可以被置于人工增益控制(MGC)模式中。在信号传输阶段期间，RF放大器可以切换到自动增益控制(AGC)模式以补偿例如由于环境改变的信号草案。

在803，该方法包括向来自光学转发器的一组支路通道(图1B中的XI、XQ、YI和YQ141至144)的支路通道发送激励信号。控制器(或者DSP)可以选择来自光学转发器的一组支路通道的支路通道，并且向该支路通道发送激励信号。来自该一组支路通道的其他支路通道不接收输入信号。在一些实例中，控制器(或者DSP)可以向其他支路通道发送具有零输入的信号。来自其他支路通道的输出功率为零(或者接近零)。

在805，该方法包括将激励信号的频率设置为来自一组频率值的第一频率值。在一些实例中，控制器(或者DSP)可以将一组频率值的范围的下端的频率值(例如，3.77GHz)选择为初始频率值。

在807，该方法包括在来自一组幅度值的第一幅度值(例如，N_sig接近32a.u.)和来自该一组幅度值的第二幅度值(例如，N_sig接近127a.u.)之间调节(或者扫视，或者扫描)激励信号的幅度。该方法包括经由功率计(PM)测量由支路通道输出的光学信号的输出光学功率(即，总输出功率)。PM响应于激励信号的幅度在第一幅度值和第二幅度值之间被调节而向控制器(或者DSP)发送一组输出光学功率值。

在步骤809，该方法包括确定激励信号的幅度是否需要被设置为来自该一组幅度值的值。如果需要选择另一幅度值，则控制器(或者DSP)可以调节幅度，并且返回步骤807。如果无需设置其他幅度值，则在811，该方法包括响应于激励信号的幅度在第一幅度值和第二幅度值之间被调节，基于该一组输出光学功率值来执行曲线拟合。控制器(或者DSP)使用方程式(6)中的平均总输出功率和曲线拟合方法(例如，连续二次编程(SQP))来通过将方程式(7)中的均方根误差最小化确定用于每个基本拟合参数的值。基本拟合参数包括带宽限制参数α_ω、调制非线性参数γ_ω、功率失衡参数P_steady和偏置参数β。

在步骤813，该方法包括确定该一组频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)是否已经被设置。如果另一频率值(例如，第二频率值)将被设置，则该方法重复步骤805至811，并且包括响应于激励信号的幅度被调节而测量第二组输出光学功率值。控制器(或者DSP)针对每个选择的频率值确定用于每个基本拟合参数的值。在一些实例中，控制器(或者DSP)可以针对每个选择的频率值(例如，3.77GHz、7.54GHz、11.3GHz、15.1GHz、18.8GHz、22.6GHz、26.4GHz)确定带宽限制参数α_ω和调制非线性参数γ_ω，同时以较低频率值(例如，3.77GHz)使用先前确定的功率失衡参数和偏置参数[P_steady,β]。

在815，该方法包括针对每个选择的频率值，基于带宽限制参数α_ω确定的值来确定带宽限制。光学转发器的带宽可以被定义为激励信号的特定频率处的总输出功率和较低频率(例如，3.77GHz)处的总输出功率之间的衰减。控制器(或者DSP)基于带宽限制和带宽限制参数α_ω的一组确定的值来确定用于第一滤波器(例如，FIR滤波器)的一组系数(例如，a₀、a₁、a₂)。作为响应，控制器(或者DSP)向第一滤波器发送第一信号以设置(或者更新)用于第一滤波器的一组系数，从而使得光学转发器的带宽限制能够被补偿。

在817，该方法包括针对每个选择的频率值，基于调制非线性参数γ_ω的确定的值来确定调制非线性(调制非线性影响的非线性幅度响应分量)。控制器(或者DSP)基于调制非线性和调制非线性参数γ_ω的一组确定的值来确定用于第二滤波器(例如，Volterra滤波器)的一组系数(例如，y、y²、y³)。作为响应，控制器(或者DSP)向第二滤波器(例如，Volterra滤波器)发送第二信号以设置(或者更新)用于第二滤波器的一组系数，从而使得调制非线性的非线性幅度响应能够被补偿。在一些实现中，第二滤波器包括例如在DSP ASIC的查找表中被实现的“反正弦”函数(也被称为“第三滤波器”)。“反正弦”函数(或者“第三滤波器”)可以补偿MZM的传递函数，因此减小调制非线性。在一些实例中，包括带宽限制、非线性幅度响应和一组基本拟合参数[α_ω,γ_ω,P_steady,β]的测量和计算出的值可以被存储在存储器(诸如图1A中的存储器194；或者电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))中，并且被用于设置或者更新DSP ASIC中的滤波器值。换言之，控制器(或者DSP)独立于光学转发器的调制非线性的影响来确定带宽限制，并且独立于MZM的传递函数的影响来确定影响非线性幅度响应。

在819，该方法包括确定所有支路通道是否已经被测量。如果另一支路通道需要被测量，则该方法返回步骤803并且重复步骤803至817以确定针对每个支路通道的带宽限制和调制非线性，并且针对每个支路通道更新第一滤波器系数和第二滤波器系数。在一些实现中，单个功率计(诸如图1B中的PM 122)被耦合到该一组支路通道，并且因此控制器(或者DSP)在一时间(或者串行地)向单个支路通道发送激励信号，并且测量来自支路通道的光学信号的输出光学功率。在其他实现中，来自该一组支路通道的每个支路通道可以被耦合到来自一组功率计的功率计，并且控制器(或者DSP)并性地向该一组支路通道发送激励信号。来自该一组PM的每个PM测量来自被耦合到该PM的支路通道的输出光学功率，并且测量可以被并行地执行。

在步骤813，该方法包括将数据路径切换到实时流量数据路径，从而使得Tx光学模块从DSP接收数据信号，并且不接收激励信号(即，信号传输阶段)。数据信号在被发送给Tx光学模块之前使用第一滤波器和第二滤波器而被补偿。在一些实例中，在信号传输阶段期间，RF放大器可以被切换到自动增益控制(AGC)模式以补偿例如由于环境改变的信号草案。

在此被描述的一些实施例涉及具有非瞬态计算机可读介质(也可以被称为非瞬态处理器可读介质)的计算机存储产品，该介质在其上具有用于执行各种计算机实现的操作的指令或者计算机代码。计算机可读介质(或者处理器可读介质)在其并不包括瞬态传播信号本身(例如，在诸如空间或者线缆的传输介质上携带信息的传播电磁波)的意义上是非瞬态的。介质和计算机代码(也可以被称为代码)可以是被设计和构造用于一个或者多个具体目的的介质和计算机代码。非瞬态计算机可读介质的示例包括但不限于：磁存储介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学存储介质，诸如光盘、数字视频盘(CD/DVD)、光盘只读存储器(CD-ROM)和全息设备；磁光存储介质，诸如光盘；载波信号处理模块；以及被特别地配置用于存储和执行程序代码的硬件设备，诸如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、只读存储器(ROM)设备和随机存取存储器(RAM)设备。在此被描述的其他实施例涉及计算机程序产品，其可以包括例如在此被讨论的指令和/或计算机代码。

计算机代码的示例包括但不限于微码或者微指令、机器指令(诸如由编译器产生的)、被用于产生web服务的代码以及包含由计算机使用解译器执行的高级指令的文件。例如，实施例可以使用以下各项而被实现：命令式编程语言(例如，C、Fortran等)、功能编程语言(Haskell、Erlang等)、逻辑编程语言(例如，Prolog)、面向对象的编程语言(例如，Java、C++等)或者其他适当的编程语言和/或开发工具。计算机代码的附加示例包括但不限于控制信号、加密的代码和压缩的代码。

尽管以上已经描述的各种实施例，但是应当理解，它们仅通过示例而非限制而被呈现。当以上被描述的方法指示按照特定顺序发生的特定事件时，特定事件的排序可以被修改。附加地，事件中的特定事件在可能时可以在并行过程中被并发地执行，以及如以上被描述的被顺序地执行。