一種全雙工調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種全雙工調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)。此系統(tǒng)由光收發(fā)器端和調(diào)制回復反射器端構成。光收發(fā)器端向調(diào)制回復反射器端發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的光束。一部分光束將被調(diào)制回復反射器端的光探測器接收并解調(diào)出光束所攜帶的數(shù)據(jù)，此為前向鏈路；一部分光束將被調(diào)制回復反射器端的調(diào)制回復反射器接收并調(diào)制上此終端的數(shù)據(jù)，接著此光束將被逆向反射回光收發(fā)器端，光收發(fā)器端的光探測器則將接收到逆向反射光并解調(diào)出回傳數(shù)據(jù)，此為后向鏈路。本實用新型的調(diào)制回復反射器端功耗低，結構緊湊，適合工作在資源有限的場合。另外，本實用新型的前向和后向數(shù)據(jù)傳輸是同時進行的。
【專利說明】一種全雙工調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于無線通信【技術領域】，涉及一種激光通信技術，具體涉及一種全雙工調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]無線光通信通常被定義為一種利用激光光束將信息從一點傳送到另一點的通信技術。它結合了無線電通信和光纖通信的優(yōu)點，既具有信道容量大、抗干擾能力強、防竊聽能力強以及無需頻譜許可證等優(yōu)點，又無需鋪設通信線纜且安裝維護便捷。因此，無線光通信不失為一種解決“最后一公里”問題的有效途徑，也可作為無線電通信和光纖通信的一種補充技術，并可用于光纖備份、災后通信恢復、臨時的和移動的高速數(shù)據(jù)鏈路等。
[0003]傳統(tǒng)的全雙工無線光通信鏈路兩端都需要裝備有光收發(fā)器，其包含光發(fā)射器、光探測器、高精度跟蹤瞄準設備、以及相關的信號處理系統(tǒng)等。這些部件使得光收發(fā)器的功耗較大、技術復雜度較高、重量及尺寸較大。事實上存在一種非對稱應用場合，即當通信鏈路的一端無法提供較多的能量并要求其結構緊湊輕便時，一種基于調(diào)制回復反射器的無線光通信系統(tǒng)被提出，并已經(jīng)應用于這種場合。由于這種系統(tǒng)只使用一束激光，單工和半雙工傳輸是可以順利實現(xiàn)的。但是，大多數(shù)的實際應用場合需要高效的全雙工數(shù)據(jù)傳輸，因而阻礙了基于調(diào)制回復反射器的無線光通信系統(tǒng)的推廣應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種基于調(diào)制回復反射器的全雙工無線光通信系統(tǒng)。
[0005]本實用新型所采用的技術方案如下:
[0006]本實用新型包括光收發(fā)器端和調(diào)制回復反射器端，其特征在于:所述光收發(fā)器端包含光發(fā)射器、第一光探測器、跟蹤瞄準設備；所述調(diào)制回復反射器端包含第二光探測器、調(diào)制回復反射器。
[0007]所述光發(fā)射器由紅外激光器、直流偏置電源、信號調(diào)制器、帶孔弧形反光鏡及望遠鏡系統(tǒng)組成；所述直流偏置電源和所述信號調(diào)制器一同加載在所述紅外激光器上，紅外激光器將向所述調(diào)制回復反射器端發(fā)射出一束光束；所述紅外激光器出射光束在穿過所述帶孔弧形反光鏡后進入所述望遠鏡系統(tǒng)，其將對光束進行擴束和整形，望遠鏡系統(tǒng)將接收到的光再投射到帶孔弧形反光鏡上。
[0008]所述第一光探測器由第一光電二極管、第一信號處理電路及第一信號解調(diào)器組成；帶孔弧形反光鏡出來的光會聚在所述第一光電二極管感光區(qū)域內(nèi)，第一光電二極管則將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述第一信號處理電路將對電信號進行濾波和放大處理，并將其傳送到所述第一信號解調(diào)器，第一信號解調(diào)器則將從電信號中恢復出其所攜帶的數(shù)據(jù)。
[0009]所述跟蹤瞄準設備將使光收發(fā)器端始終對準調(diào)制回復反射器端。
[0010]所述第二光探測器由第二望遠鏡系統(tǒng)、第二光電二極管、第二信號處理電路及第二信號解調(diào)器組成；所述第二望遠鏡系統(tǒng)將接收到的光會聚在所述第二光電二極管感光區(qū)域內(nèi)，第二光電二極管則將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述第二信號處理電路將對電信號進行濾波和放大處理，并將其傳送到所述第二信號解調(diào)器，第二信號解調(diào)器則將從電信號中恢復出其所攜帶的數(shù)據(jù)。
[0011]所述調(diào)制回復反射器由光學回復反射器和電光調(diào)制器組成，對入射光進行調(diào)制并將其逆向反射回去。
[0012]本實用新型有益效果是:
[0013]本實用新型的調(diào)制回復反射器端功耗低，結構緊湊，適合工作在資源有限的場合。調(diào)制回復反射器的應用還降低了系統(tǒng)兩終端跟蹤瞄準的困難程度。
[0014]本實用新型的前向和后向數(shù)據(jù)傳輸是同時進行的，增加了信道利用率。通過前向鏈路可以實時向調(diào)制回復反射器端發(fā)送指令和高層錯誤控制機制等。通過后向鏈路則可將調(diào)制回復反射器端的數(shù)據(jù)實時傳回光收發(fā)器端。
[0015]本實用新型有著很多的重要應用，如星星/星地間通信、無人機通信、目標識別、環(huán)境監(jiān)測、水下通信等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細的描述。
[0017]圖1為一種全雙工調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)的結構示意圖。
[0018]圖2為光收發(fā)器端的光發(fā)射器和光探測器的結構示意圖。
[0019]圖3為回復反射器端的光探測器的結構示意圖。
[0020]圖4 (a)為一個DC-OOK與OOK組合的全雙工信號傳輸?shù)木唧w示例。
[0021]圖4 (b)為一個4-PPM與OOK組合的全雙工信號傳輸?shù)木唧w示例。
[0022]圖中:光收發(fā)器端10、光發(fā)射器11、光探測器12、跟蹤瞄準設備13、調(diào)制回復反射器端20、光探測器21、調(diào)制回復反射器22、前向鏈路31、后向鏈路32、紅外激光器111、直流偏置電源112、信號調(diào)制器113、望遠鏡系統(tǒng)114、帶孔弧形反光鏡115、光電二極管121、信號處理電路122、信號解調(diào)器123、望遠鏡系統(tǒng)211、光電二極管212、信號處理電路213、信號解調(diào)器214、前向鏈路數(shù)據(jù)41、后向鏈路數(shù)據(jù)42、DC-OOK調(diào)制信號43、OOK調(diào)制信號44、前向鏈路數(shù)據(jù)51、后向鏈路數(shù)據(jù)52、4-PPM調(diào)制信號53、OOK調(diào)制信號54。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，本實用新型所提出的一種全雙工調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)由光收發(fā)器端10、前向鏈路31、后向鏈路32及調(diào)制回復反射器端20組成。
[0024]光收發(fā)器端10包含光發(fā)射器11、光探測器12、跟蹤瞄準設備13。其中，光發(fā)射器11由紅外激光器111、直流偏置電源112、信號調(diào)制器113、望遠鏡系統(tǒng)114及帶孔弧形反光鏡115組成，如圖2所示。信號調(diào)制器113的調(diào)制信號直接驅(qū)動紅外激光器111 ;或者加載在直流偏置電源112提供的直流電壓上來驅(qū)動紅外激光器111。所發(fā)出的激光束穿過帶孔弧形反光鏡115，并經(jīng)過望遠鏡系統(tǒng)114的擴束和整形，然后射向調(diào)制回復反射器端20。光探測器12由望遠鏡系統(tǒng)114、帶孔弧形反光鏡115、光電二極管121、信號處理電路122及信號解調(diào)器123組成，如圖2所示。望遠鏡系統(tǒng)114接收來自調(diào)制回復反射器端的回復反射光，帶孔弧形反光鏡115將接收到光會聚在光電二極管121的感光區(qū)域內(nèi)，光信號則將轉(zhuǎn)換成電信號。電信號經(jīng)過信號處理電路122的濾波和放大等處理后輸入到信號解調(diào)器123，信號所攜帶的數(shù)據(jù)將被信號解調(diào)器123解調(diào)恢復出來。跟蹤瞄準設備13的功能是使光收發(fā)器端發(fā)出的激光束對準調(diào)制回復反射器端，并一直跟蹤對準。
[0025]調(diào)制回復反射器端20包含光探測器21和調(diào)制回復反射器22。其中，光探測器21由望遠鏡系統(tǒng)211、光電二極管212、信號處理電路213及信號解調(diào)器214組成，如圖3所示。望遠鏡系統(tǒng)211接收來自光收發(fā)器端發(fā)出的攜帶數(shù)據(jù)的激光，并將接收到的光會聚在光電二極管212的感光區(qū)域內(nèi)，光信號則將轉(zhuǎn)換成電信號。電信號經(jīng)過信號處理電路213的濾波和放大等處理后輸入到信號解調(diào)器214，信號所攜帶的數(shù)據(jù)將被信號解調(diào)器214解調(diào)恢復出來。調(diào)制回復反射器22由光學回復反射器和電光調(diào)制器組成。通過電光調(diào)制器將調(diào)制回復反射器端20的數(shù)據(jù)信號調(diào)制到入射光上，而光學回復反射器則將經(jīng)過調(diào)制的光束逆向反射回光收發(fā)器端。
[0026]前向鏈路31是指光收發(fā)器端10通過發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的激光光束來完成向調(diào)制回復反射器端20傳送數(shù)據(jù)的鏈路。
[0027]后向鏈路32是指調(diào)制回復反射器端20通過調(diào)制和逆向反射前向鏈路中的激光光束來完成向光收發(fā)器端10傳送數(shù)據(jù)的鏈路。
[0028]如圖4所示，本實用新型所涉及的在調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)中實現(xiàn)全雙工通信的方法有兩種。
[0029]第一種全雙工通信方法如圖4(a)所示，其具體步驟如下:
[0030]I)在前向鏈路31中，給紅外激光器111加上一個直流偏置電壓，使得紅外激光器111可以發(fā)出一個恒定光強；再給紅外激光器111加上一個OOK調(diào)制信號，使得紅外激光器111還可以產(chǎn)生一個OOK調(diào)制光強。這樣,最終形成一個恒定光強加OOK調(diào)制光強的復合光信號。為了方便闡述，我們稱之為DC-OOK調(diào)制信號。
[0031]2) 一部分DC-OOK調(diào)制光信號被調(diào)制回復反射器端20的光探測器21接收到并將其轉(zhuǎn)換為電信號。通過隔直電路濾掉直流分量并提取出OOK分量，然后信號解調(diào)器214將從OOK電信號中解調(diào)出攜帶的數(shù)據(jù)。
[0032]3)在后向鏈路32中，一部分DC-OOK調(diào)制光信號被調(diào)制回復反射器端20的調(diào)制回復反射器22接收到，并使用OOK調(diào)制將此終端數(shù)據(jù)加載在接收到的光信號上。其實，就是將OOK信號調(diào)制到復合光信號的直流分量上。經(jīng)過再次調(diào)制的光信號將被調(diào)制回復反射器22反射回光收發(fā)器端，光收發(fā)器端將進行回傳數(shù)據(jù)的解調(diào)恢復。
[0033]至此，前向和后向鏈路的數(shù)據(jù)是可以同時傳輸?shù)?，也就實現(xiàn)了系統(tǒng)的全雙工通信。圖4(a)上半部分給出一個前向數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w示例，前向鏈路數(shù)據(jù)41對應DC-OOK調(diào)制信號43。圖4(a)下半部分給出一個后向數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w示例，后向鏈路數(shù)據(jù)42對應OOK調(diào)制信號44。
[0034]第二種全雙工通信方法如圖4(b)所示，其具體步驟如下:
[0035]I)在前向鏈路31中，直接在紅外激光器111上加載一個PPM調(diào)制信號，從而產(chǎn)生一個PPM調(diào)制光信號。
[0036]2) 一部分PPM調(diào)制光信號被調(diào)制回復反射器端20的光探測器21接收到并將其轉(zhuǎn)換為電信號，信號解調(diào)器214將從電信號中解調(diào)出攜帶的數(shù)據(jù)。
[0037]3)在后向鏈路32中，一部分PPM調(diào)制光信號被調(diào)制回復反射器端20的調(diào)制回復反射器22接收到并對其進行OOK調(diào)制。特別指出，PPM符號與OOK符號之間是時間同步的，即一個PPM符號對應一個OOK符號。經(jīng)過再次調(diào)制的光信號將被調(diào)制回復反射器22反射回光收發(fā)器端，光收發(fā)器端將進行回傳數(shù)據(jù)的解調(diào)恢復。
[0038]至此，前向和后向鏈路的數(shù)據(jù)是可以同時傳輸?shù)?，也就實現(xiàn)了系統(tǒng)的全雙工通信。圖4(b)上半部分給出一個前向數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w示例，前向鏈路數(shù)據(jù)51對應4-PPM調(diào)制信號53。圖4(b)下半部分給出一個后向數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w示例，后向鏈路數(shù)據(jù)52對應OOK調(diào)制信號54。
[0039]本領域技術人員可顯見，本實用新型上述概述并不意味著闡述了本實用新型的每一個示例性的實施例或每一種實施方式，容易對本實用新型進行各種修改和形式替換而不偏離本實用新型的精神和范圍。因此，旨在使本實用新型覆蓋落在所附權利要求書及其等效技術方案范圍內(nèi)的對本實用新型的修改、替換及其等同形式。
【權利要求】
1.一種全雙工調(diào)制回復反射無線光通信系統(tǒng)，包括光收發(fā)器端和調(diào)制回復反射器端，其特征在于:所述光收發(fā)器端包含光發(fā)射器、第一光探測器、跟蹤瞄準設備；所述調(diào)制回復反射器端包含第二光探測器、調(diào)制回復反射器； 所述光發(fā)射器由紅外激光器、直流偏置電源、信號調(diào)制器、帶孔弧形反光鏡及望遠鏡系統(tǒng)組成；所述直流偏置電源和所述信號調(diào)制器一同加載在所述紅外激光器上，紅外激光器將向所述調(diào)制回復反射器端發(fā)射出一束光束；所述紅外激光器出射光束在穿過所述帶孔弧形反光鏡后進入所述望遠鏡系統(tǒng)，其將對光束進行擴束和整形，望遠鏡系統(tǒng)將接收到的光再投射到帶孔弧形反光鏡上； 所述第一光探測器由第一光電二極管、第一信號處理電路及第一信號解調(diào)器組成；帶孔弧形反光鏡出來的光會聚在所述第一光電二極管感光區(qū)域內(nèi)，第一光電二極管則將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述第一信號處理電路將對電信號進行濾波和放大處理，并將其傳送到所述第一信號解調(diào)器，第一信號解調(diào)器則將從電信號中恢復出其所攜帶的數(shù)據(jù)； 所述跟蹤瞄準設備將使光收發(fā)器端始終對準調(diào)制回復反射器端； 所述第二光探測器由第二望遠鏡系統(tǒng)、第二光電二極管、第二信號處理電路及第二信號解調(diào)器組成；所述第二望遠鏡系統(tǒng)將接收到的光會聚在所述第二光電二極管感光區(qū)域內(nèi)，第二光電二極管則將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述第二信號處理電路將對電信號進行濾波和放大處理，并將其傳送到所述第二信號解調(diào)器，第二信號解調(diào)器則將從電信號中恢復出其所攜帶的數(shù)據(jù)； 所述調(diào)制回復反射器由光學回復反射器和電光調(diào)制器組成，對入射光進行調(diào)制并將其逆向反射回去。
【文檔編號】H04B10/11GK203840342SQ201420235872
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權日:2014年5月9日
【發(fā)明者】楊國偉, 魏一振, 盧旸, 錢正豐, 周雪芳, 李齊良 申請人:杭州電子科技大學