本發(fā)明屬于光纖無線信號(hào)傳輸和可見光通信技術(shù)領(lǐng)域。

(二)

背景技術(shù)：

光纖雖然可以提供較大的帶寬和較低的損耗，但是考慮到其較高的成本和較差的靈活性，對于室內(nèi)接入來說，它不是一個(gè)很好的選擇。而無線信號(hào)因其具有移動(dòng)性和靈活性，獲得越來越多的關(guān)注。無線信號(hào)多用在低頻段，帶寬資源緊張，為了獲得更大的帶寬，人們開始研究高頻段的無線信號(hào)傳輸，如Ka-band，V-band，E-band和W-band。

此外，為了解決無線頻譜資源不足的問題，迫切需要一種有效的通信方式，于是可見光通信便出現(xiàn)了。可見光的頻帶從384THz到789THz，也就是說有大約400THz未授權(quán)的頻段可以使用。而且它比無線通信更加安全，在一些對電磁干擾比較敏感的地方，也可以采用可見光通信。由于我國在未來將采用LED燈來代替白熾燈，基于LED的可見光通信將有巨大的應(yīng)用潛力，它不僅可以實(shí)現(xiàn)照明，而且兼顧數(shù)據(jù)通信的功能。

但是受LED的調(diào)制帶寬以及較大的發(fā)射角度的限制，難以滿足高速率的室內(nèi)接入速率要求，而且其傳輸距離也有限，因此，要提高可見光通信的傳輸速率和傳輸距離，需要采用新的光源。最近，基于LD的可見光通信引起了人們的注意，它可以提供更大的調(diào)制帶寬和更遠(yuǎn)的傳輸距離。而且其定向性比較好，將來可以用于物聯(lián)網(wǎng)里面，進(jìn)行控制操作。但其安裝成本以及照明方面，是需要考慮的問題。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述情況，解決了室內(nèi)接入方式單一化的不足，提高了室內(nèi)接入的靈活性，具有創(chuàng)新性的實(shí)用價(jià)值。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的具體方法如下：

在中心站單元，利用外腔激光器和25GHz射頻源共同驅(qū)動(dòng)馬赫-曾德爾調(diào)制器來產(chǎn)生光頻梳；數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生基帶數(shù)據(jù)信號(hào)，通過一個(gè)馬赫-曾德爾調(diào)制器，將數(shù)據(jù)直接調(diào)制到光信號(hào)上；調(diào)節(jié)偏振控制器使得調(diào)制數(shù)據(jù)的馬赫-曾德爾調(diào)制器輸出功率最大化；調(diào)制方式采用光雙邊帶調(diào)制；經(jīng)光纖鏈路傳輸至基站單元后，采用一個(gè)摻鉺光纖放大器來補(bǔ)償光纖鏈路和器件連接處的損耗；對于無線傳輸，采用波長選擇開關(guān)，選擇出頻率為193.05THz和193.15THz的兩個(gè)光載波，經(jīng)光電檢測拍頻后，產(chǎn)生100GHz的毫米波信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；在用戶單元，采用發(fā)射天線和接收天線實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的發(fā)送和接收；通過一個(gè)功率檢波器對毫米波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢測并采用解調(diào)接收模塊對信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；對于基于LED的可見光通信，采用光帶通濾波器，選擇出頻率為193.1THz的光信號(hào)，并采用光電檢測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；在用戶單元，通過一個(gè)LED實(shí)現(xiàn)照明和通信；利用一個(gè)雪崩二極管，對接收的信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并通過解調(diào)接收模塊對電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；對于基于LD的可見光通信，采用光帶通濾波器，選擇出頻率為193.125THz的光信號(hào)，利用光電檢測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；在用戶單元，通過一個(gè)LD將信號(hào)調(diào)制到光載波上實(shí)現(xiàn)高速通信，并利用其定向性，可以進(jìn)行精準(zhǔn)定向控制操作；采用一個(gè)雪崩二極管，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，通過解調(diào)接收模塊對電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。

本發(fā)明通過采用光頻梳技術(shù)進(jìn)行不同類型的室內(nèi)接入，解決了單一室內(nèi)接入方式的不足，提高了室內(nèi)接入的靈活性以及綜合性能。

(四)附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施的實(shí)現(xiàn)方案結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明產(chǎn)生的光頻梳；

圖3為本發(fā)明實(shí)施的中心站單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施的基站單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施的用戶單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施的光纖無線室內(nèi)混合多接入系統(tǒng)的下行傳輸鏈路示意圖；

圖1、圖3，圖4，圖5和圖6中的數(shù)字分別代表如下實(shí)驗(yàn)器件：

1-外腔激光器(ECL)

2-馬赫-曾德爾調(diào)制器1

3-射頻源

4-偏振控制器(PC)

5-數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生器

6-馬赫-曾德爾調(diào)制器2

7-光纖鏈路(SSMF)

8-摻鉺光纖放大器(EDFA)

9-波長選擇開關(guān)(WSS)

10-光電檢測器1(PD1)

11-發(fā)射天線

12-接收天線

13-功率檢波器

14-解調(diào)接收模塊1

15-光帶通濾波器1(OBPF1)

16-光電檢測器2(PD2)

17-發(fā)光二極管(LED)

18-雪崩光電二極管1(APD1)

19-解調(diào)接收模塊2

20-光帶通濾波器2(OBPF2)

21-光電檢測器3(PD3)

22-激光二極管(LD)

23-雪崩光電二極管2(APD2)

24-解調(diào)接收模塊3

25-中心站單元(CS)

26-基站單元(BS)

27-用戶單元

(五)具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)例子和附圖，對本發(fā)明作具體說明。

由圖1所示，基于光頻梳的室內(nèi)毫米波和可見光通信混合多接入方法各部件分別說明如下：

外腔激光器1，用于產(chǎn)生頻率為193.1THz的連續(xù)波光載波；

馬赫-曾德爾調(diào)制器2，用于產(chǎn)生不同波長的光頻梳；

射頻源3，用于實(shí)現(xiàn)等間隔的光頻梳，間隔頻率等于射頻源的頻率；

偏振控制器4，用于控制進(jìn)入馬赫-曾德爾調(diào)制器的數(shù)據(jù)信號(hào)的偏振態(tài)，使其輸出光功率最大化；

數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生器5，用于產(chǎn)生基帶數(shù)據(jù)信號(hào)；

馬赫-曾德爾調(diào)制器6，用于將基帶數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到光載波上；

光纖鏈路7，用于傳輸光數(shù)據(jù)信號(hào)；

摻鉺光纖放大器8，用于放大經(jīng)光纖傳輸后的信號(hào)功率；

波長選擇開關(guān)9，用于濾出頻率為193.05THz和193.15THz的兩個(gè)光載波；

光電檢測器10，用于實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并拍頻產(chǎn)生100GHz毫米波信號(hào)；

發(fā)射天線11，用于發(fā)射毫米波信號(hào)；

接收天線12，用于接收經(jīng)無線傳輸后的毫米波信號(hào)；

功率檢波器13，用于對毫米波進(jìn)行包絡(luò)檢測，實(shí)現(xiàn)下變頻操作；

解調(diào)接收模塊14，用于對電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；

光帶通濾波器15，用于濾出頻率為193.1THz的光載波；

光電檢測器16，用于光電轉(zhuǎn)換；

發(fā)光二極管17，用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到光上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)照明；

雪崩光電二極管18，用于接收經(jīng)可見光傳輸后的信號(hào)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；

解調(diào)接收模塊19，用于對電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；

光帶通濾波器20，用于濾出頻率為193.125THz的光載波；

光電檢測器21，用于光電轉(zhuǎn)換；

激光二極管22，用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到可見激光上；

雪崩光電二極管23，用于接收經(jīng)可見激光傳輸后的信號(hào)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；

解調(diào)接收模塊24，用于對電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；

中心站單元25，用于產(chǎn)生光頻梳和光域數(shù)據(jù)信號(hào)；

基站單元26，用于選擇不同的光載波，以便實(shí)現(xiàn)不同類型的室內(nèi)接入；

用戶單元27，用于實(shí)現(xiàn)不同接入方式的融合；

圖2為本發(fā)明產(chǎn)生的光頻梳；

圖3為本發(fā)明的中心站單元的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

外腔激光器1，用于產(chǎn)生頻率為193.1THz的連續(xù)波光載波；

馬赫-曾德爾調(diào)制器2，用于產(chǎn)生不同波長的光頻梳；

射頻源3，用于實(shí)現(xiàn)等間隔的光頻梳，間隔頻率等于射頻源的頻率；

偏振控制器4，用于控制進(jìn)入馬赫-曾德爾調(diào)制器的數(shù)據(jù)信號(hào)的偏振態(tài)，使其輸出光功率最大化；

數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生器5，用于產(chǎn)生基帶數(shù)據(jù)信號(hào)；

馬赫-曾德爾調(diào)制器6，用于將基帶數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到光載波上；

圖4為本發(fā)明的基站單元的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

摻鉺光纖放大器8，用于放大經(jīng)光纖輸出后的信號(hào)的功率；

波長選擇開關(guān)9，用于濾出頻率為193.05THz和193.15THz的兩個(gè)光載波；

光電檢測器10，用于實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，并拍頻產(chǎn)生100GHz毫米波信號(hào)；

光帶通濾波器15，用于濾出頻率為193.1THz的光載波；

光電檢測器16，用于光電轉(zhuǎn)換；

光帶通濾波器20，用于濾出頻率為193.125THz的光載波；

光電檢測器21，用于光電轉(zhuǎn)換；

圖5為本發(fā)明的用戶單元的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

發(fā)射天線11，用于發(fā)射毫米波信號(hào)；

接收天線12，用于接收經(jīng)無線傳輸后的毫米波信號(hào)；

功率檢波器13，用于對毫米波進(jìn)行包絡(luò)檢測，實(shí)現(xiàn)下變頻操作；

解調(diào)接收模塊14，用于對電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；

發(fā)光二極管17，用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到光上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)照明；

雪崩光電二極管18，用于接收經(jīng)可見光傳輸后的信號(hào)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；

解調(diào)接收模塊19，用于對電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；

激光二極管22，用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到可見激光上；

雪崩光電二極管23，用于接收經(jīng)可見激光傳輸后的信號(hào)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；

解調(diào)接收模塊24，用于對電數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；

圖6為本發(fā)明的光纖無線室內(nèi)混合多接入系統(tǒng)的下行傳輸鏈路示意圖，包括：

中心站單元25，用于產(chǎn)生光頻梳和光域數(shù)據(jù)信號(hào)；

光纖鏈路7，用于傳輸光數(shù)據(jù)信號(hào)；

基站單元26，用于選擇不同的光載波，以便實(shí)現(xiàn)不同類型的室內(nèi)接入；

用戶單元27，用于實(shí)現(xiàn)不同接入方式的融合；

本發(fā)明基于光頻梳的室內(nèi)混合多接入系統(tǒng)工作過程如下：

在中心站單元25，通過外腔激光器1和射頻源3對馬赫-曾德爾調(diào)制器2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生間隔為25GHz的光頻梳；利用馬赫-曾德爾調(diào)制器6將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)生器5產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)信號(hào)直接調(diào)制到光信號(hào)上；通過調(diào)諧偏振控制器4使得馬赫-曾德爾調(diào)制器6輸出功率最大化；調(diào)制方式采用光雙邊帶調(diào)制；經(jīng)光纖鏈路7傳輸至基站單元26后，采用一個(gè)摻鉺光纖放大器8來補(bǔ)償光纖鏈路和器件連接處的損耗；對于無線傳輸，通過波長選擇開關(guān)9，選擇出頻率為193.05THz和193.15THz兩個(gè)光載波；通過光電檢測器10拍頻產(chǎn)生100GHz的毫米波信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；到了用戶單元27，采用發(fā)射天線11和接收天線12實(shí)現(xiàn)無線毫米波信號(hào)的發(fā)送和接收；通過一個(gè)功率檢波器13對毫米波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢測，實(shí)現(xiàn)下變頻操作，并采用解調(diào)接收模塊14對信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；對于基于發(fā)光二極管(LED)的可見光傳輸，采用光帶通濾波器15，選擇出頻率為193.1THz的光載波，并采用光電檢測器16進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；在用戶單元27，通過發(fā)光二極管17，實(shí)現(xiàn)照明和通信；采用一個(gè)雪崩二極管18，對接收的到信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并通過解調(diào)接收模塊19對電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；對于基于激光二極管(LD)的可見光傳輸，通過光帶通濾波器20，選擇出頻率為193.125THz的光載波，利用光電檢測器21將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；在用戶單元27，通過可見光波段的激光二極管22，將信號(hào)調(diào)制到光上實(shí)現(xiàn)高速通信，并利用其定向性，可以對智能家居里的電器進(jìn)行控制操作；采用雪崩二極管23，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，通過解調(diào)接收模塊24對電信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。

(六)主要技術(shù)優(yōu)勢

本發(fā)明基于光頻梳的室內(nèi)混合多接入系統(tǒng)，采用馬赫-曾德爾調(diào)制器產(chǎn)生不同波長的光頻梳。經(jīng)光纖傳輸，利用波長選擇開關(guān)和光帶通濾波器，選擇出不同的波長，并進(jìn)行三種不同方式的室內(nèi)接入。本發(fā)明充分利用無線接入高度移動(dòng)性，基于LED的可見光通信的照明與通信的深度耦合，同時(shí)彌補(bǔ)無線頻譜匱乏問題，以及基于LD的可見光通信的高速傳輸，準(zhǔn)確定向，有效的解決了單一室內(nèi)接入方式的不足，提高了室內(nèi)接入的靈活性和綜合性，具有創(chuàng)新性的實(shí)用價(jià)值。