一种共振光通信装置
文献发布时间:2023-06-19 11:57:35
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域,尤其是一种共振光通信装置。
背景技术
随着移动通信技术由1G发展到5G,无线通信系统使用的载波 频率越来越高,由最初的150MHz发展到现在的几十GHz,一方面 是因为低频段的频谱资源趋于饱和,另一方面是因为低频段资源提供 的通信带宽有限,无法满足当今人们对带宽的需求。因此,为了满足 未来通信发展的需求,实现高速、宽带的无线通信势必要向高频段开 发新的频谱资源。由于光波的波长较短且具有几百THz的频率,将 光作为无线通信的载体势必会成为未来无线通信的重要技术手段。
传输速率与移动性之间的权衡是在发展无线光通信技术中势必 要解决的难题。具体来说,以LED灯作为光源的可见光无线通信具 有很大的覆盖面积,移动终端可以在光的覆盖面积内自由移动且不会 中断通信,具有较好的移动性,但灯光的调制带宽有限,会对通信的 传输速率产生很大的限制。另一类无线光通信技术是以激光作为光源 的定向激光通信,这类技术可以实现Gbps级别的传输速率,但需要 使用复杂的机械装置完成瞄准,捕获,跟踪等操作,且机械装置的响 应速度较慢,成本较高,对移动性有极大的限制。
利用分布式光学谐振腔形成稳定的光束,并将其作为载体实现无 线通信是一种新兴的无线光通信技术,该种技术在具有较高传输速率 的同时,也具有较好的移动性,是一种可以突破无线光通信技术发展 瓶颈的技术。
由于光束在谐振腔内进行往复运动,直接将信号调制到光束上会 不可避免地产生非常严重的腔内回波干扰问题,即携带已调信号的光 束在谐振腔内往复运动,影响了后续的通信过程。回波干扰的存在, 对通信的正常进行产生了非常严重的约束,使其在传输速率和移动性 方面的优势无法充分展现出来。因此,如何消除回波干扰是发展该种 通信技术势必要解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明创造的实施例采用的一个技术方案 是:提供一种共振光通信装置,包括:形成分布式光学谐振腔的主机 1和从机2,其中,所述主机1包括:依次设置在光束路径上的第一 回复反射器11、第一增益介质12、第一分束器13、电光调制器14和信号处理器15、所述从机2包括设在光束路径上的第二回复反射 器21、第二增益介质22、第二分束器23和探测解调模块24;
其中,所述第一回复反射器11和所述第二回复反射器21用于将 进入的入射光按照原入射方向进行反射;
所述第一分束器13对经所述第一增益介质12增益后的出射光进 行分束以及将分束后的第一光束导入至信号处理器15中;
所述信号处理器15用于对第一光束进行光电转换并对转换后的 电信号中携带的待检测信息进行实时检测,当检测到所述电信号中的 同步序列结束时,将目标信息输入至所述电光调制器14中;
所述电光调制器14将所述目标信息加载至所述第一光束中,并 通过所述第二分束器23分束进入探测解调模块24对待检测信息进行 光电转换,对并转换后的电信号进行信号处理后输出以实现主机1和 从机2的通信。
进一步地,所述第一分束器13用于将反射光按照预设的比例分 束为第一光束反射光和第二光束透射光,以及将所述第一光束反射光 导入至所述信号处理模块15中。
进一步地,所述信号处理模块15还包括:用于接收第一分束器 13的反射光以及连接所述信号发生器的时间同步模块151。
进一步地,所述时间同步模块151包括:用于接收第一分束器 13分出的调制光并以电信号的形式输出探测结果的第一光电探测器 1511。
进一步地,所述信号处理模块15还包括:与所述电光调制器14 电连接用于产生模拟信号的信号发生器152。
进一步地,所述时间同步模块151包括:同步电路1512,用于 对所述第一光电探测器1511输出的电信号进行实时检测,以及当检 测到电信号中的同步序列结束时,控制所述信号发生器152工作,输 出模拟信号并发送到所述电光调制器14。
进一步地,所述探测解调模块24包括:用于接收第二分束器输 出的调制光以及以电信号输出探测结果的第二光电探测器241。
进一步地,所述探测解调模块24还包括:接收所述第二光电探 测器241输出的探测结果并对所述探测结果进行解调以还原出原始 信息的解调器242。
进一步地,所述第一光电探测器1511为自由空间型探测器。
进一步地,所述第二光电探测器241为自由空间型探测器。
本发明实施例的有益效果是:本发明在分布式光学谐振腔的基础 上加以改进,并结合时间同步模块,使系统主机和从机之间可以实现 无腔内干扰的远距离通信;当增益介质处于工作状态时,主机和从机 之间可以自发地建立起与激光类似的共振光,可以实现较高的传输速 率;当主机和从机自由移动时,通信链路不会中断,即使发生中断也 可以快速重新建立链接,具有较好的移动性;当外来物体进入到共振 腔时,会阻断光的传播,破坏光的共振状态,避免光束对外来物体造 成伤害,具有较好的移动性。将分束器,电光调制器和光电探测器等 光学器件与时间同步模块结合,解决了阻碍共振光通信发展的腔内回 波干扰问题。综上所述,本系统在保证较高传输速率的同时,具有较 好的移动性和较好的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例 描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的 附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付 出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种共振光通信装置示意图;
图2为本发明实施例提供的另一种共振光通信装置示意图;
图3为本发明实施例提供的再一种共振光通信装置示意图;
图4为本发明实施例提供的一种时间同步的基本流程示意图;
图5为本发明实施例提供的另一种时间同步的基本流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技 术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属 于本发明保护的范围。
如图1所示,一种共振光通信装置,包括:形成分布式光学谐振 腔的主机1和从机2,其中,所述主机1包括:依次设置在光束路径 上的第一回复反射器11、第一增益介质12、第一分束器13、电光调 制器14和信号处理器15、所述从机2包括设在光束路径上的第二回复反射器21、第二增益介质22、第二分束器23和探测解调模块24;
其中,所述第一回复反射器11和所述第二回复反射器21用于将 进入的入射光按照原入射方向进行反射;
所述第一分束器13对经所述第一增益介质12增益后的出射光进 行分束以及将分束后的第一光束导入至信号处理器15中;
所述信号处理器15用于对第一光束进行光电转换并对转换后的 电信号中携带的待检测信息进行实时检测,当检测到所述电信号中的 同步序列结束时,将目标信息输入至所述电光调制器14中;
所述电光调制器14将所述目标信息加载至所述第一光束中,并 通过所述第二分束器23分束进入探测解调模块24对待检测信息进行 光电转换,对并转换后的电信号进行信号处理后输出以实现主机1和 从机2的通信。
本实施例中,光学谐振腔是由两个光学反射镜面和之间的增益介 质组成的,光子经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡,运行时不 断与受激粒子相遇而产生受激辐射,最后形成稳定的激光输出到腔外。
如图1所示,分布式光学共振系统的组成部分被分为共振光发射 器和共振光接收器两部分。需要特别说明的是,系统中R1和R2为 回复反射器,当入射光进入回复反射器后,将沿着入射方向被反射回 去,使共振光接收器在自由移动的情况下也可以维持光路稳定,这种 特性使系统具有很好的移动性。因此在这种结构下,腔内光束会在发 射器和接收器之间不断反射往返运动,且增益介质可以弥补往返运动 中产生的功率损耗,使腔内光束维持平稳状态。
若光束在传播的过程中被物体挡住,则会因无法沿着原入射方向 被反射回去而导致共振状态无法稳定,连接中断,这种特性使系统具 有很好的安全性。
本实施例中,通信装置包括了主机1和从机2两个设备,主机1 中的第一回复反射器11和第一增益介质12与从机2中的第二回复反 射器21和第二增益介质22构成了分布式光学谐振腔,确保光可以在 从机1和主机2之间往返运行形成稳定的共振光。为了实现主机1和 从机2之间的通信,在主机1的光束路径上放置电光调制器14,将 要发送的信息加载到腔内光束上面,在从机通过第一分束器13将部 分腔内光束引入探测解调模块24,将发送的信息恢复出来。
本发明的一个实施例,所述第一分束器13用于将反射光按照预设 的比例分束为第一光束反射光和第二光束透射光,以及将所述第一光 束反射光导入至所述信号处理模块15中。
需要说明的是,第一分束器13可以将腔内光束分为两部分:透射 光和反射光,且分出的各光束的功率占原输入光束功率的一定比例。 反射光送入到信号处理模块,用以完成时间同步工作,透射光在腔内 进行往返运动,用以维持腔内光束的稳定性。
如图2~4所示,本发明的一个实施例,所述信号处理模块15还 包括:用于接收第一分束器13的反射光以及连接所述信号发生器的 时间同步模块152以及与所述电光调制器14电连接用于产生模拟信 号的信号发生器152。
本发明的一个实施例,所述时间同步模块151包括:用于接收第 一分束器13分出的调制光并以电信号的形式输出探测结果的第一光 电探测器1511。以及同步电路1512,其中,同步电路1512用于对所 述第一光电探测器1511输出的电信号进行实时检测,以及当检测到 电信号中的同步序列结束时,控制所述信号发生器152工作,输出模 拟信号并发送到所述电光调制器14。
本实施例中,通过对腔内光束上携带信息的实时检测,来决定何 时将待发送信息加载到腔内光束上。本发明在主机1的光束路径上的 第一增益介质12的电光调制器14之间插入一个第一分束器13,将 部分腔内光束导入到信号处理模块15,在完成处理操作后,将待发 送信息通过电光调制器14加载到腔内光束上。电光调制器14将输入 光束的参数进行改变后输出,改变的参数包括光的振幅,相位和频率 中的一项或多项。当电光调制器14为振幅电光调制器时,通过识别 输入的电信号的电压变化来改变光的振幅,将信息加载到光束上。
时间同步模块151通过对第一分束器13分出的反射光进行实时检 测,来控制信号发生器何时产生模拟信号并输入到电光调制器14中。 信号发生器152可以将输入的数字信号转换为特定频率的模拟信号, 输入到电光调制器14中。
本发明的一个实施例,如图5所示,当主机1和从机2第一次进 行通信时,即在第一个周期时,发送信号由同步序列,保护间隔,帧 和保护间隔组成。从主机1和从机2进行第二次通信开始,发送信号 仅由帧和保护间隔组成。需要特别强调的一点是,在每一个周期内,帧的长度都必须完全相同。
同步电路1512对第一光电探测器1511输入的电信号进行实时检 测,当检测到同步序列恰好结束时,通知信号发生器152产生要发送 的信号,输入到电光调制器14中,将信号加载到腔内光束上,如图 3所示,同步电路可以使每一个周期发送的信号实现完美乘性叠加。 从机2中的解调器将本次接收到的信号与上次接收到的信号相除,便 可以得到当前周期内主机发送的信号,实现无回波干扰的共振光通信。
可选地,第一光电探测器1511为自由空间型探测器。
本发明的一个实施例,所述探测解调模块24包括:用于接收第 二分束器输出的调制光以及以电信号输出探测结果的第二光电探测 器241。探测解调模块24还包括:接收所述第二光电探测器241输 出的探测结果并对所述探测结果进行解调以还原出原始信息的解调 器242。
本发明实施例中,光电探测器14接收分束器反射出的部分腔内 光束,并将其转换为电信号输入到解调器242中。解调器242包括除 法器及低通滤波器等。任何可以从光电探测器输出电信号中恢复出原 始信息信号的器件或模块都可以视为是所述的解调器。第二光电探测 器241将分束器分出的腔内光束转换为电信号,输入到同步电路当中。 需要说明的是,第二光电探测器241为由空间型探测器。
本发明中涉及的光包括红外光,紫外光和可见光等。只需将所述 的回复反射器替换为对对应波段光具有回复发射的器件,所述电光调 制器,光电探测器,分束器等光学器件替换为对应波段的电光调制器, 光电探测器,分束器等光学器件,所述增益介质替换为对对应波段的 光具有增益作用的增益介质。
本发明的基于时间同步模块的无腔内干扰的共振光通信装置,采 用的分布式光学谐振腔类似于传统激光通信中的光学谐振腔,因此该 装置的腔内光束具有很高的功率密度,可以实现较高的传输速率。由 于回复反射器可以使入射光沿着入射方向被反射回去,该装置可以在 从机自由移动的状态下进行通信,具有较好的移动性。由于腔内光束 系统的物理原理,当有异物阻碍光束传播时,连接会立即中断,具有 较好的安全性。
本发明结构涉及到共振光通信领域,但与现有技术不同的是,本 发明为消除腔内的回波干扰,实现高传输速率,增加了含有同步电路 的信号处理模块来实现回波干扰消除。此外,也描述了一种可行的调 制和解调方案,以满足未来通信发展的需求。
以上所述仅是本发明的部分实施方式,应当指出,对于本技术领 域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出 若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
- 一种基于回波干扰消除的共振光通信装置
- 一种共振光通信装置