專利名稱：基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本裝置涉及的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)闊o源光網(wǎng)絡(luò)(PON)領(lǐng)域和自由空間光通信領(lǐng)域，特別是 一種基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，一種光發(fā)射模塊以及一種基于無源光網(wǎng)絡(luò)的 自由空間光通信方法。
背景技術(shù)：
自由空間光通信(Free Space Optical Communication，簡(jiǎn)稱FS0)，也稱為無線激 光通信，是一種通過激光在大氣信道中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)間語音、數(shù)據(jù)、 圖像信息的雙向通信技術(shù)。廣義的自由空間光通信系統(tǒng)包括星際間的通信和大氣間的通 信，狹義的自由空間光通信系統(tǒng)就是指大氣間的無線傳輸。作為當(dāng)今十大電信熱點(diǎn)技術(shù)之 一，F(xiàn)SO具有成本低廉、安裝快捷、傳輸帶寬寬、安全保密性強(qiáng)、協(xié)議透明、無需頻譜許可證等 優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多的企業(yè)以及運(yùn)營(yíng)商的重視，將成為今后構(gòu)筑電信網(wǎng)的一項(xiàng)重要技術(shù)。FSO以其獨(dú)特的性質(zhì)，在很多領(lǐng)域都能有廣泛的應(yīng)用，例如1.城域網(wǎng)的擴(kuò)展，F(xiàn)SO可以用于擴(kuò)展已有的城域網(wǎng)，將新的網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)相連接。2.企業(yè)、校園互連。通常局域網(wǎng)對(duì)傳輸距離要求不是太高，這時(shí)，F(xiàn)SO系統(tǒng)以其靈 活性應(yīng)用于很多企業(yè)和學(xué)校，作為局域網(wǎng)之間的連接。3.軍事應(yīng)用FSO以其高保密性和安裝快捷的特性廣泛的應(yīng)用于軍事場(chǎng)所。4.作為光纖的補(bǔ)充，目前大多數(shù)電信運(yùn)營(yíng)商都采用兩條光纖連接來保證所構(gòu)建的 的商業(yè)應(yīng)用網(wǎng)的安全，現(xiàn)在，運(yùn)營(yíng)商無需部署兩條光纖鏈路，可以選擇FSO系統(tǒng)作為備份光 纖的冗余鏈路，以節(jié)省投資。目前的FSO裝置均是基于同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy SDH) 的紅外傳輸設(shè)備。SDH是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操 作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。面對(duì)IP化的浪潮，出現(xiàn)了 GP0N/EP0N等寬帶接入技術(shù)，PON跟傳 統(tǒng)SDH系統(tǒng)相比，傳輸協(xié)議完全不同，具有如下特點(diǎn)1.局端(即光線路終端optical line terminal 0LT)與用戶(光網(wǎng)絡(luò)單元 optical network unit 0NU)之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機(jī)房、無需 配備電源、無需有源設(shè)備維護(hù)人員，因此，可有效節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本；2. EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式同時(shí)也是用戶局域網(wǎng)/駐地網(wǎng)的主流技術(shù)，二者具 有天然的融合性，消除了復(fù)雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來的成本因素；3.采用單纖波分復(fù)用技術(shù)(下行1490nm，上行1310nm)，僅需一根主干光纖和一個(gè) 0LT，傳輸距離可達(dá)20公里。在ONU側(cè)通過光分路器分送給最多32個(gè)用戶，因此可大大降 低OLT和主干光纖的成本壓力；4.上下行均為千兆速率，下行采用針對(duì)不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼挘?上行利用時(shí)分復(fù)用(TDMA)共享帶寬。高速寬帶，充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求，并可方 便靈活的根據(jù)用戶需求的變化動(dòng)態(tài)分配帶寬；可見PON傳輸系統(tǒng)與SDH系統(tǒng)有著明顯的區(qū)別，是兩種完全不同的傳輸協(xié)議，原有的應(yīng)用于SDH框架的FSO并不適用于PON傳輸協(xié)議。因此，目前的市場(chǎng)上的無線光傳輸系 統(tǒng)(FSO)在PON網(wǎng)絡(luò)中無法使用，本裝置正是針對(duì)這一市場(chǎng)空白，應(yīng)用于PON接入網(wǎng)技術(shù)， 在最后一公里接入等領(lǐng)域無法鋪設(shè)光纜的情況下，使用本裝置實(shí)現(xiàn)光信號(hào)透明傳輸。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，包括無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊，用于對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)輸入的光信號(hào)進(jìn)行處理，將所述無源光 網(wǎng)絡(luò)輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；對(duì)來自光接收模塊的電信號(hào)進(jìn)行處理，將所述來自光接 收模塊的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并耦合入光纖，輸出到無源光網(wǎng)絡(luò)；光發(fā)射模塊，用于實(shí)現(xiàn)電/光調(diào)制與轉(zhuǎn)換，將來自無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào) 轉(zhuǎn)換成攜帶信息的紅外信號(hào)，并通過光發(fā)射天線模塊將所述紅外信號(hào)輻射至自由空間進(jìn)行 傳輸；光接收模塊，用于將來自光接收天線模塊的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電信號(hào)傳 送到無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊；光發(fā)射天線模塊，用于將紅外信號(hào)輻射至自由空間進(jìn)行傳播；光接收天線模塊，用于對(duì)來自自由空間的紅外信號(hào)進(jìn)行能量聚焦，并將其發(fā)送至 光接收模塊。光發(fā)射模塊單元包括光源；雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并驅(qū)動(dòng) 光源工作，使光源發(fā)射不同強(qiáng)度的紅外激光；光分路器，用于將紅外信號(hào)分成四路發(fā)射信號(hào)，并送入光發(fā)射天線模塊；反饋控制回路，用于自動(dòng)功率控制，使發(fā)光元件保持穩(wěn)定的平均功率。所述光源采用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，用于發(fā)射波長(zhǎng)為820nm 850nm的紅 外激光。所述雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，采用雙頭脈沖間隔調(diào)制幀對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模 塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述雙頭脈沖間隔調(diào)制幀由字頭與信息幀組成，字頭為兩種不 同寬度起始脈沖，信息幀采用兩個(gè)光脈沖之間的間隔時(shí)隙數(shù)來表征信息。所述光接收模塊包括光電檢測(cè)器，用于將紅外激光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；前置放大器，用于對(duì)電信號(hào)進(jìn)行初步放大；主放大器，用于對(duì)初步放大后的電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大；信號(hào)處理器，用于對(duì)主放大器輸出信號(hào)進(jìn)行處理，還原信號(hào)。所述光電檢測(cè)器為PIN光電二極管或者雪崩光電二極管(APD)。所述前置放大器為低噪聲放大器，所述主放大器為功率放大器。該裝置還包括系統(tǒng)控制模塊，用于控制所述自由空間光通信裝置；對(duì)準(zhǔn)模塊，用于在至少兩個(gè)所述自由空間光通信裝置之間進(jìn)行瞄準(zhǔn)。光發(fā)射模塊和光接收模塊均采用不同波長(zhǎng)的紅外激光以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性。
5[0038]光發(fā)射模塊和光接收模塊采用波長(zhǎng)為850nm和820nm的紅外激光。光發(fā)射模塊和光接收模塊均采用四束光發(fā)送和接收，在接收通道應(yīng)用相應(yīng)的窄帶 干涉濾光片。一種光發(fā)射模塊，其特征在于，包括光源；雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并驅(qū)動(dòng) 光源工作，使光源發(fā)射不同強(qiáng)度的紅外激光；光分路器，用于將紅外信號(hào)分成四路發(fā)射信號(hào)，并送入光發(fā)射天線模塊；反饋控制回路，用于自動(dòng)功率控制，使發(fā)光元件保持穩(wěn)定的平均功率；所述雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，采用雙頭脈沖間隔調(diào)制幀對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模 塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，其中所述雙頭脈沖間隔調(diào)制幀由字頭與信息幀組成，字頭為兩種不 同寬度起始脈沖，信息幀采用兩個(gè)光脈沖之間的間隔時(shí)隙數(shù)來表征信息?！N基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信方法，其特征在于，包括在發(fā)射端，通過無源光網(wǎng)絡(luò)的接口將來自無源光網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)通過無源光網(wǎng)絡(luò)的接 口轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)中攜帶需傳播的信息。對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行編碼后，用于驅(qū)動(dòng)紅外激光器的發(fā)射將該電信號(hào)調(diào)制到發(fā)射的紅 外激光信號(hào)上，將該紅外激光信號(hào)輻射到自由空間中進(jìn)行傳播。在接收端，來自自由空間的紅外激光信號(hào)，通過光學(xué)接收天線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào)通過放大、整形、解碼后，恢復(fù)信號(hào)，輸入無源光網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)器模塊，轉(zhuǎn)變成 光纖信號(hào)，饋入光纖，輸出到無源光網(wǎng)絡(luò)。

圖1基于PON的自由空間光通信裝置的應(yīng)用場(chǎng)合圖2基于PON的自由空間光通信裝置的原理框圖圖3P0N接口模塊內(nèi)部工作示意圖圖4基于PON的自由空間光通信裝置的4路發(fā)射示意圖圖5雙頭脈沖間隔調(diào)制信息幀示意圖圖6VCSEL及其驅(qū)動(dòng)電路示意圖圖7APD光電檢測(cè)電路圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本裝置的具體實(shí)施作詳細(xì)的闡述。圖1為裝置的應(yīng)用場(chǎng)合示意圖，來自PON設(shè)備的信號(hào)經(jīng)過接口模塊的信息處理后， 轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，通過光發(fā)射模塊驅(qū)動(dòng)激光器，激光器所發(fā)的四路光束經(jīng)光學(xué)發(fā)射天線定向 發(fā)射到空間。來自空間另一終端的光信號(hào)，經(jīng)四路光學(xué)接收天線接收，并經(jīng)四合一耦合光纖 將光信號(hào)耦合到光接收模塊中的光電變換器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送往接口模塊傳送 至PON網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。下文將詳述各部分的設(shè)計(jì)與功能PON 接 口模塊[0062]PON接口模塊主要功能為對(duì)光纖輸入信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)、碼型轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換為適宜 進(jìn)行光發(fā)射器件調(diào)制的電信號(hào)；對(duì)光接收器件解調(diào)后的電信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘提取、數(shù)據(jù)判決、擾 碼、碼型轉(zhuǎn)換形成幀數(shù)據(jù)流，驅(qū)動(dòng)并耦合入光纖，其內(nèi)部工作示意圖如圖3所示。光發(fā)射模塊本模塊主要實(shí)現(xiàn)電/光調(diào)制與轉(zhuǎn)換，來自PON接口模塊的電信號(hào)，經(jīng)過2個(gè)分路緩 沖器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成攜帶信息的紅外信號(hào)。具體而言，發(fā)送端通過2個(gè)分路緩沖器將 一路電信號(hào)分成四路，再通過雙頭脈沖位置調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)紅外激光器發(fā)射激光，送入 發(fā)射天線模塊。本模塊是本裝置的關(guān)鍵技術(shù)之一，為了減少大氣湍流及振動(dòng)給光信號(hào)帶來的影 響。為了減少大氣環(huán)境和安裝無線光端機(jī)的建筑物地?cái)[等因素對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的信號(hào)傳輸質(zhì)量的 影響，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，本裝置采用四路發(fā)射和四路接收的方法，其原理框圖如圖4 所示。本裝置根據(jù)應(yīng)用范圍和實(shí)用性來考慮首選820nm、850nm波長(zhǎng)的垂直腔面發(fā)射激 光器VCSEL激光器。雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路中，電信號(hào)先被調(diào)制后再驅(qū)動(dòng)電路，信息是由兩個(gè)光 脈沖之間的間隔時(shí)隙數(shù)來表示的，一幀分為M個(gè)時(shí)隙，每Iog2M位的二進(jìn)制信息被編碼為兩 個(gè)相鄰的光脈沖之間的時(shí)隙數(shù)，并采用兩種起始脈沖，符號(hào)&由頭部時(shí)隙和后續(xù)的dn個(gè)空 時(shí)隙組成，其中
^ \k k < 2mad =<
[2M-l-k k>2Ml %頭部時(shí)隙由a+1個(gè)時(shí)隙組成(a為整數(shù))，這里考慮兩種形式H1和吐。H1起始脈沖 寬度為加個(gè)時(shí)隙，其后為加+1個(gè)保護(hù)時(shí)隙；H2起始脈沖寬度為a個(gè)時(shí)隙，其后為一個(gè)保護(hù) 時(shí)隙。當(dāng)k<2H時(shí)，符號(hào)&的頭部時(shí)隙為H1,反之為H2。脈沖的平均長(zhǎng)度為L(zhǎng)i個(gè)時(shí)隙山 為3a/4。具體的符號(hào)結(jié)構(gòu)如圖5所示。另外，由于發(fā)光元件的發(fā)光效率會(huì)隨時(shí)間和溫度變化，所以驅(qū)動(dòng)器部分還包括一 個(gè)用于自動(dòng)功率控制的反饋控制回路，能夠保持穩(wěn)定的平均功率。VCSEL管發(fā)射電路如圖6所示，激光驅(qū)動(dòng)器MAX3263接收差動(dòng)PECL信號(hào)輸入，提 供互補(bǔ)輸出電流，單電源+5V供電。MAX3263允許調(diào)制電流最大為30mA，偏置電流最大為 60mA，為設(shè)計(jì)光發(fā)射器的VCSEL管提供了足夠?qū)挼恼{(diào)制范圍，MAX3263的主要實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償 參考發(fā)生器、自動(dòng)功率控制(APC)和調(diào)制驅(qū)動(dòng)等功能。由于激光器輸出功率及工作穩(wěn)定度受溫度影響較大，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)利用 參考電壓來設(shè)置激光驅(qū)動(dòng)器、激光二極管和監(jiān)測(cè)光電二極管的電流，保證激光器輸出的光 信號(hào)不受溫度影響。自動(dòng)功率控制(APC)通過用一個(gè)三極管作為開關(guān)，串接一個(gè)電阻R，當(dāng) 三極管導(dǎo)通時(shí)R與調(diào)制電阻Rmiset并聯(lián)則等效電阻減小，從而增大調(diào)制電流，系統(tǒng)工作在大 功率狀態(tài)；當(dāng)三極管截止時(shí)，只有Rmiset起作用，系統(tǒng)工作在小功率狀態(tài)，這樣就通過三極管 的導(dǎo)通和截止來實(shí)現(xiàn)調(diào)整偏置電流的大小，產(chǎn)生恒定的輸出功率。由于MAX3263的調(diào)制電 流是15. 9mA，故設(shè)置調(diào)制電阻Rmotset為2. 1ΙΩ。激光器驅(qū)動(dòng)是光發(fā)射子系統(tǒng)中消耗功率最 大的地方，由于偏置電流一直存在，因此降低VCSEL管的閾值電流可以有效降低系統(tǒng)功率消耗和發(fā)熱，我們可以在OUT+和OUT-之間接一個(gè)18 Ω的串聯(lián)電阻減少功率消耗。光發(fā)射天線光發(fā)射天線是由多組光學(xué)透鏡及其與激光器連接的引導(dǎo)光纖和瞄準(zhǔn)裝置組成，主 要實(shí)現(xiàn)將激光器產(chǎn)生的激光通過引導(dǎo)光纖送至光學(xué)發(fā)射天線，并通過光學(xué)發(fā)射天線將激光 平行準(zhǔn)直地發(fā)送至大氣中。引導(dǎo)光纖主要完成激光器與激光發(fā)射光學(xué)天線之間的連接，對(duì)引導(dǎo)光纖的要求與 光纖通信中對(duì)光纖的要求相同，要求光纖的數(shù)值孔徑要大，盡可能使激光器發(fā)射的激光最 大限度地耦合到光纖中去，減小插入損耗。光發(fā)射天線主要是將引導(dǎo)光纖傳送來的激光光束聚焦并以較小的發(fā)射弧度平行、 準(zhǔn)直地發(fā)射出去。采用4路透鏡天線進(jìn)行發(fā)射。光接收天線本模塊和發(fā)射端相對(duì)對(duì)應(yīng)也是采用四路分集接收，以減少大氣湍流及振動(dòng)給光信 號(hào)帶來的影響。接收光學(xué)模塊主要完成對(duì)發(fā)射端發(fā)送的空間激光信號(hào)進(jìn)行收集并聚焦送入 引導(dǎo)光纖，并將四路光信號(hào)合波成一路光信號(hào)送入光電檢測(cè)器端面。光學(xué)透鏡是由多組鏡片組成，包括陽光濾波器和頻譜濾波器和外層光學(xué)透鏡。由 于本裝置采用四光束發(fā)送，因此在接收端需將四個(gè)鏈路傳輸過來的光波進(jìn)行疊加以得到將 大能量的光信號(hào)，提高整個(gè)系統(tǒng)的傳輸能量。本裝置選擇F-P干涉帶通濾光片作為濾波裝置，它具有高的峰值透射率和較寬的 長(zhǎng)波截止區(qū)等優(yōu)良特性，串置組成簡(jiǎn)單濾光片，可以改變?yōu)V光片通帶的形狀。由于本裝置采 用的波長(zhǎng)為820nm和850nm的VCSEL激光器，所以需要選用波長(zhǎng)為820nm和850nm兩種不 同波長(zhǎng)的F-P干涉帶通濾光片。光接收模塊本模塊的功能是對(duì)來自光接收天線的信號(hào)，通過光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)換將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)。由光電探測(cè)器、前置放大器和主放大器等三個(gè)單元組成。激光接收模塊主要完成 光/電轉(zhuǎn)換，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和處理，將其還原成原信號(hào)，兩種放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。光電檢測(cè)器是光接收部分的核心，其主要實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)還原成電信號(hào)。常用的光 電檢測(cè)器主要是PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)。前置放大器主要是對(duì)接收信號(hào) 進(jìn)行初步放大，要求選擇低噪聲放大器，主放大器再對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的放大，要求高增益 放大器。APD管將檢出的電流首先送到前置放大器。前置放大器有低阻抗、高阻抗和跨阻抗 (TIA)三種形式，其中TIA的負(fù)反饋使有效輸入阻抗降低了 G倍，G是前置放大器的增益，從 而使其帶寬比高阻抗增加了 G倍，動(dòng)態(tài)范圍也同時(shí)提高，所以具有頻帶寬、噪聲低、靈敏度 高、動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用TIA形式的前置放大器。MAX3266是跨阻型的前置放大 器，其輸入?yún)⒖荚肼曤娏?00nA，帶寬920MHz。為了避免由于強(qiáng)激光信號(hào)引起的失真造成誤 碼，MAX3266允許高達(dá)ImA (p-p)的輸入電流過載；為了提高接收機(jī)靈敏度，實(shí)現(xiàn)在微弱激光 信號(hào)下的的可靠接收，MAX3266允許的動(dòng)態(tài)范圍是_24dBm OdBm(850nm)，驅(qū)動(dòng)電路如圖7 所示。系統(tǒng)控制模塊[0087]本系統(tǒng)的控制模塊主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的功能；一是接收光強(qiáng)度監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān) 控發(fā)送和接收到信號(hào)質(zhì)量，以便于調(diào)整光端機(jī)獲得最佳接收；二信號(hào)過載指示，在接收端信 號(hào)過載時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；三是信號(hào)丟失指示，接收端檢測(cè)到信號(hào)丟失或嚴(yán)重誤碼時(shí)產(chǎn)生報(bào) 警；四是用戶接口切換功能。此部分采用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，選擇單片機(jī)時(shí)在容量與速度方面留有余量，便于系 統(tǒng)功能的擴(kuò)充與升級(jí)。對(duì)準(zhǔn)模塊本模塊采用望遠(yuǎn)鏡方式進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。采用人眼瞄準(zhǔn)器具和自行研制的具有高度靈活 性及穩(wěn)定性的手工調(diào)整方法進(jìn)行快速對(duì)準(zhǔn)。調(diào)整支架可采用能升降的并能固定在通信車 上的三角支架，支架上裝有多維調(diào)整裝置，發(fā)射、接收天線和瞄準(zhǔn)器具就裝在多維調(diào)整裝置 上。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于，包括無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊，用于對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)輸入的光信號(hào)進(jìn)行處理，將所述無源光網(wǎng)絡(luò) 輸入的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；對(duì)來自光接收模塊的電信號(hào)進(jìn)行處理，將所述來自光接收模 塊的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并耦合入光纖，輸出到無源光網(wǎng)絡(luò)；光發(fā)射模塊，用于實(shí)現(xiàn)電/光調(diào)制與轉(zhuǎn)換，將來自無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào)轉(zhuǎn)換 成攜帶信息的紅外信號(hào)，并通過光發(fā)射天線模塊將所述紅外信號(hào)輻射至自由空間進(jìn)行傳 輸；光接收模塊，用于將來自光接收天線模塊的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電信號(hào)傳送到 無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊；光發(fā)射天線模塊，用于將紅外信號(hào)輻射至自由空間進(jìn)行傳播； 光接收天線模塊，用于對(duì)來自自由空間的紅外信號(hào)進(jìn)行能量聚焦，并將其發(fā)送至光接 收模塊。
2.如權(quán)利要求1所述基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于，所述光發(fā) 射模塊單元包括光源，用于輻射紅外激光；雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并驅(qū)動(dòng)光源 工作，使光源發(fā)射不同強(qiáng)度的紅外激光；光分路器，用于將紅外信號(hào)分成四路發(fā)射信號(hào)，并送入光發(fā)射天線模塊； 反饋控制回路，用于自動(dòng)功率控制，使發(fā)光元件保持穩(wěn)定的平均功率。
3.如權(quán)利要求2所述基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于所述光源采 用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，用于發(fā)射波長(zhǎng)為820nm 850nm的紅外激光。
4.如權(quán)利要求2所述基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于，所述雙頭 脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，采用雙頭脈沖間隔調(diào)制幀對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào) 制。
5.如權(quán)利要求1-3之一所述基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于，所 述光接收模塊包括光電檢測(cè)器，用于將紅外激光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 前置放大器，用于對(duì)電信號(hào)進(jìn)行初步放大； 主放大器，用于對(duì)初步放大后的電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大； 信號(hào)處理器，用于對(duì)主放大器輸出信號(hào)進(jìn)行處理，還原信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于所述光電檢 測(cè)器為PIN光電二極管或者雪崩光電二極管(APD)，所述前置放大器為低噪聲放大器，所述 主放大器為功率放大器。
7.如權(quán)利要求1所述基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于光發(fā)射模塊 和光接收模塊均采用不同波長(zhǎng)的紅外激光以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性，分別采用波長(zhǎng)為850nm 和820nm的紅外激光。
8.如權(quán)利要求1所述基于無源光網(wǎng)絡(luò)的自由空間光通信裝置，其特征在于光發(fā)射模塊 和光接收模塊均采用四束光發(fā)送和接收，在接收通道應(yīng)用相應(yīng)的窄帶干涉濾光片。
9.一種光發(fā)射模塊，其特征在于，包括光源；雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并驅(qū)動(dòng)光源 工作，使光源發(fā)射不同強(qiáng)度的紅外激光；光分路器，用于將紅外信號(hào)分成四路發(fā)射信號(hào)，并送入光發(fā)射天線模塊； 反饋控制回路，用于自動(dòng)功率控制，使發(fā)光元件保持穩(wěn)定的平均功率；
10.如權(quán)利要求9所述的光發(fā)射模塊，其特征在于，所述雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路， 采用雙頭脈沖間隔調(diào)制幀對(duì)無源光網(wǎng)絡(luò)接口模塊的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
專利摘要針對(duì)目前自由空間光通信系統(tǒng)均是在SDH體系下工作的，并不適用于PON寬帶接入網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀，本裝置公開了一種基于PON技術(shù)的自由空間光通信裝置，共包括以下7個(gè)部分PON接口模塊、光發(fā)射模塊、光發(fā)射天線、光接收天線、光接收模塊、系統(tǒng)控制模塊、以及對(duì)準(zhǔn)模塊組成。光發(fā)射、光接收模塊均采用不同波長(zhǎng)的紅外激光，分別為850nm和820nm不同波長(zhǎng)的光，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性與穩(wěn)定性。光發(fā)射、光接收模塊采用四束光發(fā)送和接收，在接收通道應(yīng)用相應(yīng)的窄帶干涉濾光片、并采用雙頭脈沖間隔調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)激光器，增強(qiáng)裝置對(duì)惡劣天氣的抗干擾效果，可以較好的應(yīng)用于我國(guó)PON寬帶接入網(wǎng)的無線通信中。
文檔編號(hào)H04B10/00GK201821352SQ20092021792
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日
發(fā)明者劉奕輝 申請(qǐng)人:劉奕輝