專利名稱：光通信系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請屬于通信領(lǐng)域，特別是涉及一種基于空間光調(diào)制器的光通信系統(tǒng)及光通信方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在的無線通訊系統(tǒng)，大部分是基 于廣播式原理。衛(wèi)星通信是目前最為主要的通信手段。這種通訊方式，由基站向外發(fā)射電磁波，被中繼站或者衛(wèi)星中轉(zhuǎn)后，被終端設(shè)備所接收。這種通訊方式的缺點在于，首先，需要基站或者衛(wèi)星系統(tǒng)配合，系統(tǒng)復(fù)雜。其次，這是一種廣播式系統(tǒng)，信號在自由空間進行非定向的傳播，易被截獲，安全性較差。雖然可以采用各種加密方法，但仍然存在安全隱患。第三，廣播式通訊需要大功率發(fā)射和中繼裝置，難以將系統(tǒng)功耗降低，并實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化。最后，這種廣播式通訊易被相鄰信道和外界干擾，造成信息失真、失效。而另外一種被廣泛應(yīng)用的光纖通信方式，雖然能夠做到高速、可靠和保密，但對環(huán)境的要求較高，需要搭建光纖系統(tǒng)，不能在短時間內(nèi)建立起來。有鑒于此，有必要提供一種新型的通信系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光通信系統(tǒng)及光通信方法，其結(jié)合了微波通信與光纖通信的優(yōu)點，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的優(yōu)點，又不需要鋪設(shè)光纖，應(yīng)用靈活。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
本發(fā)明公開一種光通信系統(tǒng)，包括
信息接收部，其包括光源和探測器，所述光源輸出光源信號；
信息發(fā)送部，其包括一空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器接收所述光源信號并對其進行調(diào)制，并將反饋信息加載到所述光源信號上后反射至所述信息接收部，所述探測器接收反射回來的光源信號并對其進行解調(diào)。作為本發(fā)明的進一步改進，所述光源為半導(dǎo)體激光器，該半導(dǎo)體激光器與所述空間光調(diào)制器的工作波長相匹配。作為本發(fā)明的進一步改進，所述空間光調(diào)制器為反射式多量子阱空間光調(diào)制器。作為本發(fā)明的進一步改進，所述信息接收部還包括自動指向追蹤系統(tǒng)，以實現(xiàn)所述信息接收部與信息發(fā)送部之間的對準(zhǔn)，建立所述信息接收部與信息發(fā)送部之間的通信鏈路。優(yōu)選的，所述自動指向追蹤系統(tǒng)包括擺掃裝置和反饋裝置，該反饋裝置在所述信息接收部和信息發(fā)送部之間通信開始和結(jié)束的時候分別對所述擺掃裝置進行鎖定和啟動。優(yōu)選的，所述擺掃裝置包括光學(xué)系統(tǒng)、面陣(XD、信號處理器、數(shù)據(jù)處理及控制軟件、伺服控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動機構(gòu)，所述光學(xué)系統(tǒng)完成對目標(biāo)光束的會聚、處理，把目標(biāo)成像在面陣CCD上，從而確認(rèn)目標(biāo)的坐標(biāo)信息；信號處理器實現(xiàn)對CCD的視頻信息的采集、量化和編碼；數(shù)據(jù)處理及控制軟件負(fù)責(zé)處理來自于信號處理器的數(shù)據(jù)信號，并經(jīng)過計算得出擺掃的數(shù)據(jù)指令發(fā)送到伺服控制系統(tǒng)；伺服控制系統(tǒng)根據(jù)擺掃指令控制轉(zhuǎn)動機構(gòu)來完成光學(xué)系統(tǒng)角度的調(diào)整，完成一次掃描過程。本發(fā)明還公開了一種光通信方法，包括
a、光源輸出光源信號；
b、空間光調(diào)制器接收所述光源信號并對其進行調(diào)制，將反饋信息加載到所述光源信號上后進行反射；
C、接收反射回來的光源信號并對其進行解調(diào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用非對稱的后調(diào)制結(jié)構(gòu)，光源和探測器集中在信息接收部，信息發(fā)送部僅需要有一個信息調(diào)制器件，不再需要搭載光源等裝置。這使信息發(fā)送部
的體積和功率可以做得很小，使用電池就能夠驅(qū)動，機動性和隱蔽性好。尤其適合于在戰(zhàn)場探測、信息偵查和人員搜救等需要分布式傳感器長期工作的場合。而且該系統(tǒng)結(jié)合了微波通信與光纖通信的優(yōu)點，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的優(yōu)點，又不需要鋪設(shè)光纖，應(yīng)用靈活。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I所示為本發(fā)明具體實施例中光通信系統(tǒng)的原理示意 圖2所示為本發(fā)明具體實施例中擺掃裝置的原理示意 圖3所示為本發(fā)明具體實施例中光通信系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例公開一種光通信系統(tǒng)，包括
信息接收部，其包括光源和探測器，所述光源輸出光源信號；
信息發(fā)送部，其包括一空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器接收所述光源信號并對其進行調(diào)制，并將反饋信息加載到所述光源信號上后反射至所述信息接收部，所述探測器接收反射回來的光源信號并對其進行解調(diào)。本發(fā)明實施例還公開了一種光通信方法，包括
a、光源輸出光源信號；
b、空間光調(diào)制器接收所述光源信號并對其進行調(diào)制，將反饋信息加載到所述光源信號上后進行反射；
C、接收反射回來的光源信號并對其進行解調(diào)。上述技術(shù)結(jié)合了微波通信與光纖通信的優(yōu)點，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的優(yōu)點，又不需要鋪設(shè)光纖，應(yīng)用靈活，可以作為無線通信和光纖通信的一種重要補充。這種通訊系統(tǒng)集成度高，體積小，功耗低，便于攜帶，機動性好。終端可配對組成小型的通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)即時聯(lián)絡(luò)。它的系統(tǒng)簡單，信息傳送的方向性好，不易被截獲，安全性高。使用光調(diào)制器作為信息加載器件，以光為載波信號進行傳輸，信息傳輸和處理的速度很快。使用非對稱的后調(diào)制方式，可以實現(xiàn)低功耗的多點分布式通信，增強系統(tǒng)的持久性和隱蔽性。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖I所示為本發(fā)明具體實施例中光通信系統(tǒng)的原理示意圖。參圖I所示，光通信系統(tǒng)包括信息接收部10和信息發(fā)送部20，信息接收部10包括光源11和探測器12，信息發(fā)送部20包括空間光調(diào)制器21。光源11優(yōu)選為激光光源，該激光光源可采用與空間光調(diào)制器21工作波長匹配的半導(dǎo)體激光器。探測器12可采用CMOS傳感器或者CXD探測器等?？臻g光調(diào)制器21優(yōu)選為反射式多量子阱空間光調(diào)制器。多量子阱空間光調(diào)制器具備以下特點
I、調(diào)制速度快，可并行工作
由于采用了多量子阱空間光調(diào)制器，所以這種系統(tǒng)的響應(yīng)速度極快。從物理器件的極限來說，響應(yīng)時間可以低至皮秒量級。而且，可以使用二維的調(diào)制器陣列進行并行傳輸，系統(tǒng)可以極大擴容，傳輸速率很高。十分適合在非對稱的后調(diào)制自由空間光通信系統(tǒng)中應(yīng)用，可以保證在對準(zhǔn)的一瞬間將信號完全輸送至接收端。2、功耗極低
多量子阱空間光調(diào)制器工作在Pn結(jié)反偏狀態(tài)，工作電流很低，整個系統(tǒng)可以做到功耗低至IOmW量級，這使信息發(fā)送端僅使用電池就可驅(qū)動，系統(tǒng)可以做得很小，并且工作時間很長。這尤其適合應(yīng)用在信息傳感和偵查的分布式探測領(lǐng)域。3、可以使用相位調(diào)制
多量子阱空間光調(diào)制器除了常規(guī)的幅度調(diào)制，還可以進行相位調(diào)制。相位調(diào)制的抗干擾性較強。信息接收部10還包括自動指向追蹤系統(tǒng)(圖未示)，以實現(xiàn)信息接收部10與信息發(fā)送部20之間的對準(zhǔn)，建立信息接收部10與信息發(fā)送部20之間的通信鏈路。自動指向追蹤系統(tǒng)包括擺掃裝置和反饋裝置，該反饋裝置在信息接收部10和信息發(fā)送部20之間通信開始和結(jié)束的時候分別對擺掃裝置進行鎖定和啟動。使用自動指向追蹤技術(shù)，是為了實現(xiàn)收發(fā)雙方之間的對準(zhǔn)，建立通信鏈路，使接收端的光源信號照射到發(fā)送端，信息被發(fā)送端加載以后，光源信號再被反射至接收端。信息必須要在對準(zhǔn)以后完成傳送，在這個過程中收發(fā)雙方需始終對準(zhǔn)。自動指向追蹤系統(tǒng)一般由擺掃裝置和反饋裝置構(gòu)成。當(dāng)擺掃裝置掃描至特定位置，能夠接收到由發(fā)送端的反射信號時，則對準(zhǔn)過程已建立，反饋裝置發(fā)出一個信號，鎖定擺掃裝置，并觸發(fā)一次通信過程。通信完成后，反饋系統(tǒng)再發(fā)出一個信號，則擺掃裝置再次啟動，掃描來自其他發(fā)送端的反射信號。圖2所示為本發(fā)明具體實施例中擺掃裝置的原理示意圖。參圖2所示，擺掃裝置主要由光學(xué)系統(tǒng)、大視場面陣(XD、信號處理器、數(shù)據(jù)處理及控制軟件、伺服控制系統(tǒng)與轉(zhuǎn)動機構(gòu)組成。光學(xué)系統(tǒng)完成對目標(biāo)光束的會聚、處理，把目標(biāo)成像在大視場面陣C⑶上，從而確認(rèn)目標(biāo)的坐標(biāo)信息。信號處理器實現(xiàn)對CCD的視頻信息的采集、量化和編碼。數(shù)據(jù)處理及控制軟件負(fù)責(zé)處理來自于信號處理器的數(shù)據(jù)信號，并經(jīng)過計算得出擺掃的數(shù)據(jù)指令發(fā)送到伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)根據(jù)擺掃指令控制轉(zhuǎn)動機構(gòu)來完成光學(xué)系統(tǒng)角度的調(diào)整，完成一次掃描過程。當(dāng)擺掃裝置掃描至特定位置，能夠接收到由發(fā)送端的反射信號時，則對準(zhǔn)過程已建立，反饋系統(tǒng)發(fā)出一個信號，鎖定擺掃裝置，進行通信。光通信系統(tǒng)進行通訊時，由信息接收部10的光源發(fā)出光源信號，信息發(fā)送部20接收到信息接收部10光源信號后，對信號光進行調(diào)制，將其記載的反饋信息加載到光源信號上并反射至信息接收部10。信息接收部10的探測器12探測到返回的光信號后，對信息進行解調(diào)，獲得來自信息發(fā)送部20的信息，實現(xiàn)雙方交換信息的目的。上述的光通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)的對稱式光通訊的結(jié)構(gòu)有明顯不同。傳統(tǒng)的光通訊中，
光源和探測器分置于收發(fā)兩端，通過發(fā)送端對信息進行調(diào)制以后，由接收端探測器探得并解調(diào)出信號。相比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這種非對稱后調(diào)制自由空間光通信系統(tǒng)的特點是使用非對稱的后調(diào)制結(jié)構(gòu)，光源和探測器集中在信息接收部10，信息發(fā)送部20僅需要有一個信息調(diào)制器件，不再需要搭載光源等裝置。這使信息發(fā)送方的體積和功率可以做得很小，使用電池就能夠驅(qū)動，機動性和隱蔽性好。尤其適合于在戰(zhàn)場探測、信息偵查和人員搜救等需要分布式傳感器長期工作的場合。圖3所示為本發(fā)明具體實施例中光通信系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖。參圖3所示，這是一種被動式的點對點通訊系統(tǒng)，以激光光波作為載波，大氣作為傳輸介質(zhì)，飛機與浮標(biāo)不需要交換和中繼系統(tǒng)就能實現(xiàn)點對點的信息通訊。在此例子中，飛機作為信息接收端，搭載激光器、探測器和自動指向追蹤裝置，而浮標(biāo)為信息發(fā)送端，僅搭載調(diào)制器，可以只用電池驅(qū)動，功耗和隱蔽性都很好。飛機飛過時，自動追蹤系統(tǒng)進行高速擺掃確定目標(biāo)，在與每個浮標(biāo)對準(zhǔn)以后的短暫的一瞬間，由激光器發(fā)射的光被調(diào)制器調(diào)制并反射回飛機，完成信息的傳輸。然后再進行下一個浮標(biāo)的通信。綜上所述，本發(fā)明使用非對稱的后調(diào)制結(jié)構(gòu)，光源和探測器集中在信息接收部，信息發(fā)送部僅需要有一個信息調(diào)制器件，不再需要搭載光源等裝置。這使信息發(fā)送部的體積和功率可以做得很小，使用電池就能夠驅(qū)動，機動性和隱蔽性好。尤其適合于在戰(zhàn)場探測、信息偵查和人員搜救等需要分布式傳感器長期工作的場合。而且該系統(tǒng)結(jié)合了微波通信與光纖通信的優(yōu)點，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的優(yōu)點，又不需要鋪設(shè)光纖，應(yīng)用靈活。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。以上所述僅是本申請的具體實施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原 理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
權(quán)利要求
1.ー種光通信系統(tǒng)，其特征在于，包括 信息接收部，其包括光源和探測器，所述光源輸出光源信號； 信息發(fā)送部，其包括一空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器接收所述光源信號并對其進行調(diào)制，并將反饋信息加載到所述光源信號上后反射至所述信息接收部，所述探測器接收反射回來的光源信號并對其進行解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為半導(dǎo)體激光器，該半導(dǎo)體激光器與所述空間光調(diào)制器的工作波長相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為反射式多量子阱空間光調(diào)制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信息接收部還包括自動指向追蹤系統(tǒng)，以實現(xiàn)所述信息接收部與信息發(fā)送部之間的對準(zhǔn)，建立所述信息接收部與信息發(fā)送部之間的通信鏈路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述自動指向追蹤系統(tǒng)包括擺掃裝置和反饋裝置，該反饋裝置在所述信息接收部和信息發(fā)送部之間通信開始和結(jié)束的時候分別對所述擺掃裝置進行鎖定和啟動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述擺掃裝置包括光學(xué)系統(tǒng)、面陣CCD、信號處理器、數(shù)據(jù)處理及控制軟件、伺服控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動機構(gòu)，所述光學(xué)系統(tǒng)完成對目標(biāo)光束的會聚、處理，把目標(biāo)成像在面陣CCD上，從而確認(rèn)目標(biāo)的坐標(biāo)信息；信號處理器實現(xiàn)對CCD的視頻信息的采集、量化和編碼；數(shù)據(jù)處理及控制軟件負(fù)責(zé)處理來自于信號處理器的數(shù)據(jù)信號，并經(jīng)過計算得出擺掃的數(shù)據(jù)指令發(fā)送到伺服控制系統(tǒng)；伺服控制系統(tǒng)根據(jù)擺掃指令控制轉(zhuǎn)動機構(gòu)來完成光學(xué)系統(tǒng)角度的調(diào)整，完成一次掃描過程。
7.ー種光通信方法，其特征在于，包括 a、光源輸出光源信號； b、空間光調(diào)制器接收所述光源信號并對其進行調(diào)制，將反饋信息加載到所述光源信號上后進行反射； C、接收反射回來的光源信號并對其進行解調(diào)。
全文摘要
本申請公開了一種光通信系統(tǒng)，包括信息接收部，其包括光源和探測器，所述光源輸出光源信號；信息發(fā)送部，其包括一空間光調(diào)制器，該空間光調(diào)制器接收所述光源信號并對其進行調(diào)制，并將反饋信息加載到所述光源信號上后反射至所述信息接收部，所述探測器接收反射回來的光源信號并對其進行解調(diào)。本申請還公開了一種光通信方法。本發(fā)明的光通信系統(tǒng)，其結(jié)合了微波通信與光纖通信的優(yōu)點，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的優(yōu)點，又不需要鋪設(shè)光纖，應(yīng)用靈活。
文檔編號H04B10/071GK102857299SQ201210301099
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者黃寓洋, 茹占強, 李文, 馮成義, 張耀輝 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所