CN101032099A - 用于宽带传输高速数据的间接自由空间光通信系统以及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在运输工具、尤其是在飞机中宽带传输高速数据的间接自由空间光通信系统具有：发射机(11，12)，该发射机(11，12)包括被调制过的光源；以及接收机(5a，5b，7a，7b)，该接收机(5a，5b，7a，7b)包括光电检测器，以便接收由发射机(11，12)所发射的光并且将该光转换成电信号。发射机(11，12)和接收机对准至少一个共同的面(8a，8b)，在由所述发射机(11，12)所发射的光到达所述接收机之前，所述共同的面反射该光。在此，所述自由空间通信系统蜂窝状地被建立并且具有多个小区(Z1，Z2)，这些小区分别包括至少一个发射机(11或12)和至少一个所属的接收机(5a，5b或7a，7b)，其中所述小区(Z1，Z2)这样被构造，使得阻止与分别相邻的小区的串扰，以致所述小区(Z1，Z2)相互独立。

Description

用于宽带传输高速数据的间接自由空间光通信系统以及方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于宽带传输高速数据的间接自由空间光通信系统以及一种根据权利要求13的前序部分所述的用于宽带传输高速数据的方法。

计算机或者其它技术系统之间的通信不仅在办公室或者计算机房中很重要，而且在运输工具的内部也日益重要，因为数据通信在那里也越来越重要。例如，诸如公共汽车、火车、飞机、船仓等的较大的运输工具装备有显示器、耳机接线、输入设备或接收机或者数据站。在行驶期间，乘客能由此得到消遣或者得知信息，服务人员能与中央数据站交换数据等等。在这样的应用中，很大的数据量部分主要从中央数据存储器或发射机被传输给一个或者多个数据接收机，或者相反从一个或者多个数据接收机被传输给中央数据存储器或发射机。

能模拟地或者数字地实现的数据传输例如通过电缆连接在发射机与接收机之间进行。可是，多个缺点与此相关。

首先，对每个终端设备必须敷设电缆，即室内的每个接收机/发射机或每个数据站必须装备有相对应的插头，并且电缆必须在耦合的位置上被设置有相对应的插塞连接。由此，接收机/发射机仅仅有条件地能灵活移动，此外，该接收机/发射机还必需相应标准化的插塞连接，并且可能的接收机的数量通过电缆上存在的插头数或者通过电缆数量来预定。数据站的位置也受到预定的空间布局限制。这尤其是在接收机的数量和位置未被预定且必须保持灵活的地方是有问题的。但是，具有很多电缆和插塞连接的设备昂贵且易受干扰。

此外，电缆遭受到电磁辐射的干扰(EMV)。在这种情况下，特别是在传输模拟信号时会导致强烈的质量损害，但是在数字传输的情况下也会出现干扰。该问题尤其是在运输工具中难于处理，因为在移动的汽车(不同于固定建筑物)中，环境和入射辐射在传输链路上不能保持恒定，以致在移动期间最多通过巨大的屏蔽来降低入射辐射。但是，这种强烈屏蔽的电缆重、昂贵并且不能移动。此外，运输工具本身还引起强烈的很难屏蔽掉的电磁辐射污染(EMV)。

此外，电缆不仅遭受到入射辐射，而且本身也发射辐射。由此，相对于运输工具内的其它电子系统或者相对于偶然停留在附近的其它运输工具造成EMV。此外，也能监听这种系统。

由于电缆的受限带宽而被传输的受限数据率应被看作另一缺点。数据率越高，由于衰减和色射就越难通过电连接传输该数据，并且EMV和屏蔽的问题就越大。

为了克服EMV的问题，尝试借助被调制过的光信号通过光导体实施数据传输。在这种情况下，至少对光源进行调幅。频率调制和相位调制也是可能的。发射源的光通过替代电缆的玻璃或者塑料光源导体被传输到接收机。接收机包含用于将光信号复原成电信号的光电检测器。在这种情况下，能实现很高的数据率并且排除了EMV。

可是，现有的问题在于室内待连接的站的数量和位置方面的不灵活性，特别是因为光波导和插塞连接的费用相对于电连接通常是昂贵的并且难于敷设。也难于或只有在高费用的情况下才能安装用于事后要连接的站的空闲的插塞连接。

为了解决敷设电缆的问题，尝试采用如在无线电传输领域中公知已久的无线通信系统。类似于无线电通信和无线电设备通信，所有类型的数据能通过无线电来传输。但是，在这种情况下，可能的数据传输率取决于所应用的电磁辐射的频率。最近，出现频率在千兆赫范围的小型微波收发机，该微波收发机实际上能够实现数Mb/s范围内的数据通信。但是，此处的缺点是原理上限制的数据传输率、仍存在的EMV辐射和EMV发射辐射到运输工具的其它系统中的问题以及监听安全的问题。在主要被用于世界各国的运输工具(诸如飞机或者船舶)中，此外还应注意针对所应用的频带和调制类型的本地规定，这强烈地限制了可供使用的频带的选择并且使其国际应用复杂化。

可替换的解决方案是无线的、但是为光学的数据传输系统。在这种情况下，光学的、利用数据调制的辐射直接被射入房间并由光电检测器接收到(例如IrDA标准)。该方法例如被用于移动计算机与打印机之间的数据传输。可是，该方法的缺点是，在此在发射机与接收机之间必须有直接的可见连接(Sichtverbindung)，并且仅允许发射机与接收机之间的间距相对很小，通常该间距＜1-2m。该辐射必须位于接收机的某个角度范围内，通常位于＜+/-15°的范围内，并且与该接收机形成直接的可见接触。

借助被散射的IR辐射的IR数据传输系统例如由F.R.Gfeller、U.Bapst在Proceedings of the IEEE(第67卷，第11期，1979年11月)中被说明，该IR数据传输系统具有更大的作用距离和受光角并且适于连接办公室中的计算机。

在德国专利文献DE 101 07 538 B4中说明了另一系统。这种系统通过应用散射辐射已能够实现范围为数Mb/s至大约100Mb/s的极大的带宽以及范围为数米的作用距离，而不需要射束调准，其中带宽基本上受在多次反射时出现的多径传播(Mult ipath-Ausbreitung)限制。

图1示出了这种公知的用于宽带传输高速数据的自由空间光通信系统。该系统包括具有能被调制的光源的发射机1和至少一个接收机5a、5b、5c、5d，该接收机包括光电检测器，以便接收由发射机1所发射的光并且将该光转换成电信号，其中发射机1和接收机5a、5b、5c、5d这样被构造，使得由发射机1所发射的光在运输工具内的面7上散射或者反射之后能通过接收机5a、5b、5c、5d检测到和/或通过接收机5a、5b、5c、5d被检测到。面7位于运输工具的内部或内部空间中，例如在顶盖8上。例如一个或者多个LED、激光二极管、边发射激光二极管和/或VCSEL激光器被用作光源，并且能执行发射机与接收机之间的双向通信。

由于较高的灵活性应优选双向设计。因此，如果以下提及发射机，则这例如尤其是也指例如被固定在运输工具的机身上的那些发射机或者收发机，而数据站例如尤其也是指手持设备等上的朝着用户的那些接收机或者也是收发机，即例如被安放在乘客的座位上或被安放在与该座位相连的多媒体小区上的接收机或者收发机。因此，为了能够区分这一点，以下简单地指分配器和数据站。

本发明的任务在于，如此改进公知的自由空间光通信系统，以致提高带宽。尤其是，在诸如飞机或者汽车的运输工具的内部应在总共为Gbit/s的范围中或者更大的范围中传输高数据率。

该任务通过根据权利要求1所述的用于宽带传输高速数据的自由空间光通信系统和根据权利要求13所述的用于宽带传输高速数据的方法来解决。本发明的其它有利的特征、方面和细节由从属权利要求、说明书和附图得到。

根据本发明的间接的自由空间光通信系统用于宽带地传输高速数据并且包括含有能被调制的光源的发射机以及接收机，该接收机含有光电检测器，以便接收由发射机所发射的光并且将该光转换成电信号，其中发射机和接收机集中于至少一个共同的面，在由发射机所发射的光到达接收机之前，该共同的面反射该光，其中蜂窝状地建立自由空间通信系统，并且该自由空间通信系统具有多个小区，这些小区分别包括至少一个发射机和至少一个接收机，以及其中这样地构造这些小区，使得阻止与相应相邻小区的串扰，以致这些小区相互独立。

利用该系统，在Gbit/s范围中或者更大范围中的高数据率能从一个发射机被光学传输到多个接收机上(单向)，或从一个发射机被光学传输到多个所分配的接收机(单向广播)，或者在收发机(双向)之间进行光学传输。该系统能被用在运输工具或者汽车的内部并且在降低花费和提高带宽的情况下实现高数据率的安全传输。

尤其是，利用该通信系统能在诸如汽车、飞机、火车、船舶、卫星等等的运输工具中以简单的方式以高速率传输数据，而在发射机与接收机之间不必有直接的插塞连接，以及不必在发射机与接收机之间敷设电缆以进行数据传输。此外，通过本发明克服了EMV的问题并且此外还保证了提高的监听安全。

通过本发明，例如在具有两个或者多个通道的飞机中，在多排座位之间，多个具有所分配的接收机的发射机能相互独立地能使用例如大约100Mbit/s的全带宽，这已经与总共能被使用的带宽的两倍相对应。因此，实现了通信系统的两个或者多个基于同样的物理介质的“小区”，这些“小区”由于能相对好的对准的照明而不会有串扰。这只有在此所应用的光学领域中才是可能的，因为这种清楚的分界在无线电波中由于在低频中非定向的传播而是不可能的。

有利地，分配器或发射机以及数据站或接收机所对准的面被布置在运输工具的内部空间中，在该内部空间中实现数据传输，优选地在汽车、飞机、火车、船舶或者卫星等中实现数据传输。由此，尤其是能以简单的方式在移动系统中进行数据传输。因为在接收位置方面未预定限制或者可能仅仅预定很小的限制，所以降低了成本并且提高了舒适性。

有利地，设置有用于形成相应发射机的射束的装置和/或用于限制相应接收机的接收孔径角的装置，以便防止串扰。由此，以合适的方式如此形成光学的射束传播，以致仅仅得到在空间上被限制的照明。在此例如也考虑到，由于多径传播而将数据率限制到大约100Mbit/s。

优选地，这样构造间接自由空间光通信系统，使得共同的面的反射区或者散射区在相邻小区之内不会相互重叠。由此，例如能沿着飞机或者通常的运输工具中的通道实现独立的通信小区。

例如，在具有两个通道的飞机中由分开的发射机或者收发机如此照射这两个通道的顶棚镶板，以致这两个通道的发射机和接收机的被照明的或位于接收机的视野中的面不重叠。

尤其是，例如飞机沿着同一通道的区域这样分开被照明，使得各个区中的各种分配器和数据站的彼此邻近的共同面不具有与其它区的面重叠并且能彼此独立通信，以致沿着通道也形成各种独立且没有串扰的通信小区。所照明的面的分界或者通过适当地选择发射光学系统和接收光学系统或者通过在彼此独立被照明的面的边界上用光学上不透输的射束孔进行遮蔽来实现。

因此，优选地，设置一个或者多个遮蔽元件，这些遮蔽元件用于相对于属于另一小区的接收机遮挡由小区的共同的面所反射的光。

特别有利地，相邻小区的光源具有不同的波长。由此，在边界上必要时能容易地重叠所照明的和/或位于接收机的视野中的面。光的不同的波长例如为810nm和960nm，这些波长通过接收机中的简单滤波器能特别容易地被分开。因此，在发射侧应用这两个波长范围的相对应的光源，优选地应用这两个波长范围的LED或者激光器。

特别优选地，不同的措施相互组合。由此得到特别的优点：

例如，虽然飞机的这两个通道作为独立的通信小区由于在边界区域中通过中部区的行李舱进行的遮蔽通过射束导向被分开，但是沿着这些通道仍实现了轻微重叠的具有不同的波长的小区。视野的照明/调整仅仅如此优选地实现，以致虽然能在邻近小区的边界区域中重叠(但是并非必须)，但是不会与下一个小区进行重叠。由此，沿着一个通道仅需要两个不同的波长L1和L2，这些波长L1和L2大约以L1-L2-L1-L2-L1-L2的布局交替。由此，通过将必要的波长的数量限制到两个而使设备花费微小，特别是因为不必很明显地进行滤波，另一方面通过交替应用能实现近似任意高的数据率。

也就是说，这些小区优选地被布置成列，其中光的波长在彼此相邻的小区中交替。

但是有利的是，这些小区在空间上也相互分开。小区的面尤其是数据在其中被传输的空间的内部中的壁或者物体的表面。

相应发射机的光源例如包括一个或者多个LED、激光二极管、边发射激光二极管和/或VCSEL激光器。

相应的接收机例如包括光源和相应的发射机(例如光电检测器)，以便实施双向通信。工作时，小区的唯一的发射机能为多个接收机同时提供相同或者不同的数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于间接光学传输高速数据的方法，该方法具有以下步骤：借助光源产生光，该光以要传输的数据的频率被调制；将调制过的光发送到反射和/或散射光的面上；接收从该面散射和/或反射的光，以致该光在间接的路径上从光源到达接收机；以及将调制过的光转换成电信号，其中光的发射机和接收在多个彼此独立的小区中实现，这些小区分别包括至少一个发射机和至少一个接收机，并且其中主动阻止与分别相邻的小区的串扰。

上面参照根据本发明的系统所述的优点也适于根据本发明的方法，并且反之，上面参照根据本发明的方法所述的优点也适于根据本发明的系统。

有利地，由小区的发射机所发射的光这样被限制到其反射角中，使得该光不会达到其它小区的接收机。

例如，小区的相应接收机的接收孔径角能这样被限制，使得相邻小区的光源的光不会到达接收机。

尤其是，相对于属于其它小区的接收机能遮蔽由小区的面所反射的光。

有利地，在相邻的小区中应用具有不同波长的光。

接下来，例如参照附图描述本发明。其中：

图1示出了具有没有可见连接的数据通信链路的射束导向的现有技术的例子；

图2根据实施例以示意图示出了根据本发明的布局，其中双通道飞机的两个通道作为分开的通信小区工作；

图3以示意图示出了根据本发明的布局，其中沿着飞机的通道运行独立的、无串扰的小区；

图4a示出了根据图3的根据本发明的布局，其中通过适当的射束导向来阻止串扰；

图4b示出了根据图3的根据本发明的布局，其中通过适当的射束孔或者遮蔽元件来阻止串扰；

图5a以示意图示出了根据本发明的布局，其中沿着飞机的通道通过应用两个不同的传输波长来运行多个独立的、无串扰的小区；

图5b示出了不同传输波长的两个相邻小区的示意图；

图6通过组合上述方法示出了本发明的优选实施形式。

在图1中示出了公知的自由空间光通信系统的示意性截面，该自由空间光通信系统通过本发明被改进。在专利文献DE 101 07 538 B4中详细地描述了该系统。

被固定在运输工具上(例如在夹持具17上)的“分配器”或者发射机1这样被布置，使得由该“分配器”或者发射机1所发射的光照射运输工具的顶盖8上的远处的面7，其中运输工具例如是飞机、汽车、火车、公共汽车、有轨电车、卫星等等。与分配器1远离地布置有数据站5a、5b、5c、5d、40以及所属的多媒体站4a、4b、4c、4d，这些数据站和多媒体站接收由面7所反射的或所散射的光。因此，该光在间接的路径上从分配器1到达数据站，其中画有斜阴影的区域表示由分配器所发射的光，以及沿另一方向画有斜阴影的区域6a、6b、6c、6d是相应数据站的接收区域。图1中的重叠交叉画有阴影的区域表示由分配器1所发出的光，该光在数据站5a-5d、40的相应的接收区域6a-6d中到达这些数据站。由于光在面7上被散射，所以在分配器1与数据站5a-5d、40之间不必存在直接的可见接触，即在这两者之间甚至可以存在障碍。在该图中，参考符号3a-3e表征乘客座位。

根据图1的公知的自由空间通信系统是本发明的优选实施形式的部分，该部分改进了公知的系统。

面7例如可以是运输工具的内墙板的一部分，例如是汽车的内顶棚镶板或者是门的侧向档板、顶柱的镶板或者进行IR反射的窗面等。此外，作为面7例如在飞机或者火车中能设置顶面、底面、侧壁、内部空间的镶板部分等。通常，任何面都是适当的，这些面能利用光源被照射并且接着反射或者散射至少一部分入射的辐射。

在等候室或者运输工具中存在多个这样的面，这些面能以根据本发明的方式和方法被用作自由空间光通信系统的部分。但是，也能将具有用于偏转光束的结构化的表面的特定的反射元件或者散射元件设置为系统的部分。

在双向传输的情况下，发送小区也被集成在数据站5a、5b、5c、5d、40中。因此，区域6a、6b、6c、6d同时也是被集成在数据站中的发送小区的相对应的孔径角。数据站的接收机和发射机的两个孔径角不必是相同的，因为由协议承担对传输方向的区别。可是，在根据图1的原理图中出于简单的原因而未区分传输方向。

在附加的座位3e上布置有便携式计算机或者手持设备40，该便携式计算机或者手持设备40被构造为数据站或具有根据本发明的用于通过面7进行通信的输入小区和/或发射小区。

根据本发明的优选实施形式，分配器1由一个或者多个作为光源的LED、边发射激光二极管、激光二极管或者VCSEL激光二极管构成。在这种情况下，光源的输出功率由此向下被限制，即根据运输工具的几何形状的事实以及内部表面的反射性通过反射使足够的光量能到达数据站。向上，分配器1的光源的输出功率通过眼睛安全的界限来限制，即此处在工作时排除眼睛损伤。按照运输工具的特定的实施方案，可以相应低的输出功率工作。

可是，如果传统LED或者VCSEL激光二极管的必要的输出功率位于高于法定预定的界限的近红外线、即主要具有＜1μm的波长，则能应用LED或者VCSEL激光二极管，这些LED或者VCSEL激光二极管发射具有在视网膜可容忍方面明显更高的损伤界限的波长，该波长例如为1.55μm。

借助夹持具17被安放在运输工具上的分配器1能在飞机中例如沿着机身射出，以致该分配器沿着通道照明一个或者多个顶棚镶板8。该分配器同样能垂直于机身安放，以致该分配器照明例如从头架到头架的唯一的顶棚镶板，或者以任意角度被布置在其间而具有相应倾斜的照明特性。例如，分配器也能与机舱的照明设备一起被安放在共同的壳体中。在发光二极管作为机舱照明装置的情况下，这甚至是可能特别有利的。

至少在数据站5a-5d或在手持设备40中、但是也被包含在分配器1中的接收机由一个或者多个光电检测器组成，这些光电检测器的面受电容并且因此受可能的数据率限制。向下通过灵敏度预定该限制。为了检测通过在运输工具的内部中的反射而到达检测器的辐射，检测器面大多为至少数个mm²。

由于高色散，LED的应用允许广域地辐射反射面或面或者运输工具的内壁，但是在这种情况下限制输出功率。必要时，多个LED被用于产生更高的功率。

具有很小结构大小且尤其是也能廉价地制造的VCSEL激光二极管在效率显著更高的情况下还具有高得多的输出功率。也就是出现小的电流，在电压小于5V的情况下，电流通常＜10-20mA。但是，VCSEL的辐射特性主要是成束的，其中色散通常在几度的范围中。此外，由于电压小且电流极小，所以VCSEL激光二极管能直接由电子驱动器模块或标准TTL驱动器来驱动。必要时，在应用分压器的情况下来实现这。由此，电源变得很简单，并且与VCSEL元件的小电容一起实现极高的数据率，该数据率例如高于1Gb/s。

图2示出了两个通道61和62的具有在空间上分开的区域的根据本发明的布局，这两个通道构成小区Z 1、Z2；这两个小区Z1、Z2的所属元件如下表示：5a、5b为通道61的数据站，而用参考符号7a和7b表征通道62的数据站。分配器11作为发射机或者收发机被分配给通道61。另一分配器12作为发射机或者收发机被分配给通道62。通道61的分配器11或发射机以及所分配的接收机或数据站5a、5b对准共同的面8a。通道62的分配器12和属于其的接收机或数据站7a、7b对准共同的面8b。

数据站5a、5b和7a、7b分别具有视场或接收角9a、9b或10a、10b，该视场在此同时与发射机的相应的辐射特性相对应，这些辐射特性必要时被包含在数据站5a、5b、7a、7b中。

分配器11和12分别具有辐射特性11a或12a，该辐射特性11a或12a在此同时与必要时被包含在分配器11、12中的接收机的视场相对应。

数据站5a、5b和7a、7b分别被安放在座位3a、3b或13a、13b上，其中座位3a、3b的组属于通道61而座位13a、13b的组属于通道62。

这两个通信小区相互独立并且没有串扰，因为通过中间的行李舱30对通道61的组件的共同的面8a实现屏蔽，并且相反对通道62的组件的面8b实现遮蔽。

以这样的方法形成通信网络的两个小区，这两个小区被分配给这两个通道61和62并且能独立且无相互串扰地运行。

通过这些措施，总共所传输的数据率相对于简单的系统翻倍。

图3示出了本发明的另一优选的实施形式，其中沿着通道61或62分别存在多个独立的小区并且运行这些小区。由此，还能实现高得多的数据率，这例如在具有非常多的数据站的运输工具中、尤其是在具有非常多的座位位置数的飞机中是必要的。

在此处所示的例子中，座位3a、3b、3c、3d被分配给第一小区Z1，而其它座位14a、14b、14c、14d被分配给第二小区Z2。在此，例如通过以下方式避免了串扰，即每个单个小区Z1、Z2的被照明的面充分被分离，以致座位14a-14d的视场区不会看到小区Z1的被照明区，或者相反，即小区Z1的视场区不会看到座位14a-14d的被照明区。

另一种解决方案在于，如此使分配器的光学系统成形，以致实现被照射的面的明确分开，如以下将更详细地阐述的那样：

图4a示出了客机的内部空间或机舱。在多排座位或者座位3a、14a、15a上分别布置数据站5a、7a和17a。在顶棚镶板或者壁板上固定多个分配器11、12、19，这些分配器11、12、19垂直于机身轴线或垂直于机舱的纵向以射束角11a、12a、19a照射。因此，构成多个分开的小区，在该例子中为三个。

在此，其视场或接收孔径角为9a的数据站5a正好被分配给分配器11。其视场为10a的数据站7a被分配给分配器12，并且其视场为18a的数据站17a被分配给分配器19。其射束角为11a、12a、19a的分配器11、12和19构成各种彼此独立的小区Z1、Z2、Z 3。以这样的方式，能非常好地限定成形的光学介质的射束成形能够实现明显地分开共同的面，并且因此实现无串扰地产生分开的通信小区。

图4b示出了本发明的另一种实施形式，其中遮蔽元件40被安放在机舱的顶棚镶板上，该顶棚镶板限制射束传播。由此形成被遮蔽的区域，这些区域限制相应的数据站5a、7a、17a的视场9a、10a、18a，以致在此也形成分开的小区Z1、Z2和Z3。尤其是，通过用于进行遮蔽的元件40限制单个分配器的射束传播，以致每个分配器照明所属的面元件，该面元件相对于其它分配器的入射光被遮蔽。被布置在座位3a、14a和15a上的数据站5a、7a和17a属于彼此分开的、独立的通信小区Z1、Z2和Z3，这些通信小区具有各种彼此分开的分配器或发射机，并且照明各种彼此通过遮蔽元件40分开的面元件，这些面元件反射或散射光。视场9a、10a和18a分别正好对准这样的面元件。

图5a示出了本发明的特别有利的实施形式，其中沿着飞机的通道61运行多个无串扰的小区Z1、Z2、Z3、Z4，其中应用两个不同的传输波长L1、L2。在该例子中，不必特定地形成或者限制相应小区的射束和视场，而是这些射束和视场甚至能在光学上重叠。在此，如此构造单个小区Z1、Z2、Z3、Z4，以致沿着小区的列交替所应用的波长。在该例子中，小区Z1以波长L1工作，而与其邻近的小区Z2以波长L2工作，该波长L2不同于波长L1。因此，在邻近小区Z2的下一个小区Z3中又应用第一波长L1，因为该第一波长通常已来自第一小区Z1的数据站的视场90的区域。以这种方式以仅仅两个交替应用的不同波长实现彼此独立的通信小区的近似任意的排列。在本例中，座位3a-d被分配给第一小区Z1，座位14a-14d被分配给第二小区Z2，座位15a-15d被分配给第三小区Z3以及座位27a-27d被分配给第四小区Z4。所有的小区都沿着通道61。第二通道62可以类似于第一通道61来构造，即具有小区Z1至Z4。

特别的例子如下：

在由两个通道和三排座位组成的飞机中，最外面的一排座位分别装配有两个座位，里面的一排座位装配有四个座位，飞机总共应具有例如336个这样布置的座位位置，两个通道的顶棚镶板被用作用于进行照明的共同的面/被用作视野。所有三排座位在两个波长之间交替。中间一排座位的数据站这样来对准，使得这些数据站分别对准位于附近的通道镶板。

以这样的方式，12个座位总是被分配给一个通信小区。沿着每个通道，通过交替所应用的波长而形成14个独立的通信小区，即总共28个独立的通信小区。

如果每个小区具有例如为100Mbit/s的数据率，则因此在整个飞机中能彼此独立地传输2.8Gbit/s的速率。8Mbit/s的速率被分配给每个单个座位。但是，100Mbit/s小区的12个座位中的每一个也能如此来连接，以致，当其它座位未传输数据或数据率不同地分配时，该座位根据需要能使用100Mbit/s的整个数据率。

图5b示出了所描述的具有重叠的小区的布局的详细截面。在此，为发射机或者收发机的分配器11利用LED形式的、波长为L1的光源照射面8a，该面8a通过数据站5a的接收机的视场9a由该接收机看到。由面8a所反射的光通过限定视场9a的光学系统41到达光电检测器43，其中在被构造为透镜的光学系统41与光电检测器43之间安放有滤波器42a。滤波器42a能透输波长为L1的光并且阻挡波长为L2的光。该滤波器例如以介电层的形式和/或通过相对应的材料选择或者透镜41的着色当然也能被安装在透镜41上或者光电检测器43上。

另一分配器12照射面8b，该面8a与面8b重叠，其中应用波长为L2的光源。重叠不是强制性的，而是也能在被照明的面8a与8b之间设置分开。被分配给分配器12的数据站7a类似于数据站5a来构造，可是，其中滤波器42b阻挡波长L1的光，而该滤波器42b能透输由分配器12所发出的波长为L2的光。

图6根据另一优选的实施形式示出了根据本发明的通信系统的各种特征的组合。该组合具有非常多个彼此独立的小区并且相对于只有单个小区的应用因此极大地提高了数据率。相邻通道61和62中的小区Z1和Z1a能具有相同的波长，可是在小区之间不会发生串扰，因为飞机的中间的行李舱30(参见图2)在光学上相互遮蔽这两个小区Z1、Z1a的共同的面并且相应的接收机不能看到相应其它小区的共同的面。

沿着通道61有另一小区Z2，该另一小区Z2邻近小区Z1，其中小区Z1和Z2的必要时重叠的光学区域通过应用第二波长来分开以防止串扰。与此类似，在相邻通道62中布置有两个小区Z1和Z2。

在通道61中，相对于小区Z1和Z2，通过进行遮蔽的元件45这样来相互遮蔽接下来的两个小区Z3和Z4，使得在此不会发生串扰。进行遮蔽的元件45例如为客舱的分级器或帘子。一方面通过该遮蔽元件45，但也通过小区Z1和Z2的隔离同样也不会发生串扰。与此类似，在通道62中布置有小区Z3a和Z4a，这些小区Z3a和Z4a相对于小区Z1a和Z2a同样通过遮蔽元件45来防止串扰。这两个分别彼此邻近的小区Z3和Z4或Z3a和Z4a具有不同的波长L1和L2。

通道61中的接下来的小区Z5和Z6或通道62中的小区Z5a和Z6a相对于小区Z4和Z4a通过更大的空间隔离来分开，即小区的共同的面分别位于相应其它小区的接收机的视场之外，以致在此同样不发生串扰。分别相互邻近的小区Z5和Z6或Z5a和Z6a再次以波长L1和L2来区分。

相应地，整个飞机机身能通过适当地组合或者选出根据本发明的措施这样设置有独立的、无串扰的小区，使得能利用使单个小区的额定带宽倍增来实现带宽很宽的数据网。在这种情况下，通过根据本发明的措施，尤其是利用光学传输介质的有利特性(在无线电传输领域中由于在此完全不同的传播特性，相同传输带的这种多次占用是不可能的)。

因此，所建议的数据传输系统适于传输很高的数据率，其中造成很小的EMV并且因此具有很高的灵活性。在发射机与接收机之间不必要有直接的可见连接，以致在其空间布局方面有很高的灵活性。

发送模块与接收模块能直接被集成在数据站中，诸如被集成在显示器、小型计算机等中。发送和接收元件的数量并不受电缆、插头等限制并且能保持灵活。

此外，给出了被提高的监听安全，这相对于传统的无线电解决方案提供了一优点。由于相对于大部分材料的光学辐射的微小的穿透可能性，所以没有调制过的光束能从运输工具中传来。在窗的情况下，由于色散高并且所散射的辐射的强度相对低，所以在距运输工具数米处不再能检测到辐射。也为了进一步抑制剩余辐射，此外还能这样对窗面涂层，使得通常位于近红外线的发射辐射的波长不能通过该窗透输，而在可见区中不限制窗的透输。对此，能设置例如某些涂层、尤其是介电层。

总之，本发明提供用于宽带传输高速数据(例如视频数据)的光学自由空间数据通信系统，该自由空间数据通信系统由至少一个发射机和至少一个接收机组成，其中在诸如汽车、飞机、火车、船舶、卫星的运输工具内进行数据传输，并且发射机包含至少一个光源(诸如LID、VCSEL等)，该光源利用要传输的并且必要时被编码的数据的频率来调制，并且接收机包含至少一个光电检测器，该光电检测器接收在运输工具的内部空间中所散射的或在壁上所反射的光，而不必在发射机与接收机之间有直接的可见连接，以及被调制过的光信号又被转换成电信号。

由此尤其是得到了以下优点：

不必要敷设电缆，以致减轻了重量。省去了插头、电缆分配器等。由此给出了被提高的灵活性。衰减小。利用该系统能传输高数据率，其中仅仅存在微小的EMV或者甚至没有EMV。此外，不必要可见连接，因此能灵活地放置该系统。能集成在显示器等中。此外，得到了被提高的监听安全。

Claims (17)

1.一种用于宽带传输高速数据的间接自由空间光通信系统，其具有：

发射机(11，12，19)，该发射机(11，12，19)包括能被调制的光源，以及

接收机(5a，5b，7a，7b；17a)，该接收机(5a，5b，7a，7b；17a)包括光电检测器(43)，以便接收由发射机(11，12，19)所发射的光并且将该光转换成电信号，

其中，所述发射机(11，12，19)和所述接收机(5a，5b，7a，7b；17a)对准至少一个共同的面(8a，8b)，在由所述发射机(11，12，19)所发射的光到达所述接收机(5a，5b，7a，7b；17a)之前，所述共同的面(8a，8b)反射该光，

其特征在于，

所述自由空间通信系统蜂窝状地被建立并且具有多个小区(Z1，Z2，Z3，Z4)，所述小区(Z1，Z2，Z3，Z4)分别包括至少一个发射机(11，12，19)和至少一个所属的接收机(5a，5b，7a，7b；17a)，

其中，所述小区(Z1，Z2，Z3，Z4)这样被构造，使得阻止与各个相邻小区的串扰，以致所述小区(Z1，Z2，Z3，Z4)彼此独立。

2.根据权利要求1所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于用于射束成形相应发射机(11，12，19)的装置和/或用于限制相应接收机(5a，5b)的接收孔径角以便避免串扰的装置(41)。

3.根据权利要求1或者2所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于一个或者多个遮蔽元件(30；40；45)，用于相对于属于另一小区(Z2)的接收机(7a)遮蔽由小区(Z1)的共同的面(8a，8b)所反射的光。

4.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，相邻小区(Z1，Z2)的光源具有不同的波长(L1，L2)。

5.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，所述小区(Z1，Z2，Z3)的反射面(8a，8b)被布置在运输工具的内部空间中，在所述内部空间中实现数据传输，优选地在汽车、飞机、火车、船舶或者卫星中实现数据传输。

6.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，所述共同的面(8a，8b)的反射区或者散射区在相邻的小区之内未相互重叠。

7.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，所述小区(Z1，Z2，Z3，Z4)成列布置，其中，光的波长(L1，L2)在相互邻近的小区(Z1，Z2，Z3，Z4)中交替。

8.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，所述小区(Z1，Z2)在空间上彼此分开。

9.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，小区(Z1，Z2，Z3，Z4)的面(8a，8b)为空间内部中的壁或者物体的表面，在该空间的内部传输数据。

10.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，所述相应发射机(11，12，19)的光源包括一个或者多个LED、激光二极管、边发射激光二极管和/或VCSEL激光器。

11.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，所述相应的接收机(5a，5b，7a，7b；17a)包括光源，而相应的发射机(11，12，19)包括光电检测器，以便实施双向通信。

12.根据上述权利要求之一所述的间接自由空间光通信系统，其特征在于，在工作时，小区(Z1，Z2)的唯一发射机(11，12)为多个接收机(5a，5b，7a，7b；17a)同时提供相同或者不同的数据。

13.一种用于间接光学传输高速数据的方法，其具有以下步骤：

借助光源产生光，所述光以要传输的数据的频率进行调制；

将被调制过的光发射到面(8a，8b)上，所述面(8a，8b)反射和/或散射所述光；

接收由所述面(8a，8b)所散射的和/或所反射的光，以致所述光在间接的路径上从所述光源到达所述接收机(5a，5b，7a，7b；17a)；以及

将被调制过的光转换成电信号，

其特征在于，

在多个彼此独立的小区(Z1，Z2，Z3，Z4)中进行光的发射和接收，所述小区(Z1，Z2，Z3，Z4)分别包括至少一个发射机(11，12，19)和至少一个接收机(5a，5b，7a，7b；17a)，

其中，主动阻止与分别相邻的小区(Z1，Z2，Z3，Z4)的串扰。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述由小区(Z1，Z2，Z3)的发射机所发射的光这样被限制到其反射角(9a，10a，18a)中，使得所述光没有到达其它小区(Z1，Z2，Z3)的接收机(5a，7a，17a)。

15.根据权利要求13或者14所述的方法，其特征在于，小区(Z1)的相应接收机(5a)的接收孔径角(9a)这样被限制，使得相邻小区(Z2，Z3)的光源的光没有到达所述接收机(5a)。

16.根据权利要求13至15之一所述的方法，其特征在于，相对于属于另一小区(Z2)的接收机(7a)遮蔽由小区(Z1)的面(8a，8b)所反射的光。

17.根据权利要求13至16之一所述的方法，其特征在于，在相邻小区(Z1，Z2)中应用具有不同波长(L1，L2)的光。

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