CN103067088A - 用于室内无线光学链路的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例涉及无线光通信系统。所述系统可以包括包含可见光源和不可见光源的用户模块和中央单元。通过用可见光源产生的光使不可见光源产生的光的传播可视化，并且根据可见光源产生的光来对准用户模块位置，在中央单元和用户模块之间创建双向光通信链路。

Description

用于室内无线光学链路的方法和系统

技术领域

本发明涉及室内无线光学链路和网络。

背景技术

无线通信链路构成了用于在不断变化并且灵活的环境中部署短距离通信网络的最简单且最快速的方法。与有线通信网络不同，无线通信网络在不需要物理地增加或修改硬件部件（比如，网络线缆和插座）的位置的情况下实现了对用户进行增加、交换、以及重新布置。

早期的室内无线光学链路（IWOL）采用了基于视线（LOS）原理、以950纳米（nm）的波长工作的漫射式光学链路，并且表现出125kbit/s的通信速率。之后的IWOL系统表现为采用了以约900nm的波长工作的较窄的LOS下行链路的1Mbit/s链路。

针对光学无线通信链路的多源解决方案需要多个光源，比如，激光二极管（LD）或者光纤，以用于向多个用户提供通信链路。针对光学无线通信链路的单源解决方案是单向的，并且需要在用户和源之间进行麻烦的对准。此外，这些系统采用高辐射功率，这可能对在室内的那些人有害或者有危险。

附图说明

在说明书的结论部分中特别指出并且清楚地要求保护作为本发明的主题。然而，通过在阅读附图时参照以下详细说明，可以很好地理解本发明的结构和操作方法，及其目的、特征、和优点，其中：

图1是根据本发明的实施例的室内无线光学系统的高层次框图；

图2是根据本发明的实施例的示例性室内无线光学系统的示意图；

图3是根据本发明的实施例的示例性用户模块的示意图；

图4是根据本发明的实施例的室内无线光学系统的粗略对准的方法的流程图；

图5是根据本发明的实施例的室内无线光学系统的精细对准的方法的流程图；

图6是根据本发明的实施例的另一个示例性的室内无线光学系统；

图7A描绘了根据本发明的实施例的中心站的双波长物镜模块；

图7B是根据本发明的实施例的另一个示例性的室内无线光学系统；

图8A和图8B描绘了根据本发明的实施例的双向IWOL系统；

图9展示出根据本发明的实施例在对准过程中的中心站和用户模块的元件；

图10展示出根据本发明的实施例的多可见光对准；以及

图11展示出根据本发明的实施例的用户模块。

应当清楚的是，为了使图示的简化和清楚，图中所示的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚起见，可以相对于其它元件将所述元件中的一些元件的尺寸放大。此外，在认为合适的地方，可以在附图中重复附图标记，以指示对应的或者相似的元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，为了提供对本发明的透彻理解，对大量具体细节进行了阐述。然而，本领域普通技术人员将会理解，在没有这些具体细节的情况下也可以实现本发明的实施例。在其它实例中，没有详细描述公知的方法、过程以及部件，以免使本发明模糊。

虽然本发明的实施例不限于此，但是采用诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”、“建立”、“分析”、“核查”等术语的讨论可以指代计算机、计算平台、计算系统、或者其它电子计算设备的操作和/或处理，所述计算机、计算平台、计算系统、或者其它电子计算设备对表示为计算机的寄存器和/或存储器内的物理量（例如，电子量）的数据操作和/或转换成类似地表示为计算机的寄存器和/或存储器或者可以存储指令以便执行操作和/或处理的其它信息存储介质内的物理量的其它数据。

虽然本发明的实施例不限于此，但是本文所使用的术语“数个”以及“多个”可以包括例如“多个”或者“两个或更多个”。术语“数个”或“多个”可以在整个说明书和权利要求书中使用，以描述两个或更多个部件、设备、元件、单元、参数等。例如，“多个设备”可以包括两个或更多个设备。

虽然本发明的实施例不限于此，但是本文所使用的词语“收发机”可以在整个说明书和权利要求书中使用，以描述同时包含发射机和接收机的任何设备、部件或者元件。收发机可以包括可以共享共同电路或者可以具有共同外壳的组合的发射机和接收机。

虽然本发明的实施例不限于此，但是本文所使用的词语“光电检测器”、“光电传感器”、“光检测器”和“光传感器”可以在整个说明书和权利要求书中使用，以描述可以感测或者检测光或者其它电磁能量的任何设备、部件或者元件，例如，光电二极管、光电晶体管、电荷耦合器件（CCD）等。

本发明的实施例提供了采用单个中心站以提供从中心站到一个或多个用户模块以及从用户模块到中心站的光学双向通信链路的解决方案。中心站和用户模块之间的双向辐射可以是“视线”传播或者“非视线”传播。在中心站和用户模块之间设置光学连接或链路可以包括对准过程，该对准过程可以允许用户将其用户模块设置在可能存在通向中心站的双向通信链路的位置和/或方向上。该对准过程可以包括对可见光进行检测，所述可见光使通信链路的不可见光的传播可视化，其中所述可见光可以由中心站和/或由用户模块产生。该对准可以进一步包括根据可见光来对准用户模块的位置，以便在中心站和用户模块之间设置光学连接。

本发明的实施例可以包括理论上具有如发送和接收速度为光速那样的不受限的链路速度的双向通信链路。双向通信链路的性能实际上可能仅受通信设备（例如，10Gbps、100Gbps的调制解调器设备）的性能的限制。

参照图1，该图是根据本发明的实施例的室内无线光学系统的高层次框图。光学无线系统100可以包括：耦合到主处理器（例如，交换或网络处理器）的中心站110，以及一个或多个用户单元120、121以及122。可以在中心站110和用户单元1020之间创建光学链路130，可以在中心站110和用户单元121之间创建光学链路131，并且可以在中心站110和用户单元122之间创建光学链路132。计算机或者任何其它合适的用户设备140可以连接到用户单元，例如，用户单元120，以便使用光学链路130以用于通信目的。用户设备140可以是例如个人计算机（PC）、膝上型计算机、个人数字助理（PDA）、智能电话、寻呼机、或者任何其它移动的或静止的计算设备。

在本发明的一些实施例中，中心站110可以位于、处于或者设置在房间、空间或者区域的中间或主要位置，例如，附着到或者挂在天花板或者墙壁上。用户单元120-122（在本文中也称作用户模块120-122）可以位于、处于或者设置在可以从该处创建通信链路130-132的任何适用的位置，例如，桌子上、墙壁上。可以在本发明的实施例中使用可以允许从中心站110产生的光和从用户单元120-122产生的光的光轴对准（也称作“瞄准”）的任何其它位置。

中心站110（在本文也称作中央单元110）可以被配置为通过准直的不可见光束来建立双向光通信链路，以实现连接到交换机101的远端通信设备和一个或多个用户单元120-122之间的无线通信的传输。所述用户单元可以包括：用于通过双向光通信链路发送光信号的光发射机、和用于通过双向光通信链路接收从中央单元发送的光信号的接收机。所述中央单元可以包括：用于通过双向光通信链路发送光信号的光发射机、以及用于通过双向光通信链路接收从用户单元发送的光信号的光接收机。中央单元和用户单元的光发射机可以包括不可见光源，而中央单元和用户单元的接收机可以包括光电传感器。根据本发明的实施例，用户单元和中央单元中的至少一个可以包括可见光源，以产生准直的可见光束，从而如本发明的实施例中所描述的，在建立双向光通信链路时实现用户单元和中央单元的对准。

中心站110可以包括光学模块111、收发机112、处理器113、存储器115、以及通信单元114。如本发明的实施例中所描述的，收发机112可以实现分别将通过光学链路130-132承载的数据发送到用户单元120-122，并且接收来自用户单元120-122的通过光学链路130-132承载的数据。

收发机112可以包括不可见光源和可见光源。不可见光源（例如，红外激光二极管）可以提供辐射，以创建光通信链路130-132，而可见光源（例如，红色激光二极管）可以提供可见光辐射，这可以允许在中心站110和用户模块120-122中的每一个用户模块之间进行简单对准，从而分别创建通信链路130-132中的每一个通信链路。此外，可以例如由通信单元114在用户模块120-122和中心站110之间创建服务通信信道，以便允许传输控制信号。

通信单元114可以包括例如但不限于以下各项的部件：一个或多个中央处理单元（CPU）或者任何其它合适的多功能的或者专用的处理器或控制器。通信单元114可以创建通信信道，以允许在中心站110和用户模块120-122中的每一个用户模块之间传输控制信号。通信单元114可以可选择地和/或另外控制对准过程，例如，用户模块120-122中的每一个用户模块和中心站110之间的自动对准。由通信单元114创建的通信信道可以是可用于控制方案的低功率通信信道或网络，例如，以太网、WiFi、蓝牙等。

光学模块111可以包括光学元件，比如透镜、分光器、准直器、或者可以允许进行光学操作以便创建通信链路130-132中的每一条通信链路的任何其它光学元件。光学模块111可以包括例如多镜元件、光纤准直器、或者允许光从中心站到达用户模块120-122中的每一个用户模块的任何其它设备。

处理器113可以包括例如但不限于以下各项的部件：一个或多个中央处理单元（CPU）、或者任何其它合适的多功能的或专用的处理器或控制器。处理器113还可以另外包括其它合适的硬件部件和/或软件部件。处理器113可以包括指令，或者与一个或多个操作系统共同执行指令，该操作系统可以是或者可以包括被设计为和/或配置为执行涉及以下操作的任务的任何代码段：对中心站110进行协调、调度、仲裁、监督、控制、或者其它管理操作（例如，对准过程的调度执行）。处理器113可以与存储器115相关联或者耦合到存储器115，该存储器115可以存储本发明的实施例上操作的数据，或者由这些实施例创建的数据，例如，用于执行中心站110和用户模块120-122中的每一个用户模块之间的对准过程的操作所需的操作。

根据本发明的实施例，用户模块（比如，用户模块120-122中的一个）可以被放置、设置、安置和对准，使得可以创建诸如双向通信链路130-132中的一个的通信链路。用户模块可以被放置为使得在用户模块120-122中的每一个用户模块和中心站110之间可获得视线。例如，根据本发明的实施例，可以将用户模块120放置、定向和对准，以创建通向/来自中心站110的通信链路130。例如，用户模块120可以包括光学模块126、收发机127、处理器123、存储器125、以及通信模块114。

如本发明的实施例中所描述的，收发机127可以允许将通过光学链路130-132承载的数据发送到用户模块中心站110，并且接收来自用户模块中心站110的通过光学链路130-132承载的数据。收发机127可以包括不可见光源（例如，红外激光二极管），所述不可见光源可以在用户模块120-122中的每一个用户模块和中心站110之间提供光通信链路130-132。收发机127可以可选择地包括可见光源（例如，红色激光二极管），所述可见光源可以提供可见光，以便允许在用户模块120-122中的每一个用户模块和中心站110之间进行简单的对准。

通信单元124可以包括例如但不限于以下各项的部件：一个或多个中央处理单元（CPU）、或者任何其它合适的多功能的或专用的处理器或控制器。通信单元124可以创建通信信道，以允许例如由通信单元144在中心站110和用户模块120-122中的每一个用户模块之间传输控制信号。通信单元124可以可选择地和/或另外控制对准过程，例如，用户模块120-122中的每一个用户模块和中心站110之间的自动对准。对自动对准过程的控制可以包括对用户模块120-122中的每一个用户模块和/或中心站110所发射的功率水平的控制、和/或对用户模块120-122中的每一个用户模块和/或中心站110的位置、地点和移动性的控制。由通信单元124创建的通信信道可以是可以用于控制方案的低功率的通信信道或网络，例如，以太网、WiFi、蓝牙等。另外地或者可选择地，通信单元124可以控制光学链路130-132，并且可以分离例如从用户模块120到多个最终用户140的光学链路。

光学模块126可以包括光学元件，比如，透镜、分光器、准直器、或者可以允许进行光学操作来创建通信链路130-132中的每一个通信链路的任何其它光学元件。处理器123可以包括例如但不限于以下各项的部件：一个或多个中央处理单元（CPU）、或者任何其它合适的多功能的或专用的处理器或控制器。处理器123可以另外包括其它合适的硬件部件和/或软件部件。处理器123可以包括指令，或者与一个或多个操作系统共同执行指令，该操作系统可以是或者可以包括被设计为和/或配置为执行涉及以下操作的任务的任何代码段：对中心站110进行协调、调度、仲裁、监督、控制、或者其它管理操作（例如，调度执行对准过程）。处理器123可以与存储器125相关联或者耦合到存储器125，该存储器125可以存储本发明的实施例上操作的数据，或者由这些实施例创建的数据，例如，用于执行用户模块120-122中的每一个用户模块和中心站110之间的对准过程的操作所需的操作。

虽然本发明的范围不限于此，但是本发明的实施例中所描述的计算设备（例如，处理器101、123、113和/或计算机140）可以包括操作系统，该操作系统可以是或者可以包括被设计为和/或配置为执行涉及以下操作的任务的任何代码段：对计算设备进行协调、调度、仲裁、监督、控制、或者其它管理操作。这类操作系统可以是商用的或者专有的操作系统。本文公开的计算设备可以包括存储器，该存储器可以是或者可以包括例如RAM、ROM、DRAM、SD-RAM、DDR存储器芯片、闪存、易失性存储器、非易失性存储器、高速缓存存储器、缓冲器、短期存储单元、长期存储单元、或者其它合适的存储单元或储存单元。所述存储器可以是或可以包括多个有可能不同的存储单元。本文描述的软件可以包括诸如应用程序、程序、过程、任务、或者脚本的可执行代码，并且可能受到操作系统的控制。

虽然在图1的示例性图示中，示出了三个用户模块、三个通信链路、和一个处理器，但是本领域技术人员应当理解，本发明不限于此，并且根据本发明的实施例，系统100可以包括任意合适数量的用户模块、通信链路、以及计算机。此外，本领域技术人员应当理解，用户模块120中所包含的光学模块126、收发机127、处理器123、存储器125、以及通信模块114可以包含在每一个用户模块中，并且由于简化的原因仅显示一次。

图2是根据本发明的实施例的示例性的室内无线光学系统的框图。示例性的光学无线系统200可以是例如图1的光学系统100，并且可以包括中心站210和多个用户模块220、221、222和223。中心站210可以包括收发机212和光学模块211，所述光学模块211可以将广播或光辐射从收发机212导向用户模块220-223并且从用户模块220-223导向收发机212，使得可以创建双向通信链路。虽然为了简化而没有示出，但是其它部件、元件、或者设备（例如，图1中所示的元件）可以包括在系统200中。例如，虽然图中未示出，但是中心站210可以另外包括处理器、存储器、以及通信模块。

收发机212可以包括不可见光源202、物镜232、可见光源203、物镜233、光电检测器或光传感器204、以及物镜234。不可见光源202和物镜232连同可见光源203和物镜233一起可以用于向用户模块220-223发射光，并且在本文中称作“发射机”。光电检测器204和物镜234可以用于检测来自用户模块220-223的光，并且在在本文中称作“接收机”。如本发明的实施例中所描述的，收发机212可以允许分别将通过光学链路240、241、242和243承载的数据发送到用户模块220、221、222和223，并且接收来自用户模块220、221、222和223的通过光学链路240、241、242和243承载的数据。

虽然本发明的实施例不限于此，但是可见光源203可以包括具有不可见辐射光谱的任何光源，例如，具有波长在1310和1550纳米（nm）之间的辐射的任何红外光源，比如，红外激光二极管。虽然本发明的实施例不限于此，但是不可见光源202可以包括具有可见辐射光谱的任何光源，例如，具有波长在630和650纳米（nm）之间的辐射的任何红色光源，比如，红色激光二极管。

根据本发明的一些示例性实施例，不可见光源202可以是红外激光二极管，并且可以例如以1500nm的波长辐射。来自不可见光源202的辐射可以用于携带去往一个或多个用户接收机220、221或222的数据。根据本发明的一些示例性实施例，可见光源203可以是红色激光二极管，并且可以以650nm的波长辐射。来自可见光源203的辐射可以耦合到来自不可见光源202的光，以便使不可见光（例如，红外光）的传播可视化，以用于在收发机212和用户模块220-223中的每一个用户模块之间设置光学连接。光电检测器204可以用于检测或感测由一个或多个用户模块220-223产生的光。

根据本发明的实施例，光学模块211可以包括多个光学元件、设备以及模块，以便耦合、合并、链接或设置由可见光源203产生的光和由不可见光源202产生的光，使得这两个辐射都可以具有基本相同的光轴。对这两个光辐射进行耦合可以使人们观察到可见光（例如，来自可见光源203的红光），以便对准其方向，并且由此来对准来自不可见光源202的人眼看不到的不可见光（例如，红外光）的方向。如本发明的实施例中所描述的，在对准过程中，为了通过观察来自可见光源203的可见光来对准不可见光，可以调整、改变或者协调用户模块220-223中的每一个用户模块的位置。

光学模块211可以进一步包括分光器205和206、扩束器207、以及多镜元件208。多镜元件208可以具有配备有多个镜子的二维板或者任何其它设备。收发机212的分光器205和206可以用于对来自可见光源203和不可见光源202的辐射进行合并和/或分离。例如，分光器205可以将来自不可见光源202和可见光源203的光合并，分光器206可以将来自用户模块（例如，用户模块220）的辐射分离，并且将不可见光导向到光电检测器204。扩束器207可以用于扩大或者扩展来自可见光源203和不可见光源202的组合辐射的直径。

中央单元210可以包括一个或多个光学元件，以将中央单元产生的准直光分离成去往多个用户单元220-223的多个准直光束。

从收发机212发出的扩展的和准直的光束可以被多镜元件208分离成多个独立的光束（在本文中还称作“光学链路”241-243），每一个光束具有不同的方位角（在本文中也称作Qx）和不同的外侧角（在本文中也称作Qy）。多镜元件208可以包括可以将光束导向某个位置的任何合适的元件、器件或者部件。多镜元件208可以将从收发机212输出的组合光束转向并且分离成多个光束240-242，其中，根据镜单元的规范，将每个光束导向不同的方向，例如，光束的方向之间的倾斜角可以由镜单元的数量来限定。

本领域技术人员应当理解，根据本发明的实施例，多镜元件208可以具有各种特征，并且可以包括倾斜的或者固定的镜子。多镜元件208可以包括多个镜子或者镜单元，每个镜子或镜单元可以具有其自己的参数和规范（例如，相对于公共镜板的唯一Qx、Qy角度倾斜），并且每个镜子或镜单元可以将打到镜单元的一部分光束导向某个方向，例如，导向用户模块220的位置。

本发明的实施例可以包括用于系统实现的其它选项，例如，为了使用户位置灵活并且可移动，可以用多维的镜板、具有规定的角位置的二维镜板、或者可以在其中采用可移动的镜子的多维轴的线性阵列来实现多镜元件208。

本领域技术人员应当理解，由于可以将每一个用户模块220-223对准到单个子光束并且因而可以在每一个用户模块220-223和中心站210之间创建专用通信信道或链路，因此本发明的实施例可以实现高度安全的通信。由于每个专用通信链路可以仅为一个用户模块提供服务，因此其可以作为安全通信信道。应当清楚的是，基于这类光学链路的通信协议可以通过例如使用指派给单个用户站（例如，用户模块120）的专用数据分组、安全事务、或者任何其它安全通信，来允许安全通信。

除了由于如本发明的实施例所描述的，光辐射是比较窄的这样的事实以外，还由于事实上本发明的实施例可以提供这样的无线通信链路，该无线通信链路在除了可以打开可见光源203的相当短的对准时间以外是不可见的，所以高度安全的通信可以是可行的。

虽然在图2的示例性图示中，示出了四个用户模块，但是本领域技术人员应当理解，本发明不限于此，并且根据本发明的实施例，系统200可以包括任意适当数量的用户模块。

虽然在图2的示例性图示中，光学模块211可以包括用于将光导向多个用户模块的多镜元件，但是本领域技术人员应当理解，本发明不限于此，并且根据本发明的实施例，光学模块211可以包括任意适当的光学元件或设备，例如，如图6-图11所示。

本领域技术人员还应当理解，图2仅表示可以实现或者执行本文所描述的本发明的一个示例性系统，并且本发明的范围不限于此。可实施本发明的其它系统或实现是可以使用的。例如，采用各种光学模块和/或部件（比如，环行器、分光器、尾纤（pigtailed fiber）等）的其它光学系统是可以使用的。参照图6-图11描述了可以实施本发明所有实施例的一些示例性系统。

现在参照图3，该图是根据本发明的实施例的示例性的用户模块的图示。虽然本发明不限于此，但是示例性的用户模块300可以或可以执行图2的用户模块220-223或者图1的模块120-122中的任一个的功能。

根据本发明的实施例，用户模块300可以检测来自中心站的光，并且可以将光束导向中心站，例如，根据本发明的实施例所描述的图2的中心站210或者图1的中心站110。虽然本发明不限于此，但是用户模块300的部件可以包括在一个或多个模块或单元中，例如，包括在收发机和光学模块（例如，图1的收发机127和图1的光学模块126）中。虽然由于简化的原因而没有在图3中示出，但是其它部件、元件或设备（例如，图1中所示的元件）可以包括在用户模块300中。例如，虽然图中未示出，但是用户模块300可以包括处理器、存储器、以及通信模块。

用户模块300可以包括不可见光源310，例如，红外激光二极管和光电检测器312。用户模块300可以包括可见光源320，例如，红光激光二极管和物镜321，在本文中合称为“可见光源”305。

根据本发明的实施例，可以将中心站产生的光准确地聚焦到光电检测器312处。光电检测器312的开口可以被平面窗360覆盖，该平面窗360可以是由透明的或者部分透明的材料（比如玻璃、塑料等）制成的。窗360可以被放置为基本垂直于不可见光源310的光轴，并且可以将来自中心站的可见光的一部分反射回去，或者使可见光源320产生的可见光通过、去往中心站，以实现用户模块300和中心站的对准。由于透明窗可以被放置为基本垂直于用户单元产生的光的光轴，因此可以在该透明窗上创建明显的光斑。在来自中心站的可见光的一部分可以反射回去的实施例中，窗360可以被专门设计成对于不可见光是透明的，并且主要反射可见光，以便允许在中心站和用户模块300之间进行对准过程和通信二者。

根据一些实施例，可以通过仅使用中央单元处的一个可见光源和用户单元处的选择反射镜，来实现对准。当中央单元处的可见光源产生的可见光打开时，光束可以打到选择反射镜上（即，对不可见光而言是透明的并且对可见光而言是完全反射的镜子），并且可以反弹回或反射回中央单元窗，使得可以在中央单元和用户单元之间实现粗略对准。

返回参照图2，在对准过程中，由中心站210产生的准直光束（其包括可见辐射和不可见辐射二者）可以例如通过多镜元件208分离成多个子光束，每个子光束构成由收发机212产生的准直光束的一部分。所述多个子光束中的每个子光束具有不同的方向，以覆盖室内的不同位置。每个子光束可以从其相应的定向元件（例如，从图2的镜单元）发出。每个定向元件可以耦合、连接或者附接到窗370（在本文中也称作图3中标有数字370的“中心站窗”）。窗370可以具有位于窗370上的对准标记371（例如，纹章图像（crest image）），以便在对准过程中指导用户。

如图3所示，对准标记371可以是例如将圆划分为4等份的两条正交直线。在一些实施例中，窗370可以具有用于在对准过程中指导用户的开口或者孔。也可以使用其它对准标记。

来自中心站210的子光束可以在空间中的元件或者表面（例如，室内的办公台或桌的表面）上创建多个明显的光斑。根据本发明的实施例，当每个子光束从中心站210传播通过中心站窗370时，该子光束可以在中心站窗370的表面上创建第一个明显的光斑372。根据一些实施例，可以通过从用户窗360反射的光，在中心站窗370的表面上创建第二个明显的光斑373。根据其它实施例，可以通过由可见光源320产生的光创建所述第二个明显的光斑373。可以调整或改变这两个光斑372和373的位置，直到它们重叠为止。当光斑372和373重叠，即位于窗370上的同一位置时，可以创建通信链路。耦合到或者附接到用户单元的定位单元可以调整用户单元的位置，直到第一个光斑372和第二个光斑373在透明窗370上重叠为止。

在对准过程中，可以将用户模块（例如，用户模块220）放置在某个位置，在该位置处，通过来自中心站210的光创建可见的光斑。然后，可以将用户模块移动到特定的角方向，以用于在用户模块和中心站之间创建最佳对准，使得可以将中心站窗370上的两个可见的斑372和373对准。该对准过程可以由用户或者系统管理员手动执行，可以在没有人为干预的情况下自动执行，或者可以半自动地执行，例如，可以自动打开可见光源，同时可以手动地移动用户模块300。

虽然本发明的实施例不限于此，但是每一个子光束在空间中的表面上或者在中心站窗370上形成的可见光斑可以是人眼能够观察到的可见斑。所述可见斑可以具有如下特点，比如，基于可见光源203的特定颜色，例如，如果正在使用红色激光二极管，则可以观察到红色光斑，然而也可以使用除了红光以外的任何可见光。

现在参照图4，该图是根据本发明的实施例用于室内无线光学系统的粗略对准的方法的流程图。可以例如使用图1的系统100、用系统100中的一个或多个元件（也就是，用户模块120-122、中心站110）、和/或由其它合适的单元、设备、和/或系统来执行该方法的操作。

如框410处所示，该方法可以包括打开或者操作中心站的可见光源。这可以由人手动地、或者由机器、处理器或者系统自动地执行。根据一些实施例，可以在打开可见光的同时、之前、或者之前/之后的任何其它时候，打开不可见光，以允许进行数据发送。由于使用图2的多镜元件208或者任何其它分光元件，因此当打开可见光源时，可以在例如空间、房间或者区域内的多个位置处观察到多个可见光斑。

如框420处所示，该方法可以可选择地包括：引导中心站指向用户模块的位置、或者指向用户模块在将来时间可能所处的点、表面或者位置。该可选择的操作可以在这样的实施例中执行，在该实施例中，中心站可以包括诸如准直器、喷嘴、或者可以移动、倾斜或改变其位置的其它元件的元件。本领域技术人员应当理解，可以在如框410处所示的打开或者操作中心站的可见光源之前执行该操作。

如框430处所示，该方法可以包括将用户模块放置在观察到光斑的位置。由中心站产生的光束创建的光斑可以位于室内的合适的表面上，比如，桌子、墙壁等。用户模块应当设置为使得来自中心站的光对准其用户窗（例如，图3的用户模块300的窗360）。

如框440处所示，该方法可以包括打开或者操作用户模块的可见光源，以便使用其可见辐射来将用户模块对准到中心站。对用户模块的可见光源的操作可以由人手动地或者由机器、处理器、或者系统自动地执行。应当理解，该操作是可以在这样的实施例中使用的可选择的操作，在该实施例中，对准过程包括使用用户模块所产生的可见光。该操作可以不在这样的实施例中使用，在该实施例中，对准过程包括使用中心站所产生的光的反射。

如框450处所示，该方法可以包括对用户模块的位置进行调整、改变、修改、协调、或者移动，使得中心站产生的可见光与用户模块产生的或从用户模块反射的可见光重叠、聚集、相交、或者对准。根据本发明的实施例，可以调整、旋转、转动用户模块，使得中心站所产生的光在中心站的对准窗（例如，图3的窗370）上创建的光斑与用户模块所产生的光在中心站的对准窗上创建的光斑相重叠。

如框460处所示，该方法可以包括核查可见光斑是否对准。第一个可见光斑是由用户模块产生的光或者从用户模块反射的光创建的，而第二个光斑是由中心站产生的光创建的。如果中心站的对准窗上的这两个可见光斑是对准的，即只可以观察到一个可见斑，则该方法可以结束粗略对准，如框470处所示，而如果中心站的对准窗上的这两个可见光斑没有对准，即中心站的对准窗上有两个可见光斑，则该方法可以回到框450，并且可以再次调整或者改变用户模块的位置。

根据本发明的一些实施例，可以在实现粗略对准之后，执行关闭用户模块和中心站二者的可见光源的操作。可以在其它情况（例如，当边缘设备决定与用户模块断开时、当未授权的设备试图连接到用户设备时等）下，对可见光源或整个链路进行关闭。在一些实施例中，为了节省功率，可以在边缘设备与用户模块断开时关闭所有的光源并且链路可以不工作。关闭可见光源的操作可以允许节省功率并且提高通信链路的安全级别，一关闭可见光源，通信链路就会变得完全不可见。可以在对准时刻开始时打开不可见光源，以便启用通信链路。可以通过中心站和用户模块中的光电检测器（例如，光电检测器204和312）不断地感测或检测通信链路的质量。根据一些实施例，当可以感测到通信链路的下降（例如，功率电平的一定下降或者达到某个预定的阈值）时，可以打开可见光源，以便通过再次通过执行对准过程来重新对准用户模块和中心站。

本领域技术人员应当理解，根据本发明的实施例，可以使用其它操作或者多组操作。

根据本发明的一些实施例，可以在不使用用户模块所产生的可见光的情况下执行对准过程。在这类实施例中，来自中心站的光中的大部分通过用户窗（例如，窗360）传输到用户模块的光电检测器（例如，图3的光电检测器312），而可见光中的相对较小的部分可以从该窗反射回中心站的窗（例如，图3的中心站窗370）。由于用户窗可以被专门设计为对不可见光是透明的，并且主要反射可见光。所反射的光可以在中心站的对准窗的表面上产生可见光斑。可以将用户模块的位置变更或者改变到特定的角方向，直到这两个可见光斑出现在中心站窗上为止。然后，可以调整用户模块，直到这两个斑重叠为止。当中心站窗内出现一个组合斑时，实现大致或者粗略的对准。

在这类实施例中，在中心站的窗（例如，中心站窗370）上可以观察到两个光斑，其中一个斑（例如图3中的斑372）在从中心站到用户模块的路径上照射中心站窗，而第二个斑（例如图3中的斑373）是从用户窗反射的、或者由来自用户模块中的可见光源的光创建的。当从用户窗反射的光斑或者由用户模块产生的光斑出现在中心站窗上的圆、纹章或者其它标记内并且与中心站窗上的（由中心站产生的）第一个斑重叠时，可以认为实现了大致或粗略的对准。

根据本发明的实施例，可以通过使两个光斑到达中心站窗370的中心，来实现精细对准。通过执行精细对准并且使两个光斑到达中心站窗370的中心，可以认为中心站和用户单元是对准的。

现在参照图5，该图是根据本发明的实施例用于室内无线光学系统的精细对准的方法的流程图。可以例如使用图1的系统100、由系统100中的一个或多个元件（即，用户模块120-122、中心站110）、和/或由其它合适的单元、设备、和/或系统来执行该方法的操作。

如框510处所示，该方法可以包括对耦合或连接到用户模块的功率检测器或功率传感器（比如，功率计）进行操作。该功率计可以是可以连接到用户模块的光电检测器（例如，图3的光电检测器312）的光学功率计。可以使用其它功率检测器，例如，由连接到用户模块的计算机操作的数字功率检测器或者任何其它功率检测器。

如框520处所示，该方法可以包括对用户模块的光电检测器（例如，图3的光电检测器312）所检测的或者感测的辐射的功率进行测量。光电检测器312可以测量由中央单元的不可见光源产生的光的功率。根据本发明的实施例，该方法可以包括对中心站产生的不可见的和/或可见的辐射进行监控，并且对到达用户模块的光电检测器的辐射的已检测到的功率进行测量。另外或者可替换地，其它实施例可以包括对中心站的光电检测器（例如，图2的光电检测器204）所检测的或者感测的辐射的功率进行测量。

如框530处所示，该方法可以包括通过例如耦合到用户单元的定位单元来调整、移动、变更或者改变用户模块的位置，从而使可以由功率检测器测量的、到达用户模块的光电检测器的辐射的功率最大化。可以手动或自动地倾斜、移动、调整、协调用户模块，或者另行改变其位置，使得到达用户模块的光束的功率可以达到最大。

根据本发明的实施例，用户模块可以包括角度对准单元（比如，螺丝），从而允许在角方向（例如，Qx、Qy和Qz角）上调整用户模块。为了找到优选位置，即，在其中检测到最大功率的位置，可以另外或者可替换地沿着水平和垂直的方向移动用户模块。根据本发明的实施例，用户模块可以包括定位单元，该定位单元可以调整用户单元相对于中央单元的空间位置，例如直到测量到最大功率为止。定位单元可以耦合到、附接到用户单元、或者嵌入到用户单元内。

如框540处所示，该方法可以包括核查是否达到并且检测到最大功率以实现最佳对准。如果达到并且测量到功率的峰值，则该方法可以包括将用户模块锁定到和/或固定到其当前的位置，以便保持所达到的最佳对准，如框550处所示的。如果还没有达到功率的峰值，则该方法可以包括对用户模块位置进行进一步调整，如返回到框530所示的。可以定期执行在功率测量之后对用户模块的位置的进一步调整，直到可以检测到最大功率为止，如框540处所示。

本领域技术人员应当理解，根据本发明的实施例，可以使用其它操作或者多组操作。

根据本发明的一些实施例，可以通过检测中心站和用户模块之一上的最大的不可见光信号或者中心站和用户模块两者的最大的不可见光信号，例如，通过检测和测量用户模块和中心站二者上的不可见的光信号功率，来控制并且实现最佳对准。

在本发明的一些实施例中，用户模块（例如，图1的用户模块120）和中心站（例如，图1的中心站110）可以包括用于使所述精细对准过程简化并且自动化的光反馈控制。所述反馈控制可以用处理器（例如，图1中的通信单元114、处理器113、或者处理器123）执行，所述处理器可以接收与由耦合到光电检测器的功率计测量到的、由用户光电检测器接收到的不可见辐射信号的测量功率有关的输入数据。可以在传输期间根据在用户模块的光电检测器处检测到的不可见光信号的功率，来更新所述精细协调。用户模块的光电检测器可以与功率计相连接或者相结合，所述功率计可以检测并且测量已接收的不可见光的功率。

可以通过机械方式来执行对所述对准的精细协调，例如，手动地（例如通过具有两个螺丝的支架，所述螺丝在Qx、Qy和Qz方向上改变用户模块的角位置）或者自动地（例如，通过如围绕图11所描述的一个或多个镜子）调整用户模块的位置。

对用户模块的三维位置、或者水平、垂直和/或角位置以及光信号反馈回路进行自动调整可以实现在通信会话期间对用户位置的即时监控，以及对所述对准的立刻即时修正和更新。这类实施例可以提高用户在通信会话期间在室内或者在空间中四处移动的灵活性。系统将跟踪用户的位置并且更新所述对准，以便在不断开与中心站的连接的情况下确保平稳通信。

在一些实施例中，通过测量功率来跟踪链路质量的能力可以用来调节光源的辐射水平。例如，如果链路质量是最高的但是通信会话不需要这么高功率的链路（例如，数据传输速率低于最大速率），则可以降低来自用户模块和中心站的光源的辐射功率，以便节省功率。

图6-图11是可以用不同的光学系统、元件、模块、部件等来实施或者执行在本文中描述的本发明的示例性系统。本领域技术人员还应当理解，图6-图11仅表示可以实施或者执行在本文中描述的本发明的示例性系统，但是本发明的范围不限于此。

现在参照图6，该图是根据本发明的实施例的另一个示例性室内无线光学系统。光学无线系统600可以是例如图1的光学系统100，并且可以包括中心站610和多个用户模块620、621、622、623和624。中心站610可以包括收发机612和光学模块611，所述光学模块611可以将光束或光辐射从收发机612导向用户模块620-624并且从用户模块620-624导向收发机612。虽然出于简化的原因而没有示出，但是其它部件、元件或者设备（例如，图1中所示的元件）可以包括在系统600中。例如，虽然图中未示出，但是中心站610可以包括处理器、存储器、以及通信模块。

收发机612可以类似于图2中所示的收发机212，并且可以包括可见光源602、物镜632、不可见光源603、物镜633、光电检测器或光传感器604、以及物镜634。可见光源602和物镜632连同不可见光源603和物镜633一起可以用于向用户模块620-624发射光，并且在本文中称作“发射机”。光传感器604和物镜634可以用于对从用户模块620-624接收到的光进行检测，并且在本文中称作“接收机”。

光学模块611可以包括光导体607（例如，光纤分光器），可以使用该光导体607以便对来自可见光源602的光辐射和来自不可见光源603的光辐射进行分离。光导体607可以通过一束、一组或者一捆光纤655连接到多个准直器608，例如光纤准直器。准直器608中的每一个可以包括或者可以附接到可以包含窗656的物镜。窗656类似于图3的中心站窗370。准直器608中的每一个可以包括可变的Qx、Qy和Qz角位置，从而实现对房间、空间或者区域内的较广区域的覆盖。可以在准直器608中的每一个准直器和用户模块620-624中的一个用户模块之间执行与围绕图4和图5描述的对准过程类似的对准过程。

根据本发明的一些实施例，其它系统拓扑可以是适用的，例如，中心站610可以位于诸如位于一个或多个房间或空间外面的走廊的外部中心位置。可以通过使用足够长以将准直器设置在所需位置处的光纤、电缆或导线，来将准直器608中的每一个设置在任何房间或空间中。可以使用任何其它光学模块、元件、或者设备。

根据本发明的一些实施例，每个用户模块可以用作本地交换机，即，如果用户模块包括可以允许其它用户的其它计算机与其自身连接的交换机，则准直器和用户模块之间的单个通信链路可以被其它用户使用。通过使用这样的交换机，用户模块620-624中的每个用户模块可以为多个用户提供服务。

现在参照图7，该图描述了根据本发明的实施例的另一个示例性室内无线光学系统。光学系统700可以包括中心站710和多个用户模块，例如，用户模块771和用户模块772。中心站710可以包括：作为发射机的不可见光源703、作为接收机的光电检测器704、以及可见光源702。用户模块771和772中的每一个可以包括作为发射机的不可见光源788和作为接收机的光电检测器782。根据一些实施例，用户模块771和772中的每一个可以进一步包括可见光源（未示出）。

中心站710的不可见光源703可以发出第一波长（例如，1550nm的波长）的光，而用户模块772的不可见光源788可以发出与从中心站710发出的波长不同的第二波长（例如，1490nm的波长）的光。相应地，光电探测器704可以被配置为检测从用户模块发出的光，例如1490nm的光，而光电探测器782可以被配置为检测从中心站710发出的光，例如，1550nm的光。

中心站710可以进一步包括具有多个端口的光学环形器706，例如，光纤环形器。环形器706可以通过环形器706的端口1连接到不可见光源703，并且通过滤波器722以及环形器的端口3连接到光电检测器704。如果光通过环形器706的端口1进入，则其通过环形器706的端口2离开，而如果光通过环形器706的端口2进入，则其通过环形器706的端口3离开。滤波器722可以阻止某些波长的寄生返回损耗（parasitic return loss）进入光电检测器704。这类滤波器可以将来自用户模块的信号分离，并且仅允许期望波长的信号到达光电检测器704。例如，将用户模块772产生的光分离成两个波长，1490nm的第一波长和1550nm的第二波长，并且仅允许期望波长（例如，1490nm）的纯净信号到达光电检测器704。

用户模块772、771中的每个用户模块可以包括光学环形器781（例如，光纤环形器），所述光学环形器781通过环形器781的端口1连接到不可见光源788，并且通过滤波器783和环形器781的端口3连接到光电检测器782。如果光通过端口1进入光学环形器781，则其通过端口2离开，而如果光通过端口2进入光学环形器781，则其通过端口3离开。滤波器781可以阻止某些波长的寄生返回损耗进入光电检测器782。这类滤波器可以将来自中心站710的信号分离，并且仅允许期望波长的信号到达光电检测器782。例如，将中心站710产生的光分离成两个波长，1490nm的第一波长和1550nm的第二波长，并且仅允许期望波长（例如，1490nm）的纯净信号到达光电检测器782。

为了从中心站710到用户模块（例如，用户模块771）的数据传送，来自不可见源703的光可以通过端口1进入光学环形器706，并且可以通过端口2向分光器707传输。分光器707可以是例如可以连接到一束导线（例如，光纤766）的光纤分光器。分光器707的每个输出端可以耦合到相应的物镜模块720，该物镜模块720可以将从不可见光源703发出的不可见光与从可见光源702发出的可见光相耦合。为了在用户模块（771或772）和中心站710之间建立通信链路，可以将所述用户模块中的每一个与相应的物镜模块720对准。从用户模块反射的可见光或者用户模块中的可见光源产生的可见光可以实现简单且快速的对准过程。当用户模块771和中心站710在本发明的实施例中所示的对准过程之后对准时，光束的不可见部分（例如，在1550nm处）可以通过用户环形器781的端口3传输穿过用户滤波器783到达用户光电检测器782。

每个物镜模块720可以包括针对一个或多个波长的准直器（例如，双波长准直器），所述准直器可以将来自不可见光源703的光和来自可见光源702的可见光准直。根据本发明的一些实施例，每个用户模块可以包括具有不可见波长准直器的物镜模块780。在这种情况下，不需要双波长准直器。用户物镜模块780可以包括透明窗，该透明窗用于将可见光的一部分反射回相应的物镜模块720，以便实现用户模块771和中心站710的对准。

进一步参照图7A，该图描绘了根据本发明的实施例的中心站的双波长物镜模块。双波长物镜模块720是图7的物镜模块720中的每一个的详细例证。物镜模块720可以用于将不可见光和可见光（例如，红外光和红光）两者准直。物镜模块720可以包括窗721、准直透镜732、以及光学单元，以便将来自不可见光源（例如，图7中的不可见光源703）的光和来自可见光源（例如，图7中的可见光源702）的可见光相耦合。物镜模块720可以具有机械的角度对准模块，以便调整Qx、Qy和Qz角，并且将准直的输出光束导向用户模块（例如，图7中的用户模块772和771）中的一个。窗721可以类似于图3中的窗370，并且在窗721上可以具有对准标记，以协助对准过程。窗721上的对准标记可以是任何标记、符号或指示，例如，将圆划分为4等份的两条正交直线、或者任何其它标记或指示。

返回参照图7，与从中心站710向一个或多个用户模块772和771传输数据所使用的光相比，本发明的实施例可以允许通过利用不同波长的光从用户模块772（或771）向中心站710传输数据，例如，1490nm的波长可以用于从用户模块772（或771）向中心站710传输数据，而1550nm的波长可以用于从中心站710向用户模块772（或771）传输数据。

从用户模块772的不可见光源788发出的光可以进入环形器781的端口1，并且从端口2离开环形器781，去往用户物镜模块780。光可以通过中心站710的物镜模块720进入束766内的相应光纤，并且可以进入环形器706的端口2。所述光通过端口3向光电检测器704传输。使用这样的设置能够实现中心站710和用户模块771、772中的每一个用户模块之间的双向连接。此外，通过调整多个用户模块之一（例如，用户模块771）和中心站710之间的最佳对准（可以将该调整同时应用于所有其它用户模块，例如，应用于用户模块772），可以自动产生中心站710和用户模块之间的最佳对准状态。

本发明的其它实施例可以包括用于使用例如基于千兆以太网无源光网络（GEPON）双向收发机的中心站710和用户模块结构的其它选项。任何其它使用选项也是可以使用的。

现在参照图8A和图8B，这两张图描绘了根据本发明的实施例的双向IWOL系统。图8A描绘了根据本发明的实施例的双向IWOL系统，而图8B描绘了根据本发明的实施例的双向IWOL系统的收发机。收发机将用作接收机的光电检测器和用作发射机的不可见光源的功能集成到单个模块中。图8A示出了中心站800和多个用户模块805中的一个示例性的用户模块。用户模块805中的每一个可以包括用户收发机820和用户光学模块870。光学模块870可以类似于图3中的窗360，并且可以包括透明窗872，在一些实施例中，该透明窗872可以反射来自中心站800的可见光，或者在一些其它实施例中，该透明窗872传输来自用户模块805内的可见光源的可见光。光学模块870可以包括多个物镜模块871，所述物镜模块871中的每一个物镜模块可以包括窗872，或者可以耦合到窗872，以实现本发明的实施例中所示的对准过程。

中心站800可以包括收发机810、可以以可见波长（例如，以650nm）发射的可见光源840、将可见光源840发出的可见光束和收发机810发出的不可见光束进行组合的光束组合器830、用于将来自组合器830的组合光束分离的光束分光器850、以及通过一束光导线855（比如，光纤）与分光器850相耦合的光学模块860。光学模块860可以包括多个物镜模块861，其中每个物镜模块耦合到各自的光纤以便将子光束准直。模块861的数量可以等于分光器850的输出通道的数量。多个物镜模块861中的每一个可以包括窗862，或者可以耦合到窗862，以实现本发明的实施例中所示的对准过程。

图8B描绘了根据本发明的实施例的双向IWOL系统的收发机。收发机880可以是图8A中的中心站800的收发机810或者图8A中的用户模块805的收发机820。收发机880可以包括发出不可见光辐射的不可见光源模块811、以及被配置为检测某个波长的光的光电检测器或光电传感器814（比如，光电二极管）。光电检测器814可以包括跨阻抗放大器模块，或者可以耦合到跨阻抗放大器模块。收发机880可以进一步包括用于阻止来自不可见光源811的反射光的隔离器812以及滤光器813，例如，波分复用（WDM）滤波器，该WDM滤波器被配置为传输由收发机880产生的光束，并且反射到达收发机880的光束，并且将光束导向光电传感器814。

示例性的收发机880可以是中心站收发机810。在这样的示例性收发机中，不可见光源模块811可以发出例如1310nm的波长的光，并且光电检测器814可以被配置为检测不同波长（例如，1490nm）的光。光纤813可以被配置为传输由不可见光源模块811产生的波长为1310nm的光，并且反射由用户模块（例如，用户模块805）产生的例如1490nm波长的光束，并且将该光束导向光电检测器814。

另一个示例性的收发机880可以是用户模块收发机820。在这样的示例性收发机中，不可见光源模块811可以发出例如1490nm的波长的光，并且光电检测器814可以被配置为检测不同波长（例如，1310nm）的光。滤光器813可以被配置为传输由不可见光源模块811产生的波长为1490nm的光，并且反射由中心站（例如，中心站800）产生的例如1310nm波长的光束，并且将该光束导向光电检测器814。

根据一些实施例，如果第一波长的光用于发射，而第二波长的光用于接收，并且两者都通过相同的光学元件传播，则用于这些光学元件的抗反射（AR）涂层可以被选择为处于覆盖这两个波长的较宽的带宽处。

如图8A中所示，由收发机810的不可见光源产生的光束可以与来自可见光源840的可见光束（例如，以650nm辐射的红色光束）混合。可见光可以用于对准的目的，并且可以通过组合器830耦合到不可见光。合并的双波长辐射可以耦合到分光器850。光学模块860可以由多个物镜861组成。每个光学模块861可以具有机械的角度对准模块，该机械的角度对准单元能够将其导向期望的用户收发机模块。

参照图9，该图表示根据本发明的实施例在对准过程中的中心站和用户模块的元件。根据本发明的实施例，中心站物镜模块961可以是例如图8A中的物镜模块861，并且可以包括准直透镜912和窗913。用户站物镜模块962可以是例如图8A中的物镜模块871，并且可以包括准直透镜914和窗915。物镜模块961可以专门被配置为操作两个或更多个光波长，例如，双波段准直器或者多波段准直器。例如，物镜模块961可以操作如下三个波长：1310nm、1490nm和650nm。物镜模块961可以通过相应的光学模块（例如，通过导线或光纤）接收来自分光器（例如，图8A的分光器850）的子光束。物镜模块961可以使不可见光发散，并且对可见光和不可见光两者都进行准直，以用于对准的目的。物镜模块961的一个优点是：其能够通过使用单个波长结构，来使多个波长（例如，1310nm、650nm和1490nm的波长）一起穿过同一物镜。本领域技术人员应当理解，物镜模块961和/或准直透镜914和/或准直透镜912可以是多波段准直器或者用于对具有两个或更多个波长的光进行准直的任何其它多波段准直元件。

元件的设计，例如，导线末端911和透镜912之间的距离可以被确定为使得可以使可见的输出光束准直，同时可以使两个不可见光束（例如，1310nm和1490nm的光）都发散。准直的可见光束可以用于将中心站的收发机（例如，图8A中的收发机810）对准到用户模块的收发机（例如，图8A中的收发机820）。

与采用准直光束相比，采用发散的不可见光束的中心站和用户接收机二者的耦合效率可以降低例如约10dB，同时角度对准灵敏度大体上从0.05deg下降到0.5deg。可以根据如下公式来计算耦合效率，其中，D_obj表示准直器透镜的直径，而D_spot表示接收准直器处的光束直径。

耦合效率=10*Log(D_obj/D_spot)²

为了从用户模块（例如，从图8A中的收发机820）到中心站（例如，到图8A中的收发机810）的数据交换，由用户模块产生的例如1490nm的不可见光可以通过物镜模块962准直，然后在物镜模块962和物镜模块961之间的自由空间中传播，直到其进入中心站的物镜模块961为止。然后，光束可以耦合到相应的导线或光纤，并且向中心站收发机（例如，图8A的收发机810）传输。可以将来自用户收发机的光导向光电检测器（例如，图8B中的光电检测器814）。通过使用这样的设置，可以实现中心站和多个用户模块中的每一个用户模块之间的双向连接。此外，中心站和多个用户模块中的每一个用户模块之间的最佳对准状态可以同时针对所有的用户模块自动产生用户模块收发机和中心站之间的最佳对准。

现在参照图10，该图表示根据本发明的实施例的多可见光对准。根据本发明的一些实施例，用户模块可以包括可见光源（比如，红色激光二极管），该可见光源可以用于对准的目的，而不像其它实施例中所使用的那样使用来自中心站的可见光的反射。在中心站910和用户模块909两者中都使用可见光源可以加快对准过程。如图10所示，中心站910和用户模块909两者都可以包括可见光源（比如，红色激光二极管）和不可见光源（比如，红外激光二极管）。中心站910可以包括可见光源922和不可见光源923，而用户模块909可以包括可见光源924和不可见光源925。例如，中心站910可以包括以650nm的波长辐射的红色激光二极管和以1490nm的波长辐射的红外激光二极管。用户模块909可以包括以650nm的波长辐射的红色激光二极管和以1310nm的波长辐射的红外激光二极管。

来自中心站910的可见光可以用于将用户模块909放置在所期望的位置，例如，在桌子、墙壁或者其它表面上，在本文中也称作“粗略对准”或者“大致对准”。用户模块909可以被设置使得由中心站910产生的可见光所创建的可见光斑对准用户窗1003的中心。在根据中心站910产生的可见光斑来放置用户模块909之后，用户模块909处产生的可见光可以用于“精细对准”。可以将用户模块909产生的光对准中心站910的窗1004的中心。根据本发明的实施例，来自用户模块909的可见光可以进一步用于对准的精细协调。可以改变、修改或者调整用户模块909的位置，例如，可以手动或自动改变用户模块909的位置和角方位，以便通过使中心站的窗1004上的两个可见斑准确重叠来实现中心站910和用户模块909之间的最大耦合。第一个可见光斑可以由中心站910产生的光束形成，而第二个可见光斑可以由用户模块909产生的光束形成。此外或可替换地，可以使用任何合适的方式在自动化过程中执行定位。

参照图11，该图表示根据本发明的实施例的用户模块。用户模块1000可以包括可见光源1001（例如，以650nm辐射的红色激光源）、不可见光源1002（例如，以1310nm辐射的红外激光源）、准直器1003、用户窗1004、以及两个光学元件1005和1006。光学元件1005和1006可以是例如镜子，并且可以用于将准直的光束1008的方向自动调整为与中心站（未示出）对准。可以在自动化的或者自动的精细协调期间使用光学元件1005和1006，所述自动或者自动化的精细协调可以通过改变、调整或者倾斜光学元件1005和1006的角位置来执行。所述对准过程可以使用可见光以实现本发明的实施例所描述的对准，和/或可以通过对中心站产生的不可见的和/或可见的辐射进行检测、监控和测量，并且对已检测到的到达用户模块的光电检测器的辐射的功率进行测量、和/或对用户模块产生的不可见的和/或可见的辐射进行测量，并且对已检测到的到达中心站的光电检测器的辐射的功率进行测量，使用不可见光。

光学元件1005和1006中的每一个光学元件可以沿着角方向之一移动，例如，元件1005可以沿着Qx移动，而元件1006可以沿着Qy移动。在其它实施例中，光学元件1005和1006中的每一个光学元件可以在空间中、在任何期望的方向上自由移动。光学元件1005和1006可以是通过任何方法或技术实现的任何合适的光学元件（比如，镜子），例如，微机电系统（MEMS）镜、压电镜（piezoelectric mirror）等。根据其它实施例，可以使用其它数量的光学元件，例如，可以使用一个光学元件。单个镜元件可以沿着Qx和Qy二者、或者沿着Qx、Qy和Qz有角度地移动。任何其它数量的镜子或者任何其它的自动镜子调整技术也是可以使用的。

本发明的一些实施例或者本发明实施例中的元件可以通过如下方式实现：例如，使用包含或者是其上存储有指令的非临时性机器可读的或者计算机可读的存储介质的产品，所述指令当在计算机上执行时，使该计算机执行根据本发明的实施例的方法和/或操作。计算机可读存储介质可以存储指令或者指令集，所述指令或者指令集当由机器（例如，计算机、移动设备和/或其它合适的机器）执行时，使该机器执行根据本发明的实施例的方法和/或操作。这类机器可以包括例如任何合适的处理平台、计算平台、计算设备、处理设备、计算系统、处理系统、计算机、处理器等，并且可以使用硬件和/或软件的任何适当的组合来实现。所述机器可读的介质或产品可以包括例如任何适合类型的存储单元、存储设备、存储产品、存储介质、储存设备、储存产品、储存介质、和/或储存单元，例如，存储器、可移动的或者不可移动的介质、可擦除的或不可擦除的介质、可写的或可重复写的介质、数字的或模拟的介质、硬盘、软盘、压缩光盘只读存储器（CD-ROM）、可刻录的压缩光盘（CD-R）、可重写的压缩光盘（CD-RW）、光盘、磁性介质、各种类型的数字视频光盘（DVD）、磁带、盒式磁带等。所述指令可以包括任何适合类型的代码，例如，源代码、编译代码、解释性代码、可执行代码、静态代码、动态代码等，并且可以使用任何适合的高级、低级、面向对象的、可视化的、编译的和/或解释性的编程语言来实现，例如，C、C++、Java、BASIC、Pascal、Fortran、Cobol、汇编语言、机器代码等。

虽然在本文中已经示出和描述了本发明的某些特征，但是对于本领域普通技术人员而言，很多修改、替代、变化和等价物现在将是可以想到的。因此，应当理解，所附的权利要求旨在涵盖落入本发明的真正精神内的所有这类修改和变化。

Claims (15)

1.一种室内无线光通信系统，所述系统包括：

用户单元；以及

中央单元，其被配置为通过准直的不可见光束来建立双向光通信链路，以在远端通信设备和所述用户单元之间实现无线通信的传输，

其中，所述用户单元包括第一光发射机以通过所述双向光通信链路发送光信号，并且所述用户单元包括第一光接收机以通过所述双向光通信链路接收从所述中央单元发送的光信号，

其中，所述用户单元和所述中央单元中的至少一个包括可见光源以产生准直的可见光束，从而在建立了所述双向光通信链路以后实现所述用户单元和所述中央单元的对准。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述中央单元包括第二光发射机以通过所述双向光通信链路发送光信号，并且所述中央单元包括第二光接收机以通过所述双向光通信链路接收从所述用户单元发送的光信号。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一光发射机和所述第二光发射机中的每一个包括不可见光源。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述中央单元包括透明窗，所述透明窗被放置为基本垂直于所述用户单元产生的光的光轴，以使得能够在所述透明窗上创建明显的光斑。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述用户单元包括定位单元以调整所述用户单元的位置，直到第一光斑和第二光斑在所述透明窗上重叠为止。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述第二光斑是通过从所述可见光源传播的并从所述用户单元的反射窗被反射的光在所述透明窗上创建的。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述中央单元包括一个或多个光学元件以将所述中央单元产生的准直光分离成对准多个用户单元的多个准直光束。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述中央单元和所述用户单元中的每一个包括多波段准直器以将具有两个或更多个波长的光准直。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述用户单元包括功率检测器以测量所述中央单元的所述不可见光源产生的光的功率。

10.如权利要求5所述的系统，其中，所述定位单元用于调整所述用户单元相对于所述中央单元的空间位置，直到测量到最大功率为止。

11.一种用于创建双向光通信链路的方法，所述方法包括：

通过准直的不可见光束在中央单元和用户单元之间建立双向光通信链路，以在远端通信设备和所述用户单元之间实现无线通信的传输；

通过所述中央单元和所述用户单元之间的所述双向光通信链路传输光信号；

由所述用户单元和所述中央单元中的至少一个来产生准直的可见光束；以及

在建立了所述双向光通信链路以后，将所述用户单元和所述中央单元对准。

12.如权利要求11所述的方法，其中，对准包括调整所述用户单元的位置，直到第一光斑和第二光斑在所述中央单元的透明窗上重叠为止，其中，所述第一光斑是通过从所述中央单元传播的所述可见光束在所述透明窗上创建的，并且其中，所述第二光斑是通过从所述用户单元传播的可见光在所述透明窗上创建的。

13.如权利要求11所述的方法，其中，对准包括调整所述用户单元的位置，直到第一光斑和第二光斑在所述中央单元的透明窗上重叠为止，其中，所述第一光斑是通过从所述中央单元传播的所述可见光束在所述透明窗上创建的，并且其中，所述第二光斑是当从所述中央单元传播的可见光束被所述用户单元的反射窗反射时在所述透明窗上创建的。

14.如权利要求11所述的方法，还包括：

由位于所述用户模块中的光电传感器检测所述中央单元的不可见光源产生的光；

测量所述中央单元的所述不可见光源产生的所述光的功率；以及

调整所述用户单元相对于所述中央单元的空间位置，直到测量到最大功率为止。

15.如权利要求11所述的方法，还包括：

由一个或多个光学元件将所述准直的不可见光束分离成多个准直的不可见光束；以及

将所述准直的不可见光束中的每一个发送到多个用户单元中的相应的一个用户单元。

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