CN103607241B - 激光广播通信方法 - Google Patents

Abstract

激光广播通信方法属于激光通信技术领域。现有激光通信为点对点、双工通信，非属广播。本发明用电视信号通过光调制器调制激光得到激光电视信号，先经光纤远距离传输到激光通信光学发射天线，再由光学发射天线准直后作为激光载波发射；通过瞄准系统将激光通信光学接收天线瞄向光学发射天线，光学接收天线将接收到的激光载波传送给光探测器，由光探测器将激光载波转变为电信号，之后放大，最后解调还原电视信号；在所述光学发射天线中，准直激光载波由光束横向展开系统在方位方向上以扇面发散方式传播，形成激光载波扇面传播区域，若干个光学接收天线位于该激光载波扇面传播区域内及有效通信距离内，并各自通过自己的瞄准系统瞄向同一个光学发射天线。

Description

激光广播通信方法

技术领域

本发明涉及一种激光广播通信方法，采用激光准直系统和光束横向展开系统将激光载波以扇面发散方式在有效通信距离内传播，在扇面传播区域内及有效通信距离内的任意一个接收机都能够接收该激光载波，再经信号解调，实现电视节目的收看，属于激光通信技术领域。

背景技术

随着3G、4G无线通信的推广，现有2.5～2.7GHz农村电视广播专用电磁波频段将被转用于无线通信业务，通过光纤传输电视信号的方案成为一种替代方案。然而，当光纤线路架设到村头后，由于用户分散、架线条件差，导致分户架线方案，也就是最后一公里信号介入成本大幅提高，并且之后的线路维护也将频繁和困难，因此，电视广播的运营投入难以尽快收回，且运营成本高。

激光通信技术已经十分成熟，该技术不仅具有容量大、通信速率高、抗电磁干扰能力强等优点，还具有机动灵活、无需改变通信区域现有其他设施、运行成本低等特点，因此，激光通信易于推广。然而，现有激光通信方式为点对点，也就是一对通信机之间相互通信，双方的通信机硬件相同，均含有信号发送与接收部分。这些特点对于农村电视广播拟采取的光纤通信最后一公里信号介入方案来说存在三方面的问题。一是电视广播方式为点对面通信方式，也就是一部信号发送装置与多部信号接收装置通信。二是电视广播方式为单工通信方式，也就是通信系统由一部单纯的信号发送装置与多部单纯的信号接收装置构成。因此，现有激光通信技术不能实现电视广播，将其通信机硬件用于电视广播存在严重的硬件方面的浪费。三是激光通信中的激光载波为高斯光波，光强在方位方向和俯仰方向分布相同，然而，针对地面的广播通信而言俯仰方向的激光输出功率无疑被浪费，有限的激光输出功率没有得到充分利用。

发明内容

本发明的目的在于将激光通信以广播的方式应用于农村电视广播拟采取的光纤通信最后一公里信号介入中，为此，我们发明了一种激光广播通信方法。

本发明是这样实现的，用电视信号通过光调制器调制激光得到激光电视信号，该激光电视信号先经光纤远距离传输到激光通信光学发射天线，再由光学发射天线准直后作为激光载波发射；通过瞄准系统将激光通信光学接收天线瞄向激光通信光学发射天线，激光通信光学接收天线将接收到的激光载波传送给光探测器，由光探测器将激光载波转变为电信号，之后放大，最后解调还原电视信号；其特征在于，在所述光学发射天线中，准直激光载波由光束横向展开系统在方位方向上以扇面发散方式传播，形成激光载波扇面传播区域，若干个激光通信光学接收天线位于该激光载波扇面传播区域内及有效通信距离内，并各自通过自己的瞄准系统瞄向同一个激光通信光学发射天线。

本发明其技术效果在于，根据本发明之方法可知，所述激光广播通信由光纤将激光电视信号传输给一个位于村屯或者乡村聚居点边缘的激光通信光学发射天线，经准直后作为激光载波在方位方向上以扇面发散方式传播，而在俯仰方向上利用激光载波激光束的自然发散现象实现小弧度角的发散，由此在村屯上方低空层面形成一个电视信号横扫区域，也就是所述激光载波扇面传播区域，任意一个激光通信光学接收天线只要位于该区域，即可接收到电视信号，建立一点对多点，也就是所述点对面的通信方式，实现了具有广播意义的激光通信，鉴于此，所使用的发射系统、接收系统角色单一，硬件结构大为简化，广播服务的提供与接受成本大幅降低。在所述激光载波扇面传播区域中，任何一个与光的传播方向垂直的截面都是一个宽高比很大的矩形，而该矩形的形成是通过在方位方向上使光束散射实现的，并非遮挡措施，因此，激光输出功率得到充分利用。

另外，激光通信诸多优点在激光广播通信中得到充分发挥，如激光通信容量大，在本发明之方案中，不论先期由光纤有线传输激光电视信号，还是后期由激光通信光学天线发射激光载波，都能够同时传送多路信号，理论上能够同时传送1000万路电视节目；再如本发明涉及到的硬件部分结构简单，轻便，易于移动和安装；“最后一公里信号介入方案”的无线工作方式更适合村屯用户少且分散、地形复杂易变等情况。

附图说明

附图是本发明之激光广播通信方法“最后一公里信号介入方案”示意图，该图同时作为摘要附图。

具体实施方式

激光光源为1550nm的半导体分布式反馈激光器（DFB），经EDFA光放大后输出。用电视信号通过光调制器以直接调制的方式调制激光得到激光电视信号。所述激光电视信号先经光纤1远距离传输到激光通信光学发射天线2，如附图所示，再由光学发射天线2准直后作为激光载波发射。通过瞄准系统将激光通信光学接收天线3瞄向激光通信光学发射天线2，激光通信光学接收天线3将接收到的激光载波传送给光探测器，所述光探测器为固态光电倍增器，如固态光电倍增管，其倍增效果达到106，能够确保弱信号探测能力。由光探测器将激光载波转变为电信号，之后由跨阻放大器作为前置放大器进行放大；最后利用锁相技术完成时钟提取与数据提取，从而解调还原电视信号。在所述光学发射天线2中，准直激光载波由光束横向展开系统在方位方向上以扇面发散方式传播，形成激光载波扇面传播区域4，所述光束横向展开系统为伽利略式平行光幕生成器或者开普勒式平行光幕生成器。若干个激光通信光学接收天线3位于该激光载波扇面传播区域4内及有效通信距离内，并各自通过自己的瞄准系统瞄向同一个激光通信光学发射天线2。所述激光载波扇面传播区域4的方位角为30～120°，俯仰角为1～15mrad。激光载波波长为1550nm，最高通信传输速率为2.5Gbps，有效通信距离为0.5～2.0km。光学发射天线2发射的激光载波功率为3～5W，每个光学接收天线3接收的激光载波光功率密度为100～500μW/m2，这是激光载波在大气中经过0.5～2.0km传输后的光功率密度，如果所述光学接收天线3的光学系统口径为130mm，那么，光学接收天线3接收的激光载波有效光功率大于5μW。

所述伽利略式平行光幕生成器由一片焦距为f的正透镜、一片焦距为F的准直镜和一个全扇角为a的鲍威尔棱镜组成，激光电视信号源位于正透镜物方2.4f处，准直镜像面出现在正透镜像方1.8f处，正透镜像面即是准直镜物面，鲍威尔棱镜放在准直镜后面2mm以内并用压圈固定。

所述开普勒式平行光幕生成器由一片焦距为f的负透镜，一片焦距为F的准直镜和一个全扇角为a的鲍威尔棱镜组成，激光电视信号源放在负透镜像方焦面上，准直镜物面与负透镜像方焦面重合，正透镜像面即是准直镜物面，鲍威尔棱镜被放在准直镜后面2mm以内并用压圈固定。

Claims (5)

1.一种激光广播通信方法，用电视信号通过光调制器调制激光得到激光电视信号，该激光电视信号先经光纤远距离传输到激光通信光学发射天线，再由光学发射天线准直后作为激光载波发射；通过瞄准系统将激光通信光学接收天线瞄向激光通信光学发射天线，激光通信光学接收天线将接收到的激光载波传送给光探测器，由光探测器将激光载波转变为电信号，之后放大，最后解调还原电视信号；其特征在于，在所述光学发射天线中，准直激光载波由光束横向展开系统在方位方向上以扇面发散方式传播，形成激光载波扇面传播区域，若干个激光通信光学接收天线位于该激光载波扇面传播区域内及有效通信距离内，并各自通过自己的瞄准系统瞄向同一个激光通信光学发射天线。

2.根据权利要求1所述的激光广播通信方法，其特征在于，所述光束横向展开系统为伽利略式平行光幕生成器或者开普勒式平行光幕生成器。

3.根据权利要求1所述的激光广播通信方法，其特征在于，所述激光载波扇面传播区域（4）的方位角为30～120°，俯仰角为1～15mrad。

4.根据权利要求1所述的激光广播通信方法，其特征在于，激光载波波长为1550nm，最高通信传输速率为2.5Gbps，有效通信距离为0.5～2.0km。

5.根据权利要求1所述的激光广播通信方法，其特征在于，光学发射天线（2）发射的激光载波功率为3～5W，每个光学接收天线（3）接收的激光载波光功率密度为100～500μW/m2。