CN103746742A - 光波信号处理方法和处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光波信号处理方法，包括步骤：a、光波去噪，去除光波信号中的杂波；b、光电转换，将第三高频电信号光波信号分别转换成第一、第二和第三高频电信号；c、将第三高频电信号第一高频电信号放大，同时将第三高频电信号第一高频电信号和第二高频电信号进行同相位加法运算，并输出一叠加信号；d、将第三高频电信号第三高频电信号进行相位调整后，与第三高频电信号叠加信号进行减法运算后输出。本发明具有抗干扰能力强，适于远距离传输和传输数据量大等优点，本发明还提供一种光波信号处理装置。

Description

光波信号处理方法和处理装置

技术领域

 本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种光波信号处理方法和处理装置。

背景技术

光通信分为有线光通信和无线光通信两种，有线光通信即光纤通信，已成为广域网、城域网的主要传输方式之一；无线光通信又称自由空间光通信(Free Space Optical communication，FSO)，是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送，随着“最后一公里”对高带宽、低成本接入技术的迫切需求，FSO在视距传输、宽带接入中有了新的发展机遇，同时由于光通信器件制造技术的飞速发展，无线光通信设备的制造成本大幅下降，FSO得到越来越多的应用。

然而，光波信号在无线传输过程中容易受到环境因素的干扰。如在日光环境下光波的无线传输极易受到环境光的影响，导致光波的传输距离大打折扣，而且容易导致数据丢失。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种无线光波信号传输装置，其目的在于解决现有技术中无线光波信号在传输过程中容易受到日光的干扰导致数据易丢失的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。

本发明提供一种光波信号处理方法，包括以下步骤：

a、光波去噪，去除光波信号中的杂波；

b、光电转换，将所述光波信号分别转换成第一、第二和第三高频电信号，且所述第一高频电信号的频率与所述第二高频电信号的频率不同，所述第二高频电信号的频率与所述第三高频电信号的频率相同；

c、将所述第一高频电信号放大，同时将所述第一高频电信号和第二高频电信号进行同相位加法运算，并输出一叠加信号；

d、将所述第三高频电信号进行相位调整后，与所述叠加信号进行减法运算后输出。

优选地，所述步骤a具体包括：

a1、采用光学滤波器去除接收到的所述光波信号中的杂波，所述光学滤波器为光学镜片或光谱分析仪。

优选地，所述步骤b具体包括：

b1、采用光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件接收所述光波信号，分别输出所述第一、第二和第三高频电信号，所述光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件均具有与光波频率接近的开关频率。

优选地，所述步骤c具体包括：

将所述第一高频电信号输入一运算放大器进行放大，同时将所述第二高频电信号输入一缓冲器进行相位调整，然后将所述第一高频电信号和第二高频电信号输入到一加法器进行同相位加法运算，输出所述叠加信号。

优选地，所述步骤d具体包括：

将所述第三高频电信号输入另一缓冲器进行相位调整，再将输出的信号输入一减法器的“－”输入端，同时，将所述叠加信号输入所述减法器的“+”输入端，使所述第三高频电信号与所述叠加信号进行减法运算后输出。

本发明还提供一种光波信号处理装置，包括：

光学去噪模块，用于去除光波信号中的杂波；

光电转换模块，用于将所述光波信号分别转换成第一、第二和第三高频电信号，且所述第一高频电信号的频率与所述第二高频电信号的频率不同，所述第二高频电信号的频率与所述第三高频电信号的频率相同；

电信号处理模块，用于将所述第一高频电信号放大，同时将所述第一高频电信号和第二高频电信号进行同相位加法运算，并输出一叠加信号；和

电学去噪模块，用于将所述第三高频电信号进行相位调整后，与所述叠加信号进行减法运算后输出。

优选地，所述光学去噪模块为光学滤波器，采用光学滤波器去除接收到的所述光波信号中的杂波，所述光学滤波器为光学镜片或光谱分析仪。

优选地，所述光电转换模块包括光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件，所述光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件均具有与光波频率接近的开关频率，所述光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件接收所述光波信号，分别输出所述第一、第二和第三高频电信号。

优选地，所述电信号处理模块包括：

运算放大器，用于将所述第一高频电信号放大；

第一缓冲器，用于将所述第二高频电信号进行相位调整；

加法器，用于将所述第一高频电信号和第二高频电信号进行加法运算，并输出所述叠加信号。

优选地，所述电学去噪模块包括：

第二缓冲器，用于将所述第三高频电信号进行相位调整；

减法器，用于将输出的信号输入该减法器的“－”输入端，同时，将所述叠加信号输入所述减法器的“+”输入端，将所述第二缓冲器输出的信号与所述叠加信号进行减法运算后输出。

本发明在利用特定频率的光波信号进行通信时，首先进行光学去噪，以去除光波信号中的杂波，然后再将该光波信号转换为频率接近光波的高频电信号，再将该高频电信号进行放大和处理，将高频电信号中的谐波信号进行滤除，从而达到进一步防干扰的高保真通信效果。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中光波信号处理方法的流程示意图。

图2是本发明的另一实施例中光波信号处理装置的结构框图。

图3是本发明的又一实施例中光波信号处理装置的电路原理图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便更清楚、直观地理解本发明的发明实质。

参照图1所示，本实施例提供一种光波信号处理方法，该方法主要包括以下步骤：

S1、光波去噪，去除光波信号中的杂波；

S2、光电转换，将光波信号分别转换成第一、第二和第三高频电信号，第一高频电信号的频率与第二高频电信号的频率不同，第二高频电信号的频率与第三高频电信号的频率相同；

S3、将第一高频电信号放大，同时将第二高频电信号进行相位调整，然后将第一高频电信号和第二高频电信号进行加法运算，并输出一叠加信号；

S4、将第三高频电信号进行相位调整后，与上述叠加信号进行减法运算后输出。

其中，步骤S1具体包括：

采用光学滤波器去除接收到的光波信号中的杂波，该光学滤波器可以为光学镜片或光谱分析仪等。

本实施例中的光波信号是特定频率的可见光、红外线或紫外线等自然光波，而不是激光等人造光源。因此，本实施例的光波信号通信也可称作自由空间光通信，其以大气为传输媒介来进行光波信号的传输，在接收使用时，采用光学滤波器去除杂波的操作非常简单而易实现，例如，只需采用特定的滤光镜，使特定频率的光能够通过即可。本实施例包括但不限于使用滤光片来进行光波去噪。

步骤S2具体包括：

采用光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件接收光波信号，分别输出第一、第二和第三高频电信号。

具体地，本步骤为光电转换步骤，将光波信号转换为高频电信号，与传统光电转换技术不同的是，本实施例的光电转换是将光波信号转换为具有与光波接近的频率的电信号，也称为TG信号（因光波可携带的数据信息量可达TG字节）。此外，本实施例采用三个器件分别接收上述光波信号，并分别产生出频率不同的第一、第二和第三高频电信号。其中，第一高频电信号为光波接收头接收特定光波频率范围内的光波信号（即包含有效内容的光波信号）所产生的高频电信号，第二和第三高频电信号为第一光敏器件和第二光敏器件接收较宽的频率范围内的光波再经光电转换所产生的高频电信号。

其中，光波接收头以接近光波的频率进行开关，使接收到的光波范围非常狭窄，以尽量减少杂波信号。第一光敏器件和第二光敏器件相同，且同样具有接近光波频率的开关频率，但其开关频率与光波接收头的开关频率不同，其能接收较宽的频率的光波。

步骤S3具体包括：

将第一高频电信号输入一运算放大器进行放大，同时将第二高频电信号输入一缓冲器进行相位调整，然后将第一高频电信号和第二高频电信号输入到一加法器进行加法运算，输出叠加信号。

本步骤的目的是对上述各电信号进行处理。通过对第一高频电信号进行放大，对第二高频电信号进行相位调整，并将第一高频电信号和第二高频电信号输入到一加法器进行加法运算，从而得出一叠加信号。

本实施例的运算放大器与传统运算放大器不同，其能处理具有超高频率的第一高频电信号，并将该第一高频电信号进行放大。同样，加法器也是能处理超高频率的第一高频电信号和第二高频电信号的器件，与传统加法器不同。

上述步骤S4具体包括：

将第三高频电信号输入另一缓冲器进行相位调整，再将输出的信号输入一减法器的“－”输入端，同时，将叠加信号输入减法器的“+”输入端，将第三高频电信号与上述叠加信号进行减法运算后输出。

本步骤相当于对上述叠加信号进行电学去噪处理，其通过将上述叠加信号和经相位调整成与叠加信号相同后的第三信号输入到减法器中运算，从而将第一高频电信号中所含有的与第二高频电信号频率基本相同的谐波去除，完成电学去噪功能。

同理，本频率所采用的减法器与传统的减法器不同，它能处理接近光波频率的超高频率的叠加信号和第三高频电信号，并将二者的频率作减法运算后输出。

通过以上步骤，可以对接收到的含有杂波的光波信号进行有效的处理，使得最终输出的电信号基本上无谐波信号，从而发挥有效的抗干扰作用。

本实施例的光波信号处理方法采用光波信号作为信号载体，具有安全、抗干扰性强、能承载超大数据量等优点。

参照图2所示，本实施例还提供一种光波信号处理装置100，主要包括：

光学去噪模块10，用于去除光波信号中的杂波；

光电转换模块20，用于将光波信号分别转换成第一、第二和第三高频电信号，第一高频电信号的频率与第二高频电信号的频率不同，第二高频电信号的频率与第三高频电信号的频率相同；

电信号处理模块30，用于将第一高频电信号放大，同时将第二高频电信号进行相位调整，然后将第一高频电信号和第二高频电信号进行加法运算，并输出一叠加信号；和

电学去噪模块40，用于将第三高频电信号进行相位调整后，与上述叠加信号进行减法运算后输出。

本装置先对光波信号进行去噪处理，再将光波信号转换为不同频率的第一、第二和第三高频电信号，并对这些电信号进行运算处理，最终得到较为纯净的有效电信号，实现抗干扰性能。

参照图3所示，本发明实施例基于图2所示实施例，提供一种具体的优选实施方案，其中，

光学去噪模块10为光学滤波器101，采用光学滤波器101去除接收到的光波信号中的杂波，光学滤波器101为光学镜片或光谱分析仪，包括但不限于滤光镜、分光镜、频谱分析仪等。

上述光电转换模块20包括光波接收头201、第一光敏器件202和第二光敏器件203，光波接收头201、第一光敏器件202和第二光敏器件203接收光波信号，分别输出第一、第二和第三高频电信号。本实施例的光波接收头201、第一光敏器件202和第二光敏器件203均为感光元件，能将特定频率的光波转换为特定频率的高频电信号。对于光波接收头201，其设定为仅对频率接近有效光波频率范围内的光波信号（即包含有效内容的光波信号）起作用，它具有接近光波的开关频率，并能将其转换为具有特定频率的第一高频电信号。对于第一光敏器件202和第二光敏器件203，可将其设定为对频率范围较宽的光波均能起作用，同样具有接近光波的开关频率，但其开关频率与光波接收头的不同，并能将接收到的光波转换为一定频率的第二和第三高频电信号。

上述电信号处理模块30具体包括：

运算放大器A1，用于将第一高频电信号放大，用于后续的处理；

第一缓冲器A2，用于将第二高频电信号进行相位调整，以第二调频电信号调整为与放大后的第一高频电信号的相位相同；和

加法器A4，用于将第一高频电信号和第二高频电信号进行加法运算，并输出上述叠加信号。

此处的运算放大器A1、A2和加法器A4均不同于传统的元器件，而是能处理接近光波的超高频率的电信号，同样能输出超高频的电信号。

上述电学去噪模块40还包括：

第二缓冲器，用于将第三高频电信号进行相位调整，以将第三高频电信号的相位调整为与上述叠加信号相同。本实施例中，第一高频电信号经运算放大器A1和加法器A4后会产生两次相移，为使第三信号与第一和第二高频电信号的相位相同，第二缓冲器为二级缓冲，包含两个半导体器件A3和A5。

减法器A6，用于将输出的信号输入一减法器的“－”输入端，同时，将叠加信号输入减法器的“+”输入端，将第二缓冲器输出的信号与叠加信号进行减法运算。将叠加信号中所含有的与第三信号中所包含的所有频率相同的谐波滤除，从而达到去噪的作用。同样，该减法器A6能处理超高频率的叠加信号和第三高频电信号。

光波信号转换成的高频电信号经过上述去噪、运算处理和解析等之后，能够得到与原始电信号基本相同的数据信息，从而达到进一步防干扰的高保真通信效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1. 一种光波信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、光波去噪，去除光波信号中的杂波；

b、光电转换，将所述光波信号分别转换成第一、第二和第三高频电信号，且所述第一高频电信号的频率与所述第二高频电信号的频率不同，所述第二高频电信号的频率与所述第三高频电信号的频率相同；

c、将所述第一高频电信号放大，同时将所述第一高频电信号和第二高频电信号进行同相位加法运算，并输出一叠加信号；

d、将所述第三高频电信号进行相位调整后，与所述叠加信号进行减法运算后输出。

2. 如权利要求1所述的光波信号处理方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：

a1、采用光学滤波器去除接收到的所述光波信号中的杂波，所述光学滤波器为光学镜片或光谱分析仪。

3. 如权利要求1所述的光波信号处理方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：

b1、采用光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件接收所述光波信号，分别输出所述第一、第二和第三高频电信号，所述光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件均具有与光波频率接近的开关频率。

4. 如权利要求1所述的光波信号处理方法，其特征在于，所述步骤c具体包括：

将所述第一高频电信号输入一运算放大器进行放大，同时将所述第二高频电信号输入一缓冲器进行相位调整，然后将所述第一高频电信号和第二高频电信号输入到一加法器进行同相位加法运算，输出所述叠加信号。

5. 如权利要求1所述的光波信号处理方法，其特征在于，所述步骤d具体包括：

将所述第三高频电信号输入另一缓冲器进行相位调整，再将输出的信号输入一减法器的“－”输入端，同时，将所述叠加信号输入所述减法器的“+”输入端，使所述第三高频电信号与所述叠加信号进行减法运算后输出。

6. 一种光波信号处理装置，其特征在于，包括：

光学去噪模块，用于去除光波信号中的杂波；

光电转换模块，用于将所述光波信号分别转换成第一、第二和第三高频电信号，且所述第一高频电信号的频率与所述第二高频电信号的频率不同，所述第二高频电信号的频率与所述第三高频电信号的频率相同；

电信号处理模块，用于将所述第一高频电信号放大，同时将所述第一高频电信号和第二高频电信号进行同相位加法运算，并输出一叠加信号；和

电学去噪模块，用于将所述第三高频电信号进行相位调整后，与所述叠加信号进行减法运算后输出。

7. 如权利要求6所述的光波信号处理装置，其特征在于：所述光学去噪模块为光学滤波器，采用光学滤波器去除接收到的所述光波信号中的杂波，所述光学滤波器为光学镜片或光谱分析仪。

8. 如权利要求6所述的光波信号处理装置，其特征在于：所述光电转换模块包括光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件，所述光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件均具有与光波频率接近的开关频率，所述光波接收头、第一光敏器件和第二光敏器件接收所述光波信号，分别输出所述第一、第二和第三高频电信号。

9. 如权利要求6所述的光波信号处理装置，其特征在于，所述电信号处理模块包括：

运算放大器，用于将所述第一高频电信号放大；

第一缓冲器，用于将所述第二高频电信号进行相位调整；

加法器，用于将所述第一高频电信号和第二高频电信号进行加法运算，并输出所述叠加信号。

10. 如权利要求6所述的光波信号处理装置，其特征在于，所述电学去噪模块包括：

第二缓冲器，用于将所述第三高频电信号进行相位调整；

减法器，用于将输出的信号输入该减法器的“－”输入端，同时，将所述叠加信号输入所述减法器的“+”输入端，将所述第二缓冲器输出的信号与所述叠加信号进行减法运算后输出。

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