CN104410449B - 用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统。该接收系统包括光谱信号通道选择系统和接收系统。其中，光谱信号通道选择系统包括液晶模块，液晶驱动电路，远程控制系统。接收系统包括探测器阵列及探测器驱动与信号处理电路。本专利所述的用于无线光通信的多光谱信号选择接收系统主要用于无线光通信，采用液晶器件实现对多个光谱段光通信信号进行选择接收，也可对空分复用的多路单光谱信号进行选择接收。

Description

用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统

技术领域：

本发明属于无线光通信领域，具体涉及一种用于无线光通信领域的多光谱波分复用信号选择接收系统。

背景技术：

无线光通信是一种利用光波作为载波在自由空间中直接进行通信的一种方式。传统的光波分复技术是把光通信波长划分为若干个波段，每个波段用作一个独立的通道，传输一个预定波长的光信号。在波分复用传输系统的发送端，多路信号通过采用合波器将多个光载波信号进行复接，在接收端采用分波器分离出不同波长的光信号，再经过多路探测单元将其恢复出的原始电信号分别送到相应的接收机，通信带宽随着复用路数的增加而增加。传统的光波分复用接收机在经过分波器分离后，直接由多路探测单元进行探测，无法对多光谱信号进行选择。

液晶是一种介于固体和液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态下呈液态，但是它的分子排列和固体晶体一样非常规则，因此取名液晶，它的一个特殊性质在于，如果给液晶施加一个电场，会改变它的分子排列，这时如果给它配合偏振光片，它就具有阻止光线通过的作用，反之在不施加电场时，光线可以顺利透过。利用这种特性结合电路控制，可以利用液晶显示各种图案。

本发明利用液晶的光电效应，采用液晶对波分复用的各光谱信号进行选择，提高了整个波分复用接收系统的灵活性。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，利用液晶单元的图形显示功能作为通道开关，对多路光谱信号进行通信选择。

技术方案如下：

本发明提出的用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，包括光谱信号通道选择系统和接收系统。

所述光谱信号通道选择系统包括：液晶模块，液晶驱动电路，远程控制系统。

所述的液晶驱动电路是以单片机为主的控制电路。

所述的远程控制系统包括接口芯片电路、控制线和可视化控制界面。

所述的光谱信号通道选择系统的特征是：

(1)空间分离的多路入射光信号以一定角度入射到液晶模块上，在液晶模块上形成彼此分离的多个光斑。其中，入射角度应在液晶视角范围内。所入射的多路光信号可由多种波长的光组成，也可由单波长光组成。其入射光谱信号数目根据实际需求而定。

(2)根据液晶模块上各光谱光斑大小及位置，可将液晶模块进行划分，其划分出的各区域应包含各光谱信号的主要部分，并尽量避开其他光谱信号的干扰。

(3)根据液晶模块上各光谱信号区域，将希望选择的光谱信号通道输入远程控制系统实现驱动控制，液晶模块根据驱动信息显示相应图案，从而进行通道选择。

所述的接收系统包括探测器阵列、探测器驱动电路和信号处理电路组成。

所述接收系统的特征是：

(1)探测器阵列可针对各光谱信号进行分路接受。其中探测器阵列中的各探测器可针对不同光谱信号选择适应光谱的探测器进行组合，也可依据情况选择探测器阵列芯片等；探测器所探测的光谱信号为入射光谱信号经过液晶模块选择后透过液晶模块的光谱信号；探测器阵列中的各探测器的探测窗口紧贴于液晶表面，以降低各信道间串扰；各探测器正对欲探测的光谱信号在液晶上所形成的光斑以保证所探测的信号有效性。

(2)探测器电源供电电路为探测器阵列供电使其工作在最佳工作电平，探测器阵列将光信号转换为电流信号，而后经过跨阻放大电路将电流信号转换为电压信号，再经过TTL电平转换电路将电压信号放大到TTL电平。而后经过滤波电路和均衡电路得到完好的信号。

相对于现有的无线光通信接收系统，本发明的创新点在于：

其一：本发明提出的多路光谱信号通道选择系统巧妙地将液晶的图形显示功能与无线光通信系统结合，可以从光学链路上对多路光谱信号进行选择通信。

其二：本发明提出的多路光谱信号通道选择接收系统作用的光谱范围极大，相对于一般RGB三通道的接收系统，本发明可对可见光到红外范围(400nm～3000nm)内任何一个波段进行选择接收。

其三：本发明不但可用于波分复用的多光谱信号的选择接收，还可用于空分复用的多路单光谱信号选择接收。

其四：本发明可对所选择的光谱信号的数目限制极少，任意满足入射要求的光谱信号只要能在液晶模块上形成一个独立光斑或独立照射区域即可被选择。

其五：利用工业电脑的可视化界面和远程控制系统可对光谱选择系统进行远程操控，灵活方便。

附图说明：

图1是用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统的系统示意图；

图2是根据本发明实施方式一的各主要器件摆放位置示意图；

图3是根据本发明实施方式一的液晶图案显示示意图。

图4是根据本发明实施方式二的液晶图案显示示意图。

图5是根据本发明实施方式三的液晶图案显示示意图。

具体实施方式：

本发明的实施方式结合附图说明如下：

参见图1，液晶模块1选用全透式，黑白底色液晶模块。用于驱动液晶模块1的液晶驱动电路2为基于51单片机的控制系统，利用51单片机的I/O口驱动液晶模块1工作，远程控制系统3利用工业电脑上的可视化控制界面及相关电路系统对液晶模块进行驱动控制。

用于接收多光谱光信号的接收系统中，探测器阵列4选择APD阵列或PIN阵列，用于将各光谱光信号转换为电流信号，其中探测器阵列依据不同情况选择适当的单个APD或PIN单元构成探测器阵列。探测器驱动5和信号处理电路6配合探测阵列获得完好的信号。

本发明巧妙利用液晶的光电效应，将显示技术应用到无线光通信领域，从光路上对多路入射的光谱信号进行选择接收。为更好的理解本发明的主体思想，下面介绍三种具体实施方式。

实施方式一：

参见图2，在本例中，入射光谱信号7选用5路波长不同的光，分别为红(如峰值波长为638.5nm～639nm)、黄(如峰值波长为595nm～597nm)、绿(如峰值波长为517.5nm～518.5nm)、蓝(如峰值波长为463nm～464nm)、紫(如峰值波长为415nm～417nm)，接收探测器阵列选择APD或PIN阵列6对各光谱信号接收，探测器阵列包含5个单元探测器，其中3个可见光探测器用于接收红、黄、绿光谱信号，和2个蓝光增强探测器用于接收蓝、紫光信号。

5种入射光谱信号以一定角度并且空间分开地入射到液晶模块1，在液晶模块上形成空间分开的5个照射光斑即：入射光谱信号光斑8，其中各光谱信号的入射角度均在液晶模块1的视场角以内；在另一侧，探测器阵列中的每一个单元的探测窗口贴于液晶表面接收光谱信号，以降低各信道间串扰和信号衰减；其位置要能够探测到各光谱的有效信号，优选为正对各光谱信号光斑的位置。

参见图3，根据5种分离入射的光谱信号在液晶模块1上所形成的5个入射光谱信号光斑8，可将液晶划分为5个光谱信号选择区9，各光谱选择区为矩形区域，所划分出的矩形区域包含各光谱信号在液晶模块上所形成的光斑。在工业电脑上的远程控制可视化界面内输入显示指令，可控制液晶的5个矩形区域进行显示，从而针对各光谱信号进行选通。如：当区1、区3、区5显示黑色，区2、区4显示白色时，红、绿、紫三个光谱信号通道将被关闭，黄、蓝两种光谱信号通道将打开，探测器阵列将探测到黄蓝光谱信号，而无法探测到红、绿、蓝三种光谱信号。

实施方式二：

实施方式二为空分复用的多路单光谱选择接收实施方式，其各主要器件摆放位置与实施方式一所述相同。其中入射光谱信号为5路空分复用的单光谱信号。本实施方式选择5路红色(如峰值波长638.5nm～639nm)光信号，阵列选择5个可见光单元探测器。

参见图4，根据5路红色光谱信号在液晶模块1上所形成的5个入射光谱信号光斑10，可将液晶划分为5个光谱信号选择区11，各光谱选择区为矩形区域，所划分出的矩形区域包含各路红光信号在液晶模块上所形成的光斑。在工业电脑上的远程控制可视化界面内输入显示指令，可控制液晶的5个矩形区域进行显示，从而针对各路红光信号进行选通。如：当区1、区3、区5显示黑色，区2、区4显示白色时，红1、红3、红5等三路红光信号通道将被关闭，红2、红4等两路红光信号通道将打开，探测器阵列将探测到红2、红4两路红光信号，而无法探测到其他三路红光信号。

实施方案三：

实施方式三为空分复用的多路单光谱选择接收实施方式，其中入射光谱信号为8路空分复用的单光谱信号。本实施方式选择8路红色(如峰值波长638.5nm～639nm)光信号。参见图5，根据8路红色光谱信号在液晶模块1上所形成的8个入射光谱信号光斑12，可将液晶划分为8个光谱信号选择区13，各光谱选择区为矩形区域，所划分出的矩形区域包含各路红光信号在液晶模块上所形成的光斑。通过远程控制系统可控制液晶的8个矩形区域进行显示，从而针对各路红光信号进行选通。

上述三个实施方式中，入射光谱信号选择了5路或8路入射，在实际实施时，可根据情况增加或减少入射光谱信号数目，但必须满足入射条件，且在液晶模块上形成独立光斑或照射区。探测器阵列中的探测器数目和类型也可进行相应调整。液晶模块各区域的划分也并非一定是矩形，只要能将各光谱信号主要部分包含在内并尽量避免其他各路信号对其干扰即可根据情况调整图形。

以上是对本发明所提供的用于无线光通信的多光谱选择系统进行的详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本发明利用液晶的光电效应，从光路上对多路入射的光谱信号进行选择接收，适用的光谱范围广，可以远程控制提高了整个波分复用接收系统的实用性和灵活性，另外液晶作为常用的显示工具，成本低廉。

Claims (6)

1.一种用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，包括光谱信号通道选择系统和接收系统，其特征在于可将空间多路入射的光谱信号接收，光谱信号通道选择系统由液晶模块，液晶驱动电路，远程控制系统组成；

(1)液晶驱动电路是采用单片机为主的控制电路对液晶进行驱动；

(2)远程控制系统包括接口芯片电路、控制线和可视化控制界面，利用远程控制系统的可视化界面可向液晶驱动电路发送指令，控制液晶模块；

(3)液晶模块为全透式液晶，液晶模块形成有若干区域，液晶模块接收来自液晶驱动电路的驱动信息后，控制液晶区域对应的接收通道选择，其中利用液晶单元的开关实现1个通道的通断，利用不同液晶单元的通断实现多通道的选择；

接收系统采用探测器阵列实现对各路光谱信号的光电转换，探测器阵列中的各探测器的探测窗口紧贴于液晶表面，以降低各信道间串扰。

2.根据权利要求1所述的用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，其特征在于接收系统由探测器阵列、探测器驱动和信号处理电路组成。

3.根据权利要求1所述的用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，其特征在于探测器阵列由线阵探测器阵列、或面阵探测器阵列，或由单元探测器件构成的探测阵列。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，其特征在于：各路光谱信号需要空间分离聚焦在在液晶单元上。

5.根据权利要求1所述的用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，其特征在于入射的光谱信号由多种波长光组成，或由一种波长光组成。

6.根据权利要求1或5所述的用于无线光通信的多路光谱信号通道选择接收系统，其特征在于光谱信号的光谱范围从可见光到红外范围，即400nm～3000nm。