CN104767569B - 一种光通信中的蓝绿激光传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种光通信中的蓝绿激光传输系统，输入的视频模拟信号依次经输入信号匹配处理单元、模数转换单元和数字信号合成处理单元，转换为串行数据信号，经CMI编码、同时加载时钟信息成为串行信号。再经激光器驱动单元送入激光器，发射加载数据信息的蓝绿激光信号。接收部分的探测器单元接收蓝绿激光信号后恢复出电信号，在时钟信号恢复单元恢复其中的串行信号和相关时钟信息，在数字信号解码处理单元进行CMI解码，得到串行数据信号DOUT，再经数模转换，恢复出模拟视频信号，完成传输。本系统发射端无需复接芯片，采用集成激光驱动芯片，设备体积仅为常规的1/20，且激光功率达100mW，传输距离成倍增大。利于蓝绿激光通信的推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及模拟视频信号的数字化采集和传输技术领域，具体为一种光通信中的蓝绿激光传输系统。
背景技术
自然界原始存在的信号基本都是以模拟的形式存在的，如声音、图像、亮度、无线电波等等，这些信号在进入计算机数字系统或数字通信系统之前必须先完成数字化转换，将连续变化的模拟信号转换成0/1变化的数字化信号。根据模拟信号的频率差异，模数转换可分成低频数字化转换技术(1MHz以下)、中频数字化转换技术(1MHz～150MHz)和高频数字化转换技术(150MHz以上)。为了获得尽可能小的转换误差，就必须使转换电路具有足够高的数字量化分辨率和足够大的信号处理动态，而这主要由所采用的模数转换集成芯片性能决定。
模拟视频信号传输时，发射端将模拟视频信号转换为数字信号，在接收端再将数字信号转换为模拟信号，为保证两端的信号一致，需要有相同的时钟信号。发射端和接收端都由本地时钟源产生时钟信号，通过可编程芯片分频出不同频率的工作时钟信号、提供给所连接的芯片。发射端的模数转换单元在接收到工作时钟信号后开始工作，对输入的模拟视频信号进行高速数字化采样，得到一路串行数据信号DOUT，同时产生采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK。传统的传输方式需要将串行数据信号DOUT、采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK这三种信号一起传输到接收端。因为环境所限，通常都只有一束蓝绿激光用于传输信号，所以需要将这三种信号复接形成一路串行信号，再经电光转换后通过一束激光传输出去。接收端接收到发射端的三种信号，根据采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK正确地恢复串行数据信号DOUT，再将串行数据信号转换成模拟视频信号。此种传输方式容易实现，但发射端为实现三种信号复接需要额外的复接芯片以及与之配合的阻容外围电路，大大增加了电路板的尺寸，也就加大了发射端设备的外形尺寸，目前发射端设备的最小体积仍为200mm×60mm×20mm，局限其使用范围。因此目前研究的重点之一就是如何大幅度地减小发射端设备的尺寸。
发明内容
本发明的目的是设计一种光通信中的蓝绿激光传输系统，其发射部分的数字信号合成处理单元根据同步位时钟信号BCK和采样时钟信号LRCK，对串行数据信号DOUT进行CMI编码、同时加载时钟信息，得到串行信号，经激光器发射；接收端的时钟信号恢复单元恢复出CMI编码的串行信号和与之相关的时钟信号，数字信号解码处理单元根据此时钟信号对串行信号进行CMI解码处理，并重新产生同步位时钟信号BCK和采样时钟信号LRCK,定位它们与DOUT的相位关系，即可恢复出正确的模拟视频信号。本系统无需复接芯片，大大减小设备体积。
本发明设计的一种光通信中的蓝绿激光传输系统包括发射部分和接收部分，发射部分包括输入信号匹配处理单元、模数转换单元、发射端时钟源、激光器驱动单元和激光器，接收部分包括探测器单元、接收端时钟源和数模转换单元，发射端时钟源和接收端时钟源相同。所述发射部分还有数字信号合成处理单元，输入的视频模拟信号接入输入信号匹配处理单元，先对信号的输入接口进行匹配，消除由于接口不匹配造成的信号反射损耗和畸变，再对信号进行滤波、整形、钳位处理，得到适合模数转换电路处理范围的等待处理信号，输入信号匹配处理单元接入模数转换单元。发射端时钟源接入数字信号合成处理单元输入本地时钟信号，数字信号合成处理单元对本地时钟信号分频产生适合系统各部件的各种频率的工作时钟信号，其输出的第一工作时钟信号接入模数转换单元，模数转换单元接收到第一工作时钟信号后，对由输入信号匹配处理单元送出的等待处理信号进行高速数字化采样转换成一路串行数据信号DOUT，同时产生采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK，三路信号同时输入数字信号合成处理单元，数字信号合成处理单元根据同步位时钟信号BCK和采样时钟信号LRCK、将同步帧信号插入串行数据信号DOUT的特定位置，再对插入了同步帧信号的串行数据信号DOUT进行CMI编码、同时加载时钟信息，得到串行信号。串行信号输入到激光器驱动单元，激光器驱动单元通过信号电平转换将加载时钟信息的串行信号调制成适合激光器响应范围的电信号后，送入所连接的激光器，激光器在高速大功率驱动电流的驱动下，发射加载数据信息的蓝绿激光信号。
接收部分还包括时钟信号恢复单元和数字信号解码处理单元。
接收部分的探测器单元接收到发射端发射的蓝绿激光信号后，进行光电转换，恢复出的电信号送入时钟信号恢复单元。接收端时钟源的输出接入数字信号解码处理单元、输入本地时钟信号，数字信号解码处理单元对本地时钟信号分频产生不同的第二工作时钟信号和第三工作时钟信号分别接入时钟信号恢复单元和数模转换单元，时钟信号恢复单元接收到第二工作时钟信号后，从电信号中恢复出串行信号和其相关的时钟信息，输入数字信号解码处理单元，数字信号解码处理单元对串行信号进行CMI解码处理，先恢复出含有同步帧信号的串行数据信号DOUT，再通过与其相关的时钟信息、重新产生采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK，最后根据串行数据信号DOUT中的同步帧信号位置，定位采样时钟信号LRCK、同步位时钟信号BCK和串行数据信号DOUT三种信号的相位关系，一起输入到数模转换单元，数模转换单元按其得到的第三工作时钟信号，根据其接收到的采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK对串行数据信号DOUT进行数模转换，恢复得到模拟的等待处理信号。等待处理信号接入输出信号驱动处理单元，进行滤波、放大的系列信号驱动处理，恢复原始的模拟视频信号，完成模拟视频信号的传输。
所述发射端时钟源和接收端时钟源为低温漂时钟源。
所述模数转换单元含有16位的高速模数转换芯片。
所述输入的模拟视频信号频率为3～8MHz。
所述蓝绿激光的光波长为450nm～570nm。
所述激光器驱动单元含有集成激光驱动芯片，其驱动电流为200mA～300mA。
所述发射端数字信号合成处理单元CMI编码所得的串行信号的速率为串行数据信号DOUT速率的2倍。
与现有技术相比，本发明一种光通信中的蓝绿激光传输系统的优点为：1、采用了新颖的编码时钟信号加载电路，不需要复接采样时钟信号、同步位时钟信号和串行数据信号，摆脱发射端复接芯片的束缚，蓝绿激光只传输CMI编码的一路串行信号，接收端根据恢复的时钟信息能够顺利地从接收到的串行信号中恢复出所传输的视频数据信号，大大节省了空间；2、激光器驱动单元采用了集成激光驱动芯片，其驱动电流达200mA～300mA。目前一般光信号通过光纤传输，激光驱动电流只有10mA左右。因光信号通过光纤这种光信号的良介质传输，损耗很小传很远，一般激光功率仅需1mW左右，但必须先设置光纤连接。现有的蓝绿激光通信系统中，激光驱动电流还无法达到100mA，激光功率仅30mW左右。在大气中传输距离为数十米，在海水中传输距离仅数米。要加大激光驱动电流，设备的尺寸需要成倍增大；而本系统激光器产生的蓝绿激光可达150Mbps，100mW，在大气中传输距离达1km，在海水中传输距离达100m；蓝绿激光通信主要是用于海水中传输信号，因为蓝绿激光波段的光信号在海水中的损耗很小，穿透能力好，方向性极好，蓝绿激光传输无需光纤，适用面更广更灵活，是深海中传输信息的重要通信方式之一；本发明数倍提高激光驱动电流，使蓝绿激光传输距离成倍加大，使蓝绿激光通信的推广应用成为可能；3、由于本系统无需复接芯片，又采用集成激光驱动芯片，大大减少了分立元器件的使用，可减少一半以上的电路板空间，发射部分设备的外形尺寸减小为只有80mm×15mm×10mm(长×宽×高)，其体积仅为基于传统传输方式和激光器驱动方式的设备的1/20，方便用于信号采集的发射部分的安装与使用，使蓝绿激光通信设备可向小型化发展，使之更适合深海中传输信息的重要通信方式之一的蓝绿激光通信使用，也可用于探雷、探矿等领域的蓝绿激光通信。
附图说明
图1为本光通信中的蓝绿激光传输系统实施例结构原理框图。
具体实施方式
本光通信中的蓝绿激光传输系统实施例结构原理框图如图1所示。
发射部分包括输入信号匹配处理单元、模数转换单元、数字信号合成处理单元、发射端时钟源、激光器驱动单元和激光器。
本例输入的模拟视频信号V频率为6MHz。输入的视频模拟信号V接入输入信号匹配处理单元，先对信号的输入接口进行匹配，消除由于接口不匹配造成的信号反射损耗和畸变，再对信号进行滤波、整形、钳位处理，得到适合模数转换电路处理范围的等待处理信号D，输入信号匹配处理单元接入模数转换单元。发射端时钟源接入数字信号合成处理单元输入本地时钟信号T，数字信号合成处理单元对时钟信号T分频产生适合本发射部分各部件的各种频率的工作时钟信号.其输出的第一工作时钟信号T1接入模数转换单元。本例模数转换单元含有16位的高速模数转换芯片。模数转换单元接收到第一工作时钟信号T1后，对由输入信号匹配处理单元送出的等待处理信号D进行高速数字化采样得到一路串行数据信号DOUT，同时产生采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK，三路信号同时输入数字信号合成处理单元，数字信号合成处理单元根据同步位时钟信号BCK和采样时钟信号LRCK、将同步帧信号插入串行数据信号DOUT的特定位置，再对插入了同步帧信号的串行数据信号DOUT进行CMI编码、同时加载时钟信息，得到串行信号S，本例所得的串行信号的速率为串行数据信号DOUT速率的2倍。串行信号S输入到激光器驱动单元，本例激光器驱动单元含有集成激光驱动芯片，其驱动电流为250mA。激光器驱动单元通过信号电平转换将加载了时钟信息的串行信号S调制成适合激光器响应范围的电信号M，送入所连接的激光器，激光器在高速大功率驱动电流I的驱动下，发射加载数据信息的蓝绿激光信号L。本例蓝绿激光的光波长为500nm～550nm。
接收部分包括探测器单元、时钟信号恢复单元、数字信号解码处理单元、接收端时钟源和数模转换单元。
所述发射端时钟源和接收端时钟源相同，均为低温漂时钟源。产生相同的本地时钟信号T。
接收部分的探测器单元接收到该蓝绿激光信号L后，进行光电转换，恢复出的电信号M送入时钟信号恢复单元。接收端时钟源的输出接入数字信号解码处理单元、输入本地时钟信号T，数字信号解码处理单元对本地时钟信号T分频产生第二工作时钟信号T2接入时钟信号恢复单元，第三工作时钟信号T3接入数模转换单元，时钟信号恢复单元接收到第二工作时钟信号T2后，从电信号M中恢复出串行信号S和相关的时钟信息Ts，输入数字信号解码处理单元，数字信号解码处理单元对串行信号S进行CMI解码处理，先恢复出含有同步帧信号的串行数据信号DOUT，再通过时钟信息Ts重新产生采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK，最后根据串行数据信号DOUT中的同步帧信号位置，定位LRCK、BCK和DOUT三种信号的相位关系，一起输入到数模转换单元，数模转换单元按得到的第三工作时钟信号T3、根据其接收到的采样时钟信号LRCK和同步位时钟信号BCK、对串行数据信号DOUT进行数模转换，恢复得到等待处理信号D。等待处理信号D接入输出信号驱动处理单元，进行滤波、放大的系列信号驱动处理，恢复原始的模拟视频信号V，完成模拟视频信号的传输。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光通信中的蓝绿激光传输系统，包括发射部分和接收部分，发射部分包括输入信号匹配处理单元、模数转换单元、发射端时钟源、激光器驱动单元和激光器，接收部分包括探测器单元、接收端时钟源和数模转换单元，发射端时钟源和接收端时钟源相同；其特征在于：
所述发射部分还有数字信号合成处理单元，输入的视频模拟信号(V)接入输入信号匹配处理单元，先对信号的输入接口进行匹配，再对信号进行滤波、整形、钳位处理，得到适合模数转换电路处理范围的等待处理信号(D)，输入信号匹配处理单元接入模数转换单元；发射端时钟源接入数字信号合成处理单元，输入本地时钟信号(T)，数字信号合成处理单元对本地时钟信号分频产生适合系统各部件的各种频率的工作时钟信号，其输出的第一工作时钟信号(T1)接入模数转换单元，模数转换单元接收到第一工作时钟信号(T1)后，对由输入信号匹配处理单元送出的等待处理信号(D)进行高速数字化采样得到一路串行数据信号(DOUT)，同时产生采样时钟信号(LRCK)和同步位时钟信号(BCK)，三路信号同时输入数字信号合成处理单元，数字信号合成处理单元根据同步位时钟信号(BCK)和采样时钟信号(LRCK)，将同步帧信号插入串行数据信号(DOUT)的特定位置，再对插入了同步帧信号的串行数据信号(DOUT)进行CMI编码，同时加载时钟信息，得到串行信号(S)，串行信号(S)输入到激光器驱动单元，激光器驱动单元通过信号电平转换将加载时钟信息的串行信号(S)调制成适合激光器响应范围的电信号(M)后，送入所连接的激光器，激光器发射加载数据信息的蓝绿激光信号(L)；
接收部分还包括时钟信号恢复单元和数字信号解码处理单元；
接收部分的探测器单元接收到该蓝绿激光信号(L)后，进行光电转换，恢复出的电信号(M)送入时钟信号恢复单元；接收端时钟源的输出接入数字信号解码处理单元，输入本地时钟信号(T)，数字信号解码处理单元对本地时钟信号(T)分频产生不同的第二工作时钟信号(T2)和第三工作时钟信号(T3)分别接入时钟信号恢复单元和数模转换单元，时钟信号恢复单元接收到第二工作时钟信号(T2)后，恢复出电信号(M)中的串行信号(S)和相关的时钟信息(Ts)，输入数字信号解码处理单元，数字信号解码处理单元对串行信号(S)进行CMI解码处理，先恢复出含有同步帧信号的串行数据信号(DOUT)，再通过时钟信息(Ts)重新产生采样时钟信号(LRCK)和同步位时钟信号(BCK)，最后根据串行数据信号(DOUT)中的同步帧信号位置，定位采样时钟信号(LRCK)、同步位时钟信号(BCK)和串行数据信号(DOUT)三种信号的相位关系，一起输入到数模转换单元，数模转换单元按得到的第三工作时钟信号(T3)，根据其接收到的采样时钟信号(LRCK)和同步位时钟信号(BCK)对串行数据信号(DOUT)进行数模转换，恢复得到等待处理信号(D)；等待处理信号(D)接入输出信号驱动处理单元，进行滤波、放大的系列信号驱动处理，恢复原始的模拟视频信号(V)，完成模拟视频信号的传输。
2.根据权利要求1所述的光通信中的蓝绿激光传输系统，其特征在于：
所述激光器驱动单元含有集成激光驱动芯片，其驱动电流为200mA～300mA。
3.根据权利要求1所述的光通信中的蓝绿激光传输系统，其特征在于：
所述发射端时钟源和接收端时钟源为低温漂时钟源。
4.根据权利要求1所述的光通信中的蓝绿激光传输系统，其特征在于：
所述模数转换单元含有16位的高速模数转换芯片。
5.根据权利要求1所述的光通信中的蓝绿激光传输系统，其特征在于：
所述输入的模拟视频信号频率为3～8MHz。
6.根据权利要求1所述的光通信中的蓝绿激光传输系统，其特征在于：
所述蓝绿激光的光波长为450nm～570nm。
7.根据权利要求1所述的光通信中的蓝绿激光传输系统，其特征在于：
所述发射端数字信号合成处理单元CMI编码所得的串行信号的速率为串行数据信号(DOUT)速率的2倍。
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