CN107749780A - 一种光通信信号发射装置和光通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光通信信号发射装置和光通信系统。该光通信信号发射装置包括：高通滤波器、与高通滤波器连接的发射电路以及与发射电路连接的发光二极管LED阵列，其中：高通滤波器，用于过滤掉频率低于截止频率的电信号；发射电路，用于根据电信号向发光二极管LED阵列提供发射电流；发光二极管LED阵列，用于根据发射电流发射光信号。光电二极管PD阵列发射光信号的能力较弱，通常只能发射频率较低的光信号，并且发光二极管检测光的能力也较弱，通常也只能检测到低频光信号，即使光电二极管PD阵列所发射的光信号被发光二极管LED阵列所检测到，所产生的电信号由于频率较低也会被高通滤波器过滤掉，而不会传递至广域网，从而解决了现有技术中的问题。

Description

一种光通信信号发射装置和光通信系统

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光通信信号发射装置和光通信 系统。

背景技术

为了便于资源的共享，高校、科研院所等机构通常会组建局域网，并将资 源通过局域网在机构内进行传播。局域网可以借助光通信设备来接收广域网中 的通信信息，广域网中携带通信信息的电信号，通过光通信设备的信号发射端 后转化为光信号，并由光通信设备的信号接收端接收和解析。

光通信设备的信号发射端通常采用LED(Light Emitting Diode，发光二极 管)来发射光信号，同时信号接收端一般采用PD(Photo Diode，光电二极管) 来接收光信号，由于PD也属于二极管，也具有发射光子的能力，而LED也具 备光检测能力。因此，PD能够将局域网内的信息通过光信号进行发射，当该 光信号在被LED检测到之后，可能会将局域网内的信息泄漏至广域网，造成 局域网的信息泄露。

发明内容

本申请实施例提供一种方法。

本申请实施例提供了一种光通信信号发射装置，包括：高通滤波器、与所 述高通滤波器连接的发射电路以及与所述发射电路连接的发光二极管LED阵 列，其中：

所述高通滤波器，用于过滤掉频率低于截止频率的电信号；

所述发射电路，用于根据电信号向发光二极管LED阵列提供发射电流；

发光二极管LED阵列，用于根据发射电流发射光信号。

优选的，所述高通滤波器具体为：无源高通滤波电路。

优选的，无源高通滤波电路中包括：第一电容、第二电容、第三电容、第 四电容、第五电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、 第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第七电 阻，其中：

第一电容的第一端连接发射电路，并且第一电容的第二端连接第一电感的 第一端；

第一电感的第二端用于连接电信号发射源；

第一电阻的第一端连接发射电路，并且第一电阻的第二端连接第一电感的 第二端；

第二电容的第一端连接第一电感的第二端，并且第二电容的第二端连接第 二电感的第一端；

第二电感的第二端连接第二电阻的第一端；

第二电阻的第二端接地；

第三电容的第一端连接第一电感的第二端，并且第三电容的第二端连接第 三电感的第一端；

第三电感的第二端连接第三电阻的第一端；

第三电阻的第二端接地；

第四电容的第一端连接发射电路，并且第四电容的第二端连接第四电感的 第一端；

第四电感的第二端连接第四电阻的第一端；

第四电阻的第二端接地；

第五电容的第一端连接发射电路，并且第五电容的第二端连接第五电感的 第一端；

第五电感的第二端连接第五电阻的第一端；

第五电阻的第二端接地；

第六电阻的第一端连接第一电感的第二端，并且第六电阻的第二端接地；

第七电阻的第一端连接发射电路，并且第七电阻的第二端接地。

优选的，所述发射电路中依次包括第一放大器、基带整形滤波器、第二放 大器以及T型偏置器，其中，所述第一放大器与所述高通滤波器连接，所述T 型偏置器与所述发光二极管LED阵列连接。

优选的，所述装置还包括：用于对光信号进行聚焦的透镜组。

本申请实施例还提供了一种光通信系统，包括：信号发射装置以及信号接 收装置，其中：

所述信号发射装置包括：高通滤波器、与所述高通滤波器连接的发射电路 以及与所述发射电路连接的发光二极管LED阵列，其中：所述高通滤波器， 用于过滤掉频率低于截止频率的电信号；所述发射电路，用于根据电信号向发 光二极管LED阵列提供发射电流；发光二极管LED阵列，用于根据发射电流 发射光信号；

所述信号接收端装置包括：光电二极管PD阵列以及与所述光电二极管PD 阵列连接的解析电路，其中：所述光电二极管PD阵列，用于根据所接收的光 信号生成电信号；所述解析电路，用于对电信号进行解析。

优选的，所述解析电路中包括跨阻放大器、后均衡器、低通放大器以及多 个电阻。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

由于，本申请实施例所提供的光通信信号发射装置中包括高通滤波器，能 够过滤掉频率低于截止频率的电信号，而光电二极管PD阵列发射光信号的能 力较弱，通常只能发射频率较低的光信号，并且发光二极管检测光的能力也较 弱，通常也只能检测到低频光信号，这样即使光电二极管PD阵列所发射的光 信号被发光二极管LED阵列所检测到，所产生的电信号由于频率较低也会被 高通滤波器过滤掉，而不会传递至广域网，导致信息泄露，从而解决了现有技 术中的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分， 本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限 定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种光通信系统的具体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的光通信信号发射装置的具体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的光通信信号接收装置的具体结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种光通信信号发射装置的具体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种光通信信号发射装置的具体结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种光通信系统的具体结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种光通信信号接收装置的具体结构示意图；

图8为本申请实施例提供的光通信系统的电路幅频响应曲线图；

图9为本申请实施例提供的光通信系统的均衡电路响应曲线图；

图10为现有技术的光通信系统的电路幅频响应曲线图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实 施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的 实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

实施例

如上所述，现有技术中通过光通信设备来进行广域网和局域网的通信时， 由于光通信设备的信号接收端的PD也能发射光子，可能会将局域网内的信息 通过光信号进行发射，同时LED也具有光检测能力，当LED检测到PD发射 的光信号时，可能会将局域网内的信息泄漏至广域网，造成局域网内的信息泄 露。

基于此，本申请实施例提供了一种光通信系统10，能够用于解决上述问题。 如图1所示为该光通信系统10的结构示意图，该系统10包括：信号发射装置 20以及信号接收装置30。信号发射装置20连接于广域网，该广域网通常指高 校等机构自身所组建的局域网之外的网络，比如某高校为了便于校内资源的共 享而组建了校内的局域网，相对于该局域网之外的网络称之为广域网，该系统 10介于广域网和局域网之间。

如图2所示为系统10中的信号发射装置20的结构示意图。该信号发射装 置20包括：高通滤波器21、发射电路22以及发光二极管LED阵列23，其中 高通滤波器21的一端可以用于连接广域网，高通滤波器21的另一端与发射电 路22的一端相连接，发射电路22的另一端连接发光二极管LED阵列23。

如图3所示为系统10中的信号接收装置30的结构示意图。信号接收装置 30包括：光电二极管PD阵列31以及与该光电二极管PD阵列31连接的解析 电路32，其中解析电路32可以用于连接局域网。

图2所示的信号发射装置20中的高通滤波器21，可以用于过滤掉频率低 于截止频率的电信号。

该电信号可以是电流信号，也可以是电压信号。当电信号的频率低于高通 滤波器21的截止频率时，该电信号能够被高通滤波器21过滤掉，也就是说该 电信号并不能通过高通滤波器21而进行传播，只有频率大于截止频率的电信 号能够通过该高通滤波器21。

比如，广域网向局域网发送携带通信信息的电信号时，如果该电信号的频 率大于截止频率，则可以通过高通滤波器21发送至局域网，如果该电信号的 频率小于截止频率，则会被高通滤波器21过滤掉；同样，当局域网向广域网 发送携带通信信息的电信号时，也只有频率大于该截止频率的电信号能够通过 该高通滤波器21，并最终发送至广域网。该高通滤波器21类似于“筛子”，过 滤掉低频(低于截止频率)的电信号，并筛选出高频的电信号，而该截止频率 则类似于筛孔。

高通滤波器21的截止频率的大小，与自身的电路元件以及电路元件的连 接方式相关，通常可以通过计算机模拟计算等方式来确定高通滤波器21的截 止频率。截止频率的大小也可以通过修改电路元件连接方式，或者替换电路元 件的方式调整。在实际应用中，可以根据具体需要来选择某个截止频率的高通 滤波器，作为该信号发射装置20中的高通滤波器21，从而到达具体的过滤效 果。

图2所示的信号发射装置20中的发射电路22，在广域网向局域网发射通 信信息的过程中，可以根据高通滤波器21筛选出的电信号，向发光二极管LED 阵列23提供发射电流。广域网中的，并经过高通滤波器21所筛选出的电信号 通常为交流电压信号，该发射电路22能够根据该交流电压信号确定出直流电 压，从而向发光二极管LED阵列23提供直流形式的发射电流。

在实际应用中，发射电路22中可以包括一个或多个放大器、T型偏置器 (Bias-T)以及基带整形滤波器(Baseband Shaping Filter)等电路元件，其中， 放大器可以用于将输入该放大器中的信号进行放大，该输入信号可以是电压信 号等，T型偏置器可以用于提供稳定电压，基带整形滤波器能够用于整形滤波。 比如，一种发射电路22可以如图4所示，在该发射电路22中依次包括第一放 大器221、基带整形滤波器222、第二放大器223以及T型偏置器224，其中， 所述第一放大器221与所述高通滤波器21连接，所述T型偏置器224与所述 发光二极管LED阵列23连接。这里的第一放大器221和第二放大器223可以 为具有相同性能参数的放大器，比如均为RF2371+型号的放大器，当然第一放 大器221和第二放大器223的性能参数也可以不同。

图2所示的信号发射装置20中的发光二极管LED阵列23，在广域网向局 域网发射通信信息的过程中，可以根据发射电路22所提供的发射电流发射光 信号。该发光二极管LED阵列23可以由一个或多个发光二极管LED通过矩 阵排列的形式构成。

在实际应用中，信号发射装置20中还可以包括透镜组24，该透镜组24 可以用于对发光二极管LED阵列23所发出的光信号进行聚焦。通过透镜组24 将该光信号进行聚焦之后，能够提高光信号的能量，使得光信号传播距离更远， 信号强度更高，更加易于被检测。并且，透镜组24还可以将光信号进行定向 聚焦，从而将光信号能量增强后向目标方向传播。

图3所示的信号接收装置30中的光电二极管PD阵列31，可以用于接收 光信号，并根据该光信号生成相应的电信号。该光电二极管PD阵列31可以由 一个或多个光电二极管PD通过矩阵排列的形式构成。

所述解析电路32，可以用于对光电二极管PD阵列31所生成的电信号进 行解析，并将解析结果传递至所连接的局域网。

发光二极管LED阵列23中的发光二极管LED也具备光检测能力，当该 发光二极管LED阵列23检测到光信号(可以由信号接收装置30中的光电二 极管PD阵列31所发射)时，可以根据检测到的光信号生成相应的电信号，该 电信号也可以经过发射电路22并最终传递到高通滤波器21，但是由于发光二 极管LED检测光信号的能力较弱，从而使得所产生的电信号通常频率较低， 最终能够被高通滤波器21过滤掉，而不会传递至外网；此外，还需要说明的 是，由于光电二极管PD发射光信号的能力也较弱，使得光电二极管PD阵列 31所发射的光信号通常频率也较低，因此进一步导致流向广域网的电信号频率 降低，最终被高通滤波器21所过滤掉，这样即使光电二极管PD阵列31所发 射的光信号被发光二极管LED阵列23所检测到，也会被高通滤波器21过滤 掉，而不会传递至广域网，导致信息泄露。

通常广域网向局域网发送的电信号中，信噪比可以达到20dB甚至40dB， 而光电二极管PD阵列31发射的电信号中，信噪比只有-60dB甚至更低至-100dB，因此光学隔离度较大，可以过滤掉低频电信号而不会影响高频信号的 传播。

需要说明的是，上述的高通滤波器21在实际应用中可以是无源高通滤波 器211，也可以是有源高通滤波器212。相对于无源高通滤波器211，有源高通 滤波器212中含有双极型管、单极型管或集成运放等有源元件，因此实现成本 较高，另外无源滤波器谐振点通常会由于频率变化而偏移，导致效果降低，而 有源滤波器并不受影响，因此可以根据实际需要选择无源高通滤波器211或有 源高通滤波器212。

如图5所示为本申请实施例提供的一种无源高通滤波器211，该无源高通 滤波电路211中可以包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四 电容C4、第五电容C5、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感 L4、第五电感L5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、 第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7，其中：

第一电容C1的第一端连接发射电路22，并且第一电容C1的第二端连接 第一电感L1的第一端；

第一电感L1的第二端用于连接电信号发射源；

第一电阻R1的第一端连接发射电路22，并且第一电阻R1的第二端连接 第一电感L1的第二端；

第二电容C2的第一端连接第一电感L1的第二端，并且第二电容C2的第 二端连接第二电感L2的第一端；

第二电感L2的第二端连接第二电阻R2的第一端；

第二电阻R2的第二端接地；

第三电容C3的第一端连接第一电感L1的第二端，并且第三电容C3的第 二端连接第三电感L3的第一端；

第三电感L3的第二端连接第三电阻R3的第一端；

第三电阻R3的第二端接地；

第四电容C4的第一端连接发射电路22，并且第四电容C4的第二端连接 第四电感L4的第一端；

第四电感L4的第二端连接第四电阻R4的第一端；

第四电阻R4的第二端接地；

第五电容C5的第一端连接发射电路22，并且第五电容C5的第二端连接 第五电感L5的第一端；

第五电感L5的第二端连接第五电阻R5的第一端；

第五电阻R5的第二端接地；

第六电阻R6的第一端连接第一电感L1的第二端，并且第六电阻R6的第 二端接地；

第七电阻R7的第一端连接发射电路22，并且第七电阻R7的第二端接地。

该无源高通滤波电路211为七阶无源高通滤波电路，能够过滤掉低频信号 从而解决现有技术中的问题。并且在广域网向局域网中传递电信号时，还能提 高对高频信号的响应能力。此外，该无源高通滤波电路211采用左右对称的结 构设计，这种对称设计的方式能够使得两侧分别输入和输出阻抗相等，滤波器 (高通滤波电路211)位于电路中间，便于阻抗匹配。

比如，通过调试可以得到第一电容C1的值可以为2pF(皮法)、第二电容 C2的值可以为26pF、第三电容C3的值可以为5pF、第四电容C4的值可以为 5pF、第五电容C5的值可以为2.85pF、第一电感L1的值可以为50nH(纳亨)、 第二电感L2的值可以为37nH、第三电感L3的值可以为70nH、第四电感L4 的值可以为80nH、第五电感L5的值可以为40nH、第一电阻R1的值可以为 5KR(千欧)、第二电阻R2的值可以为30R、第三电阻R3的值可以为30R、 第四电阻R4的值可以为30R、第五电阻R5的值可以为30R、第六电阻R6的 值可以为200R以及第七电阻R7的值可以为200R，这样可以使得正向增益和 反向增益的光学隔离度大于-120dB，达到较好的效果。

如图6所示为本申请实施例所提供的另一个系统10的具体示意图，在图6 中，系统10包括信号发射装置20和信号接收装置30。该信号发射装置20包 括：高通滤波器21、发射电路22以及发光二极管LED阵列23，其中高通滤 波器21中具体为无源高通滤波器211，该无源高通滤波器211中包括第一电容 C1～第五电容C5、第一电感L1～第五电感L5以及第一电阻R1～第七电阻R7； 发射电路22中包括第一放大器221、基带整形滤波器222、第二放大器223以 及T型偏置器224；信号接收装置30中包括：光电二极管PD阵列31以及解 析电路32。

在实际应用中信号接收装置30电路图可以为图7所示的电路结构。在图7 所示的信号接收装置30中，解析电路32包括跨阻放大器、后均衡器、低通放 大器以及多个电阻等电路元件，这些电路元件可以采用图7的方式进行连接。

在图6所示的系统10中，由于信号发射装置20中包括无源高通滤波器211， 因此能够阻止光电二极管PD阵列31发光导致的信息反向传递(称之为反向链 路)。

图8为在图6所示的系统10的电路幅频响应曲线，图9为在图6所示的 系统10的均衡电路响应曲线，图10为在图6所示的系统10的基础上，删除 无源高通滤波器211后的系统(称之为系统20)的电路幅频响应曲线，从图8 中可以得出系统20中3dB带宽只有有限的40MHz，而图10中系统10的有效 带宽提升到了约400MHz，因此通过图8和图10的对比可以得出，无源高通滤 波器211提升了能够提升的高频响应能力。从图9中可以看出传输速率在100MHz与800MHz相比，相差大约50.8dB。传输速率在100MHz的信噪比明 显低于传输速率在800MHz时的信噪比，因此本发明设计的高通滤波电路提升 了系统正向高频响应能力，同时对于反向低频响应起到了抑制作用。

需要说明的是，本申请实施例中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他 变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品 或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还 包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况 下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、 商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人 员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种光通信信号发射装置，其特征在于，包括：高通滤波器(21)、与所述高通滤波器(21)连接的发射电路(22)以及与所述发射电路(22)连接的发光二极管LED阵列(23)，其中：

所述高通滤波器(21)，用于过滤掉频率低于截止频率的电信号；

所述发射电路(22)，用于根据电信号向发光二极管LED阵列(23)提供发射电流；

发光二极管LED阵列(23)，用于根据发射电流发射光信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高通滤波器(21)具体为：无源高通滤波电路(211)。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无源高通滤波电路(211)中包括：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第四电感(L4)、第五电感(L5)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)以及第七电阻(R7)，其中：

第一电容(C1)的第一端连接发射电路(22)，并且第一电容(C1)的第二端连接第一电感(L1)的第一端；

第一电感(L1)的第二端用于连接电信号发射源；

第一电阻(R1)的第一端连接发射电路(22)，并且第一电阻(R1)的第二端连接第一电感(L1)的第二端；

第二电容(C2)的第一端连接第一电感(L1)的第二端，并且第二电容(C2)的第二端连接第二电感(L2)的第一端；

第二电感(L2)的第二端连接第二电阻(R2)的第一端；

第二电阻(R2)的第二端接地；

第三电容(C3)的第一端连接第一电感(L1)的第二端，并且第三电容(C3)的第二端连接第三电感(L3)的第一端；

第三电感(L3)的第二端连接第三电阻(R3)的第一端；

第三电阻(R3)的第二端接地；

第四电容(C4)的第一端连接发射电路(22)，并且第四电容(C4)的第二端连接第四电感(L4)的第一端；

第四电感(L4)的第二端连接第四电阻(R4)的第一端；

第四电阻(R4)的第二端接地；

第五电容(C5)的第一端连接发射电路(22)，并且第五电容(C5)的第二端连接第五电感(L5)的第一端；

第五电感(L5)的第二端连接第五电阻(R5)的第一端；

第五电阻(R5)的第二端接地；

第六电阻(R6)的第一端连接第一电感(L1)的第二端，并且第六电阻(R6)的第二端接地；

第七电阻(R7)的第一端连接发射电路(22)，并且第七电阻(R7)的第二端接地。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发射电路(22)中依次包括第一放大器(221)、基带整形滤波器(222)、第二放大器(223)以及T型偏置器(224)，其中，所述第一放大器(221)与所述高通滤波器(21)连接，所述T型偏置器(224)与所述发光二极管LED阵列(23)连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：用于对光信号进行聚焦的透镜组(24)。

6.一种光通信系统，其特征在于，包括：信号发射装置(20)以及信号接收装置(30)，其中：

所述信号发射装置(20)包括：高通滤波器(21)、与所述高通滤波器(21)连接的发射电路(22)以及与所述发射电路(22)连接的发光二极管LED阵列(23)，其中：所述高通滤波器(21)，用于过滤掉频率低于截止频率的电信号；所述发射电路(22)，用于根据电信号向发光二极管LED阵列(23)提供发射电流；发光二极管LED阵列(23)，用于根据发射电流发射光信号；

所述信号接收端装置(30)包括：光电二极管PD阵列(31)以及与所述光电二极管PD阵列(31)连接的解析电路(32)，其中：所述光电二极管PD阵列(31)，用于根据所接收的光信号生成电信号；所述解析电路(32)，用于对电信号进行解析。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述解析电路(32)中包括跨阻放大器、后均衡器、低通放大器以及多个电阻。