CN108322262A - 无线光通信系统 - Google Patents

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张洪明
宋健
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Abstract

本申请提供一种无线光通信系统，包括发射端及接收端，所述发射端包括用于将原始信号转换为正负相反的正端信号及负端信号的差分信号源，第一调制器及第二调制器将接收的正端信号及负端信号分别调制到载波上。所述接收端包括偏振分束器及平衡探测器，偏振分束器将接收的光信号分为两路偏振方向相互垂直的差分光信号；所述平衡探测器对两路差分光信号进行光电转换和差分检波得到电信号。本发明实施方式的无线光通信系统通过差分和平衡探测器的方法，可以有效的提高有效信号的幅度，还可以提高系统的信噪比。

Description

无线光通信系统
技术领域
本发明涉及光学通信技术领域，尤其涉及一种无线光通信系统。
背景技术
无线光通信是一种不需要使用有线信道为传输媒介的新型通信方式，其结合了光纤通信与微波通信的优点，既具有高速传输和大通信容量的优点，又不需要铺设光纤，因此如今对无线光通信的研究受到了广泛的重视。但现有的无线光通信系统在信号传输过程中往往会受到噪音干扰，影响正常的无线通信，通常需要通过提高发射功率或进行中继的方式提高系统的信噪比或传输距离，现有方案的实现复杂度都很高。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单、信噪比高的无线光通信系统。
本发明的实施例提供一种无线光通信系统发射端，包括：
光源；
第一偏振分束器，用于将光源产生的激光分为偏振方向相互垂直的两路偏振光；
差分信号源，用于将原始信号转换为正负相反的正端信号及负端信号；
第一调制器及第二调制器，分别接收所述差分信号源发出的正端信号及负端信号；
第一光纤，用于连接所述偏振分束器及第一调制器；
第二光纤，用于连接所述偏振分束器及第二调制器；所述两路偏振光分别导入第一光纤及第二光纤，分别作为第一调制器及第二调制器的载波；所述第一调制器及第二调制器将接收的正端信号及负端信号分别调制到载波上；
第二偏振分束器，用于将两路调制后的激光载波合在一起；以及
发射装置，用于将合在一起的激光载波发射到信道。
作为一种优选方案，所述光源包括半导体激光器。
作为一种优选方案，所述第一光纤及第二光纤为偏振保持光纤。
作为一种优选方案，所述第一及第二调制器为声光调制器或电光调制器。
作为一种优选方案，所述无线光通信系统发射端还包括一连接于第二偏振分束器与发射装置之间的扩束镜。
作为一种优选方案，所述发射装置为发射镜。
本发明的实施例还提供一种无线光通信系统接收端，包括：
接收装置，用于接收光信号；
聚束镜，用于将接收到的光信号进行聚束耦合；
偏振分束器，用于将聚束耦合后的光信号分为两路偏振方向相互垂直的差分光信号；及
平衡探测器，用于对两路差分光信号进行光电转换和差分检波，得到电信号。
作为一种优选方案，所述无线光通信系统发射端还包括连接于接收装置与偏振分束器之间的滤波器及与所述平衡探测器相连的跨阻放大器。
作为一种优选方案，所述平衡探测器包括正负电源及两个接收探测器，所述两个接收探测器串联，所述两个接收探测器相连的节点作为平衡探测器的输出参考点，所述两个接收探测器的另一端分别连接正负电源，每一平衡探测器还分别接收一路差分光信号。
本发明的实施例还提供一种无线光通信系统，包括如上任一项所述的无线光通信系统发射端及如上任一项所述的无线光通信系统接收端。
本发明实施方式的无线光通信系统通过差分和平衡探测器的方法，可以有效的提高有效信号的幅度到2倍(如3dB)，同时可以大大的减少带内的噪声，综合起来可以极大的提高系统的信噪比，相对现有技术可以在传输环境相同的情况下大大的节约发射端的功率或提高可传输距离。
附图说明
附图中：
图1示出本发明实施方式的无线光通信系统发射端的结构框图。
图2示出本发明实施方式的无线光通信系统接收端的结构框图。
图3示出图2中平衡探测器的工作原理图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参考图1及图2，本发明实施方式的无线光通信系统包括发射端10和接收端30。
请参考图1，图1示出本发明实施方式的无线光通信系统发射端的结构框图。所述发射端10包括光源11、第一偏振分束器12、第一光纤13、第二光纤14、第一调制器15、第二调制器16、差分信号源17、第二偏振分束器18、扩束镜19及发射装置。
本实施方式中，所述光源11产生的激光输入至所述第一偏振分束器12，所述第一偏振分束器12通过第一光纤13与所述第一调制器15连接，还通过第二光纤14与所述第二调制器16连接，所述第一调制器15和第二调制器16均连接至所述差分信号源17。本实施方式中，采用光源11采用半导体激光器(LD)，所述第一光纤13及第二光纤14为偏振光保持光纤，所述第一调制器15及第二调制器16为电光调制器，所述发射装置为发射镜20。本领域技术人员可以理解，本实施方式中采用的装置只为例举，为便于理解本发明，其他变更实施方式中，可以采用可实现相同功能的其他装置，如所述第一调制器15及第二调制器16可以为声光调制器等，在此不再列举。
所述第一偏振分束器12用于将光源11产生的激光分为偏振方向相互垂直的两路偏振光，这两路偏振光分别导入所述第一光纤13及第二光纤14内，所述两路偏振光分别作为所述第一调制器15及第二调制器16的激光载波。所述差分信号源17将原始信号转为正负相反的两路信号，即正端信号和负端信号，所述正端信号传输至所述第一调制器15，所述负端信号传输至所述第二调制器16。所述第一调制器15及第二调制器16可以采用声光调制或电光调制的方式将所述正端信号和负端信号分别调制到对应的激光载波上。两路调制后的激光通过第二偏振分束器18合在一起。此时，连接第二偏振分束器18及扩束镜19的第三光纤21中的激光在两个正交偏振态上具有互为相反的两路差分信号。所述两路差分信号经过扩束镜19扩束后再经发射镜20发射到信道(空气、水下等媒质)内。
请参考图2，图2示出本发明实施方式的无线光通信系统接收端30的结构框图。所述接收端30包括接收装置、聚束镜32、滤波器33、偏振分束器34、平衡探测器35以及跨阻放大器36等。所述平衡探测器35包括正电源V+、负电源V-、第一接收探测器351及第二接收探测器352。所述第一接收探测器351及第二接收探测器352可以采用PD探测器或APD探测器。所述第一接收探测器351及第二接收探测器352串联连接，第一接收探测器351的阳极连接第二接收探测器352的阴极，所述第一接收探测器351的阴极连接正电源V+，所述第二接收探测器352的阳极连接负电源V-。所述第一接收探测器351和第二接收探测器352相连的节点作为平衡探测器35的输出和参考点连接所述跨阻放大器36。本实施方式中，所述接收装置为接收镜31。
所述接收镜31接收发射端10发出的光信号，所述聚束镜32将接收到的光信号进行聚束并耦合入光纤，所述滤波器33将得到的光信号进行滤波以去除带外噪声的影响，所述偏振分束器34将聚束耦合后的光信号分开恢复出两路偏振方向相互垂直的差分光信号，一路为正端信号，一路为负端信号，所述正端信号输入至所述第一接收探测器351，所述负端信号输入至所述第二接收探测器352。所述平衡探测器35对两路差分光信号进行光电转换和差分检波得到最终的电信号，再通过跨阻放大器36进行放大和输出。
请参考图3，现对平衡探测器35的工作原理进行说明，平衡探测器35工作时若正端信号较强则参考点处电压为正，输出亦为正，工作时若负端信号较强时亦然。以图3所示情况为例，S1代表正端信号，S2代表负端信号，S3代表地电平，假设两路信号的噪声大小不同，且原始信号为正，平衡探测器35得到的输出结果相当于正向减负向，得到的电信号如S4所示，从图3中可以明显的看出，电信号的幅度相对于正端信号S1提升约2倍，同时减去了部分与电信号无关的噪声。原始信号为负时与上述原理类似，在此不再赘述。
本发明实施方式的无线光通信系统通过差分和平衡探测器的方法，可以有效的提高有效信号的幅度到2倍(如3dB)，同时可以大大的减少带内的噪声，综合起来可以极大的提高系统的信噪比，相比现有技术可以在其它环境相同的情况下大大的节约发射端的功率或提高可传输距离。而且，本发明实施方式的无线光通信系统在大气、水及其它等复杂介质下传输语音、视频、及其它数据时可提高传输性能。
在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，因此，不能理解为对发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“本实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线光通信系统发射端，其特征在于，包括：
光源；
第一偏振分束器，用于将光源产生的激光分为偏振方向相互垂直的两路偏振光；
差分信号源，用于将原始信号转换为正负相反的正端信号及负端信号；
第一调制器及第二调制器，分别接收所述差分信号源发出的正端信号及负端信号；
第一光纤，用于连接所述偏振分束器及第一调制器；
第二光纤，用于连接所述偏振分束器及第二调制器；所述两路偏振光分别导入第一光纤及第二光纤，分别作为第一调制器及第二调制器的载波；所述第一调制器及第二调制器将接收的正端信号及负端信号分别调制到载波上；
第二偏振分束器，用于将两路调制后的激光载波合在一起；以及
发射装置，用于将合在一起的激光载波发射到信道。
2.如权利要求1所述的无线光通信系统发射端，其特征在于，所述光源包括半导体激光器。
3.如权利要求1所述的无线光通信系统发射端，其特征在于，所述第一光纤及第二光纤为偏振保持光纤。
4.如权利要求1所述的无线光通信系统发射端，其特征在于，所述第一及第二调制器为声光调制器或电光调制器。
5.如权利要求1所述的无线光通信系统发射端，其特征在于，所述无线光通信系统发射端还包括一连接于第二偏振分束器与发射装置之间的扩束镜。
6.如权利要求1所述的无线光通信系统发射端，其特征在于，所述发射装置为发射镜。
7.一种无线光通信系统接收端，其特征在于，包括：
接收装置，用于接收光信号；
聚束镜，用于将接收到的光信号进行聚束耦合；
偏振分束器，用于将聚束耦合后的光信号分为两路偏振方向相互垂直的差分光信号；及
平衡探测器，用于对两路差分光信号进行光电转换和差分检波，得到电信号。
8.如权利要求7所述的无线光通信系统接收端，其特征在于，所述无线光通信系统发射端还包括连接于接收装置与偏振分束器之间的滤波器及与所述平衡探测器相连的跨阻放大器。
9.如权利要求7所述的无线光通信系统接收端，其特征在于，所述平衡探测器包括正负电源及两个接收探测器，所述两个接收探测器串联，所述两个接收探测器相连的节点作为平衡探测器的输出参考点，所述两个接收探测器的另一端分别连接正负电源，每一平衡探测器还分别接收一路差分光信号。
10.一种无线光通信系统，包括如权利要求1-6中任一项所述的无线光通信系统发射端及如权利要求7-9中任一项所述的无线光通信系统接收端。
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