CN109379142B - 用于室内无线网络的光信号传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于室内无线网络的光信号传输方法及系统，涉及光纤通信领域。该方法的步骤包括：下行光信号传输流程：光信号发送端将外界传输的光信号进行分光，将分光后的光信号进行扩束后，按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端；上行光信号传输流程：光信号发送端将用户终端上传的光信号进行相位调制，将相位调制后的光信号进行聚焦后耦合至外界。本发明能够在不采用无线通信设备的基础上，对不改变波长的光信号进行直接传输、同时提高光信号传输的安全性能，进而将光纤网络直接应用至室内无线网络中。

Description

用于室内无线网络的光信号传输方法及系统
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，具体涉及一种用于室内无线网络的光信号传输方法及系统。
背景技术
随着室内无线网络(例如家庭局域网)中多媒体业务的快速增长，对多媒体业务需要用到的光信号的传输速率越来越高。目前一般采用无线接入技术(例如Wi-Fi、WiMAX等)实现室内无线网络中光信号的传输，虽然无线接入技术可以满足NG-PON2(下一代无源光网络)的传输速率(10Gbps或者更高)需求，但是使用时存在以下缺陷：
(1)无线接入技术的可用调制带宽被限制在微波范围以内，这与光信号的波段不同，因此无线接入技术需要无线通信设备(例如无线路由器)调制光信号的波段后，再传输至用户终端；与此同时，无线通信设备的启动和工作会占用一定的时长，这些都不可避免的会降低光信号的传输效率。
(2)第三方可通过无线通信设备进行光信号的截取、且截取过程中用户不会被发现，安全存在一定隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何在不采用无线通信设备的基础上，对不改变波长的光信号进行直接传输、同时提高光信号传输的安全性能，进而将光纤网络直接应用至室内无线网络中。
为达到以上目的，本发明提供的用于室内无线网络的光信号传输方法，包括以下步骤：
下行光信号传输流程：光信号发送端将外界传输的光信号进行分光，将分光后的光信号进行扩束后，按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端；
上行光信号传输流程：光信号发送端将用户终端上传的光信号进行相位调制，将相位调制后的光信号进行聚焦后耦合至外界。
在上述技术方案的基础上，所述按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端的流程包括：预先为每台用户终端设置唯一的下载波长，预先根据每台终端与光信号发送端的距离和夹角，为每个下载波长的光信号覆盖的像素设置对应的相位分布；不同下载波长的光信号通过对应的相位分布，会发生不同角度的偏转后传输至指定的用户终端。
在上述技术方案的基础上，所述将用户终端上传的光信号进行相位调制的流程包括：预先为每台用户终端设置唯一、且与下载波长不同的上传波长；预先根据每台终端与光信号发送端的距离和夹角，为每个上传波长的光信号覆盖的像素设置对应的相位分布；光信号发送端会根据用户终端发出的光信号的上传波长，进行对应的相位分布。
在上述技术方案的基础上，该方法还包括以下步骤：
用户终端接收流程：用户终端将光信号发送端下发的光信号聚焦后，进行接收和解调；
用户终端发送流程：用户终端将调制过的光信号进行扩束后上传至光信号发送端。
本发明提供的用于室内无线网络的光信号传输系统，包括交换节点，交换节点包括光栅、聚焦透镜和矩阵液晶显示装置；
该系统的下行光信号传输流程包括：外界传输的光信号进入交换节点后，通过光栅进行分光，将分光后的光信号通过聚焦透镜投射至矩阵液晶显示装置的不同区域；矩阵液晶显示装置按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端；
该系统的上行光信号传输流程包括：用户终端将光信号经空间传播后上传至矩阵液晶显示装置进行相位调制，将相位调制后的光信号通过聚焦透镜进行聚焦后发射至光栅，经光栅耦合至外界。
在上述技术方案的基础上，所述矩阵液晶显示装置采用LCOS，所述矩阵液晶显示装置按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端的流程包括：根据每台终端与交换节点的距离和夹角，为每个预先设置的下载波长的光信号覆盖的LCOS的像素设置对应的相位分布，不同下载波长的光信号在LCOS上进行对应的相位分布，会发生不同角度的偏转后传输至指定的用户终端。
在上述技术方案的基础上，所述矩阵液晶显示装置对用户终端上传的光信号进行相位调制的流程包括：每台用户终端预先设置有唯一、且与下载波长不同的上传波长；根据每台终端与交换节点的距离和夹角，为每个上传波长的光信号覆盖的LCOS的像素设置对应的相位分布；用户终端发出的光信号会在LCOS上进行与上传波长对应的相位分布。
在上述技术方案的基础上，该系统还包括设置于用户终端上的发射机、发射扩束器件、接收机和接收聚焦器件；
发射机用于：发射光信号；
发射扩束器件用于：对发射机发射的光信号进行扩束；
接收聚焦器件用于：将光信号聚焦后集中至接收机表面；
接收机用于：接收和解调光信号。
在上述技术方案的基础上，所述发射扩束器件和接收聚焦器件均可选用聚焦透镜、或者2个大小不一的透镜。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
与现有技术中的无线接入技术相比，本发明能够在不采用无线通信设备的基础上，对不改变波长的光信号进行直接传输；光信号的调制速率高、频带宽、不占用频谱资源，而且显著提高了传输效率。与此同时，本发明的光信号的波束窄且不可见，很难在空中发现其通信链路，即使发现其通信链路并截取，也是使得链路中断，这样用户会发现，因此，本发明使用时比较安全，适于推广。
附图说明
图1为本发明实施例中用于室内无线网络的光信号传输系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中LCOS上的波长覆盖分布图；
图3为本发明实施例中用户终端的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例中的用于室内无线网络的光信号传输方法，包括以下步骤：
下行光信号传输流程：光信号发送端将外界(光纤通信系统)传输的光信号进行分光，光信号中不同波长的光会在分光过程中沿着不同的方向射出；外界传输的光信号一般为DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集型光波复用)信号或CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexer，稀疏波分复用器)信号；将分光后的光信号进行扩束后，按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端。
上行光信号传输流程：光信号发送端将用户终端上传的光信号进行相位调制，将相位调制后的光信号进行聚焦后耦合至连接外界(光纤通信系统)的光纤中。
由此可知，与现有技术中的无线接入技术相比，本发明能够在不采用无线通信设备的基础上，对不改变波长的光信号进行直接传输；光信号的调制速率高、频带宽、不占用频谱资源，而且显著提高了传输效率。与此同时，本发明的光信号的波束窄且不可见，很难在空中发现其通信链路，即使发现其通信链路并截取，也是使得链路中断，这样用户会发现，因此，本发明使用时比较安全，适于推广。
优选的，按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端的流程包括：预先为每台用户终端设置唯一的下载波长(这样可以使得每个下载波长的光信号只能被1台终端接收，避免多台终端接收相同下载波长的光信号而产生串扰)，预先根据每台终端与光信号发送端的距离和夹角，为每个下载波长的光信号覆盖的像素设置对应的相位分布。不同下载波长的光信号通过对应的相位分布，会发生不同角度的偏转后传输至指定的用户终端。
上述过程中的“预先步骤”可在下行光信号传输流程之前完成。
优选的，将用户终端上传的光信号进行相位调制的流程包括：预先为每台用户终端设置唯一、且与下载波长不同的上传波长，下载波长不唯一会无法分清不同终端的上传信号，下载波长与上传波长相同则会无法分清上行和下行信号；预先根据每台终端与光信号发送端的距离和夹角，为每个上传波长的光信号覆盖的像素设置对应的相位分布；这样光信号发送端即可根据用户终端发出的光信号的上传波长，进行对应的相位分布。
上述过程中的“预先步骤”可在上行光信号传输流程之前完成。
优选的：预先为每台用户终端设置下载波长和上传波长的流程包括：设置若干唯一的下载波长和上传波长，当有终端需要接入时，终端选择1个非正在使用的下载波长、以及1个非正在使用的上传波长。
优选的，该方法还包括以下步骤：
用户终端接收流程：用户终端将光信号发送端下发的光信号聚焦后，进行接收和解调；
用户终端发送流程：用户终端将调制过的光信号进行扩束后，根据光信号下行路线的反路线上传至光信号发送端。
参见图1所示，本发明实施例中的用于室内无线网络的光信号传输系统，包括交换节点，交换节点包括光栅、聚焦透镜和矩阵液晶显示装置，本实施例中的矩阵液晶显示装置采用LCOS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)。
参见图1所示，该系统的下行光信号传输流程包括：外界(光纤通信系统)传输的光信号进入交换节点后，通过光栅进行分光，光信号中不同波长的光会在分光过程中沿着不同的方向射出；将分光后的光信号通过聚焦透镜投射至LCOS的不同区域。LCOS按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端。
参见图1所示，该系统的上行光信号传输流程包括：用户终端上传的光信号会经空间传播后达到LCOS表面，LCOS将光信号进行相位调制，将相位调制后的光信号通过聚焦透镜进行聚焦后发射至光栅，经光栅耦合至连接外界的光纤中。
LCOS的工作原理为：LCOS具有相位调制功能，能够实现光束偏转，使得不同波长的信号光被不同的用户接收，例如用户终端1(即用户1)接收波长为λL1的光，由器件设计的光学知识可得知λL1所覆盖的LCOS的像素是哪些列，此时交换节点和用户1之间有一段空间距离，两者之间的角度也可计算得出，那么只需通过软件给LCOS中λL1覆盖的几列像素，下载与上述距离和角度对应的相位分布就可以使得该光束发生偏转，被用户1所接收。
同理用户2、户3…用户N希望接收某个波长也可以通过此方法来实现，这样一来，同时控制各个波长所覆盖的区域的相位分布，就可以让各个用户终端接收到想要的波长。当然，不同用户可以根据意愿接收不同波长携带的信号，以实现各个用户之间相互交换信息，但是每个波长的光信号只能被一个用户接收，不能被多个用户接收。
在此基础上，LCOS按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端的流程包括：根据每台终端与交换节点的距离和夹角，为每个预先设置的下载波长的光信号覆盖的LCOS的像素设置对应的相位分布，不同下载波长的光信号在LCOS上进行对应的相位分布，会发生不同角度的偏转后传输至指定的用户终端。
LCOS将光信号进行相位调制的流程包括：每台用户终端预先设置有唯一、且与下载波长不同的上传波长，例如用户1发射波长为λT1，用户2发射波长为λT2，用户3发射波长为λT3，用户4发射波长为λT4，用户N发射为λTN。根据每台终端与光信号发送端的距离和夹角，为每个上传波长的光信号覆盖的LCOS的像素设置对应的相位分布；这样用户终端发出的光信号就会在LCOS上进行与上传波长对应的相位分布。
下面对LCOS进行相位调制的原理进行说明：参见图2所示，不同的波长会分布在LCOS上的不同区域，上传波长或者下载波长都被几列不同的LCOS像素所覆盖，LCOS通过控制像素灰度，能够组合成形成相位排列，使得入射在其表面的光束发生偏转；因为LCOS的各个像素是独立控制的，所以上行信号和下载信号的传输互不影响。
参见图3所示，该系统还包括设置于用户终端上的发射机、发射扩束器件、接收机和接收聚焦器件；发射扩束器件和接收聚焦器件均可选用聚焦透镜、或者2个大小不一的透镜1和2。
发射机用于：发射调制后的光信号；
发射扩束器件用于：对发射机发射的光信号进行扩束，扩束后的光信号会根据光信号下行路线的反路线发射至LCOS；
接收聚焦器件用于：将经LCOS相位调制后的光信号聚焦后集中至接收机表面；
接收机用于：接收和解调光信号。
进一步，本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种用于室内无线网络的光信号传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
下行光信号传输流程：光信号发送端将外界传输的光信号进行分光，将分光后的光信号进行扩束后，按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端；
上行光信号传输流程：光信号发送端将用户终端上传的光信号进行相位调制，将相位调制后的光信号进行聚焦后耦合至外界；
所述按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端的流程包括：预先为每台用户终端设置唯一的下载波长，预先根据每台终端与光信号发送端的距离和夹角，为每个下载波长的光信号覆盖的像素设置对应的相位分布；不同下载波长的光信号通过对应的相位分布，会发生不同角度的偏转后传输至指定的用户终端；
所述将用户终端上传的光信号进行相位调制的流程包括：预先为每台用户终端设置唯一、且与下载波长不同的上传波长；预先根据每台终端与光信号发送端的距离和夹角，为每个上传波长的光信号覆盖的像素设置对应的相位分布；光信号发送端会根据用户终端发出的光信号的上传波长，进行对应的相位分布。
2.如权利要求1所述的用于室内无线网络的光信号传输方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
用户终端接收流程：用户终端将光信号发送端下发的光信号聚焦后，进行接收和解调；
用户终端发送流程：用户终端将调制过的光信号进行扩束后上传至光信号发送端。
3.一种用于室内无线网络的光信号传输系统，其特征在于：该系统包括交换节点，交换节点包括光栅、聚焦透镜和矩阵液晶显示装置；
该系统的下行光信号传输流程包括：外界传输的光信号进入交换节点后，通过光栅进行分光，将分光后的光信号通过聚焦透镜投射至矩阵液晶显示装置的不同区域；矩阵液晶显示装置按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端；
该系统的上行光信号传输流程包括：用户终端将光信号经空间传播后上传至矩阵液晶显示装置进行相位调制，将相位调制后的光信号通过聚焦透镜进行聚焦后发射至光栅，经光栅耦合至外界；
所述矩阵液晶显示装置采用LCOS，所述矩阵液晶显示装置按照预先设置的下载波长对光信号进行相位调制后下发至用户终端的流程包括：根据每台终端与交换节点的距离和夹角，为每个预先设置的下载波长的光信号覆盖的LCOS的像素设置对应的相位分布，不同下载波长的光信号在LCOS上进行对应的相位分布，会发生不同角度的偏转后传输至指定的用户终端；
所述矩阵液晶显示装置对用户终端上传的光信号进行相位调制的流程包括：每台用户终端预先设置有唯一、且与下载波长不同的上传波长；根据每台终端与交换节点的距离和夹角，为每个上传波长的光信号覆盖的LCOS的像素设置对应的相位分布；用户终端发出的光信号会在LCOS上进行与上传波长对应的相位分布。
4.如权利要求3所述的用于室内无线网络的光信号传输系统，其特征在于：该系统还包括设置于用户终端上的发射机、发射扩束器件、接收机和接收聚焦器件；
发射机用于：发射光信号；
发射扩束器件用于：对发射机发射的光信号进行扩束；
接收聚焦器件用于：将光信号聚焦后集中至接收机表面；
接收机用于：接收和解调光信号。
5.如权利要求4所述的用于室内无线网络的光信号传输系统，其特征在于：所述发射扩束器件和接收聚焦器件均可选用聚焦透镜、或者2个大小不一的透镜。
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