CN111211837A - 基于光纤供能的可见光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可见光通信技术领域,是一种基于光纤供能的可见光通信系统,包括光线路单元、光远端单元和可见光信号接收终端;光线路单元用于将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤;光远端单元用于通过传输光纤接收数据承载光信号与供能承载光信号,将供能承载光信号为自身供能,将数据承载光信号还原为数据电信号。本发明的光线路单元和光远端单元之间通过传输光纤进行数据传递,充分利用了光纤通信的传输容量大的特点,提高了可见光通信系统的数据传输容量。并且光线路单元能将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤,在输出数据的同时实现了动力的远距离提供,使得可见光通信系统能适应于不便于取电的应用场景。

Description

基于光纤供能的可见光通信系统
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域,是一种基于光纤供能的可见光通信系统。
背景技术
可见光通信为利用已有的LED照明基础设施,将数据信号加载到LED光源的偏置电流上,从而利用通用照明为用户提供无线覆盖。
现有可见光通信中将源端的数据传递至由LED光源构成的光远端单元时多通过动力线及双绞线实现。通过动力线前传,虽然可以重复利用现有的动力线基础设施,但是受制于动力线通信链路自身传输容量,难以充分匹配可见光通信对高速高容量的带宽需求。此外,动力线本身要承担电力传输的功能,客观上存在更大的安全风险。通过双绞线等铜线前传,虽然在安全性上有所增强,但是在传输容量上存在显著的不足,使得可见光通信的无线传输潜力难以得到充分的释放。并且可见光通信作为一种面向实用化的无线接入技术,必须要能灵活适用于多样化的通信场景。实际上,在相当一部分室内外场景,无线通信的动力提供(俗称取电)能力不足甚至完全不具备动力提供条件,有的应用场景虽然具备一定的动力提供能力,但是存在较大的安全隐患和安全风险。
发明内容
本发明提供了一种基于光纤供能的可见光通信系统,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决现有可见光通信系统存在的传输容量不足的问题。进一步解决现有可见光通信系统存在的在没有外部动力的场景下不能自主供能的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的:一种基于光纤供能的可见光通信系统,包括光线路单元、光远端单元、光源和可见光信号接收终端,所述光线路单元通过传输光纤与光远端单元连接;光线路单元,用于获得数据承载光信号与供能承载光信号,并同时耦合至传输光纤;光远端单元,用于接收数据承载光信号与供能承载光信号,将供能承载光信号为自身提供直流偏置信号,将数据承载光信号还原为数据电信号,并合并加载至光源;光源,用于发出带有数据信号的可见光信号;可见光信号接收终端,用于接收可见光信号,获得其中的数据信号。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进:
上述光线路单元包括数据加载模块、供能提供模块和光路扇入模块;
数据加载模块,用于获得数据承载光信号,即将数据电信号加载至光信号中;
供能提供模块,用于提供供能承载光信号,其中供能承载光信号为未加载数据的光信号;
光路扇入模块,将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤。
上述数据加载模块包括调制器和激光器,调制器与激光器连接。
上述供能提供模块为高功率激光器。
上述光远端单元包括光路扇出模块、光电转换模块、光源驱动模块和光压供能模块;
光路扇出模块,用于接收解析传输光纤传输的数据承载光信号与供能承载光信号,并将数据承载光信号耦合至转换光电转换模块,将供能承载光信号耦合至光压供能模块;
光压供能模块,用于将供能承载光信号还原为电功率供能能量,为光电转换模块和光源驱动模块供能;光电转换模块,将数据光信号转换为数据电信号,加载至光源驱动模块;
光源驱动模块,用于将直流偏置信号与数据电信号叠加,输出至光源发出的光信号。
上述可见光信号接收终端包括光电探测器、放大滤波模块和数据还原模块,光电探测器与放大滤波模块连接,放大滤波模块与数据还原模块连接。
本发明结构合理而紧凑,使用方便,构建了完整的基于光纤供能的可见光通信系统,即光线路单元和光远端单元之间通过传输光纤进行数据传递,充分利用了光纤通信传输容量大的特点提高了可见光通信系统的数据传输容量,并且能有效节省有色金属资源,降低可见光通信系统前传部分的成本造价。并且光线路单元能将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤,在输出数据的同时实现了动力的远距离提供,使得可见光通信系统能适应于不便于取电的应用场景,从而扩展了本发明的适用范围。
附图说明
附图1为本发明最佳实施例的电路结构示意图。
附图2为附图1中光线路单元的电路结构示意图。
附图3为附图1中光远端单元的电路结构示意图。
附图4为附图1中可见光信号接收终端的电路结构示意图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
如附图1所示,该基于光纤供能的可见光通信系统,包括光线路单元、光远端单元、光源和可见光信号接收终端,所述光线路单元通过传输光纤与光远端单元连接;
光线路单元,用于获得数据承载光信号与供能承载光信号,并同时耦合至传输光纤;
光远端单元,用于接收数据承载光信号与供能承载光信号,将供能承载光信号为自身提供直流偏置信号,将数据承载光信号还原为数据电信号,并合并加载至光源;
光源,用于发出带有数据电信号的可见光信号;可见光信号接收终端,用于接收可见光信号,获得其中的数据信息。
上述光线路单元和光远端单元之间通过传输光纤进行带有数据电信号的光信号传递,充分利用了光纤通信的传输容量大的特点(目前主流商用光纤单波长通道的传输容量能达到40Gbps),相较于现有使用动力线以及有色金属线进行传输的方式,提高了可见光通信系统的数据传输容量,并且能有效节省有色金属资源,降低可见光通信系统前传部分的成本造价。上述光线路单元能将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤,在输出数据的同时实现了动力的远距离提供,使得可见光通信系统能适应于不便于取电的应用场景,从而扩展了本发明的适用范围。并且数据承载光信号与供能承载光信号耦合至传输光纤时,能耦合至不同的波长或者不同的纤芯中,实现了波长间的隔离,不会互相干扰。
可根据实际需要,对上述基于光纤供能的可见光通信系统作进一步优化或/和改进:
如附图1、2所示,所述光线路单元包括数据加载模块、供能提供模块和光路扇入模块;
数据加载模块,用于获得数据承载光信号,即将数据电信号加载至光信号中;
供能提供模块,用于提供供能承载光信号,其中供能承载光信号为未加载数据的光信号;
光路扇入模块,将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤。
上述光路扇入模块可为光合路器或光复用器,用于将不同光波长的光信号耦合到同一光纤内进行传输,共享同一光纤线路资源,本发明中则将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤,并且耦合至不同的波长或者不同的纤芯中,实现了波长间的隔离,不会互相干扰。上述供能提供模块可为高功率激光器。高功率激光器的型号可为Photonic power module,PPM-5,用于发射未加载数据的光信号,并发送至光路扇入模块。
如附图1、2所示,所述数据加载模块包括调制器和激光器,调制器与激光器连接。
上述调制器可为LiNbO3铌酸锂调制器,其型号可为MX1300-LN-10,用于对输入的数据电信号进行调制,并将调制后的数据电信号注入至激光器。激光器可为LD-1064,用于将数据电信号加载到数据承载的光信号上,并发送至光路扇入模块。
如附图1、3所示,所述光远端单元包括光路扇出模块、光电转换模块、光源驱动模块和光压供能模块;
光路扇出模块,用于接收及解析传输光纤传输的数据承载光信号与供能承载光信号,并将数据承载光信号耦合至转换光电转换模块,将供能承载光信号耦合至光压供能模块;
光压供能模块,用于将供能承载光信号还原为电功率供能能量,为光电转换模块和光源驱动模块供能;光电转换模块,将数据光信号转换为数据电信号,加载至光源驱动模块;
光源驱动模块,用于将直流偏置信号与数据电信号叠加,输出至光源发出的光信号就携带了信息。
上述光路扇出模块可为光分路器或光解复用器。
上述光压供能模块的输出端分别与光电转换模块和光源驱动单元连接,将电功率供能能量送入光电转换模块和光源驱动单元连接,实现供电。其中光电转换模块接受供电,提升将数据承载光信号还原为数据电信号的光电转换效率;光源驱动单元接收直流偏置信号,将直流偏置信号与数据电信号合并输出至光源,并将光源稳定到线性区间的直流偏置点,并保证直流偏置点足够大,避免由于直流偏置不足造成的数据信号限幅效应。光电转换模块可为光电转换器,光源驱动单元可为Bias-Tee。上述光源驱动单元将直流偏置信号与数据电信号合并输出至光源的输入端,通过直流偏置信号将数据电信号加载到光源,驱动光源点亮,光源发出带有数据信号的可见光。
如附图1、4所示,所述可见光信号接收终端包括光电探测器、放大滤波模块和数据还原模块,光电探测器与放大滤波模块连接,放大滤波模块与数据还原模块连接。
上述光电探测器为现有公知技术,用于接收可见光,获取可见光中数据电信号;放大滤波模块为现有公知技术,用于对数据电信号进行放大,并借助电域低通(或带通)滤波器完成滤除带外噪声;数据还原模块可基于美国德州仪器公司基于KeyStone的TMS320C6678数字信号处理器实现,用于对放大滤波后的数据电信号进行判及还原,还原原始数据信号。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例,其具有较强的适应性和最佳实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。

Claims (9)

1.一种基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,包括光线路单元、光远端单元、光源和可见光信号接收终端,所述光线路单元通过传输光纤与光远端单元连接;
光线路单元,用于获得数据承载光信号与供能承载光信号,并同时耦合至传输光纤;光远端单元,用于接收数据承载光信号与供能承载光信号,将供能承载光信号为自身提供直流偏置信号,将数据承载光信号还原为数据电信号;光源,用于发出带有数据的可见光信号;可见光信号接收终端,用于接收可见光信号,获得其中的数据信息。
2.根据权利要求1所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述光线路单元包括数据加载模块、供能提供模块和光路扇入模块;数据加载模块,用于获得数据承载光信号,即将数据信号加载至光信号中;供能提供模块,用于提供供能承载光信号,其中供能承载光信号为未加载数据的光信号;光路扇入模块,将数据承载光信号与供能承载光信号同时耦合至传输光纤。
3.根据权利要求2所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述数据加载模块包括调制器和激光器,调制器与激光器连接。
4.根据权利要求2或3所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述供能提供模块为高功率激光器。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述光远端单元包括光路扇出模块、光电转换模块、光源驱动模块和光压供能模块;光路扇出模块,用于接收解析传输光纤传输的数据承载光信号与供能承载光信号,并将数据承载光信号耦合至转换光电转换模块,将供能承载光信号耦合至光压供能模块;光压供能模块,用于将供能承载光信号还原为电功率供能能量,为光电转换模块和光源驱动模块供能;
光电转换模块,将数据光信号转换为数据电信号,加载至光源驱动模块;光源驱动模块,用于将直流偏置信号与数据电信号叠加,输出至光源发出的光信号。
6.根据权利要求4所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述光远端单元包括光路扇出模块、光电转换模块、光源驱动模块和光压供能模块;光路扇出模块,用于接收解析传输光纤传输的数据承载光信号与供能承载光信号,并将数据承载光信号耦合至转换光电转换模块,将供能承载光信号耦合至光压供能模块;光压供能模块,用于将供能承载光信号还原为电功率供能能量,为光电转换模块和光源驱动模块供能;光电转换模块,将数据光信号转换为数据电信号,加载至光源驱动模块;光源驱动模块,用于将直流偏置信号与数据电信号叠加,输出至光源发出的光信号。
7.根据权利要求1或2或3或6所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述可见光信号接收终端包括光电探测器、放大滤波模块和数据还原模块,光电探测器与放大滤波模块连接,放大滤波模块与数据还原模块连接。
8.根据权利要求4所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述可见光信号接收终端包括光电探测器、放大滤波模块和数据还原模块,光电探测器与放大滤波模块连接,放大滤波模块与数据还原模块连接。
9.根据权利要求5所述的基于光纤供能的可见光通信系统,其特征在于,所述可见光信号接收终端包括光电探测器、放大滤波模块和数据还原模块,光电探测器与放大滤波模块连接,放大滤波模块与数据还原模块连接。
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