CN111586506A - 光通信交换节点、光通信系统及光通信方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种光通信交换节点、光通信系统及光通信方法，该光通信交换节点包括：分光单元，用于将一束下行复合光信号发散成传播角度不同且波长不同的多束下行分光信号；或者，将不同波长且不同传输角度的多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号；偏转单元，与所述分光单元间隔设置，用于增大所述下行分光信号之间的角度；或者，用于减小所述上行分光信号之间的角度。通过本公开实施例中的光通信交换节点能够实现下行复合光信号的分角度、分波长不同传输方向的下行传输以及将多个来自不同传输方向不同波长的上行分光信号进行汇聚成一个上行复合光信号对外输出。

Description

光通信交换节点、光通信系统及光通信方法

技术领域

本公开涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光通信交换节点、光通信系统及光通信方法。

背景技术

随着网络数据爆发式增长，在可预见的未来，网络堵塞将成为常态。虽然基于无线接入方式的通信技术可提供解决方案，但载体的可用调制带宽被限制在微波范围内，且微波传输易受电磁干扰。自由空间光无线传输可扩展无线通信的波长范围，且具有自由光学的优点。其与高速光纤网络相结合应用于室内多用户分频传输具有很大的优势。在具体多用户多点通信传输应用中，需要一种光通信交换节点以满足通信应用需求。

发明内容

一方面，本公开提供一种光通信交换节点。

本公开实施例提供的光通信交换节点包括：

分光单元，用于将一束下行复合光信号发散成传播角度不同且波长不同的多束下行分光信号；或者，将不同波长且不同传输角度的多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号；

偏转单元，与所述分光单元间隔设置，用于增大所述下行分光信号之间的角度；或者，用于减小所述上行分光信号之间的角度。

在一些实施例中，所述偏转单元包括：

微透镜阵列，包括：在朝向所述分光单元方向上并列设置的多个微透镜；

一个所述微透镜与所述分光单元形成一个波长的光信号的传输路径。

在一些实施例中，所述偏转单元包括：微机电系统MEMS芯片；

所述MEMS芯片包括：

芯片基板，其中，所述芯片基板上分布有所述微透镜阵列；

控制器，位于所述芯片基板上，用于提供驱动信号；

驱动器，位于所述芯片基板上且与所述控制电路连接，用于基于所述驱动信号，驱动微透镜阵列上所述微透镜的偏转。

在一些实施例中，所述驱动器包括：

多个驱动电路，一个所述驱动电路与一个所述微透镜连接，用于驱动一个微透镜偏转。

在一些实施例中，所述分光单元包括：

光栅。

另一方面，本公开还提供一种光通信系统，该光通信系统包括：

光信号发射端；

光信号接收端；以及

位于光信号发射端与光信号接收端之间的上述一方面提供的光通信交换节点；

所述光信号发射端，用于向所述光通信交换节点发射调制后的所述下行复合光信号，或接收所述光通信交换节点汇聚的所述上行复合光信号；

所述光信号接收端，用于接收所述光通信交换节点传输的所述下行分光信号，或向所述光通信交换节点发送所述上行分光信号。

在一些实施例中，所述光信号接收端包括：

多个用户终端，一个所述用户终端接收或发送一个波长的光信号，且所有所述用户终端接收或发送的所述光信号的波长均彼此不同。

再一方面，本公开还提供一种光通信方法，该通信方法包括：

通过分光单元将光信号发射端发送的下行复合光信号发散成传播角度不同且波长不同的多束下行分光信号，以及通过偏转单元增大所述下行分光信号之间的传播角度，并传输所述下行分光信号至光信号接收端；

通过偏转单元减小所述光信号接收端发送的不同波长且不同传输方向的多个上行分光信号之间的传播角度，并传输所述上行分光信号至所述分光单元，以及通过所述分光单元将所述不同传播角度的多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号。

在一些实施例中，所述偏转单元包括：

微透镜阵列，包括：在朝向所述分光单元方向上并列设置的多个微透镜；

一个所述微透镜与所述分光单元形成一个波长的光信号的传输路径。

在一些实施例中，所述光信号接收端包括：

多个用户终端，一个所述用户终端接收或发送一个波长的光信号，且所有所述用户终端接收或发送的所述光信号的波长均彼此不同。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例利用光通信交换节点的分光单元将下行复合光信号分不同波长不同传输方向进行下行传输，且利用偏转单元进一步增大不同波长的下行分光信号之间的传输角度，以使得下行分光信号可以到达对应的用户终端，以及利用偏转单元减小用户终端发送的不同波长的上行分光信号的传输角度，以使得各上行分光信号可达到分光单元，从而使得分光单元可将多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号对外传输，进而实现上行光信号和下行光信号多点分波长、分角度、不同方向的上下传输。上述光通信交换节点应用于室内多用户多点自由空间光无线通信时，可减少电磁干扰，且带宽较宽，减轻了多个用户同时使用大量数据通信时的网络拥堵程度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种光通信交换节点的结构示意图一。

图2是根据一示例性实施例示出的光通信方法流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种光通信系统的应用示意图一。

图4是根据一示例性实施例示出的一种光通信系统的应用示意图二。

图5是根据一示例性实施例示出的微透镜与上传下载波长光信号的对应关系示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的用户终端发射和接收信号示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种光通信交换节点的结构示意图一。如图1所示，该光通信交换节点10至少包括：

分光单元11，用于将一束下行复合光信号发散成传播角度不同且波长不同的多束下行分光信号；或者，将不同波长且不同传输角度的多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号；

偏转单元12，与所述分光单元11间隔设置，用于增大所述下行分光信号之间的角度；或者，用于减小所述上行分光信号之间的角度。

在本示例性实施例中，光通信交换节点包括的两部分结构分别为分光单元11和偏转单元12。分光单元11主要实现下行复合光信号分波长、分角度下行传输，以及不同波长不同传输角度的上行分光信号的汇聚。

在本示例性实施例中，分光单元可以是光栅等可以将复合光信号分成单一波长且分不同传播角度输出的结构器件。偏转单元主要是用于改变传输光束在空间中的传播方向。偏转单元可以是能够用于改变光束传播方向的结构器件或简单的光学系统。

光通信系统在具体安装应用时，由于受到外界安装条件的限制，光通信交换节点距离用户终端的通信距离可能会相对较远。如此会造成经过分光单元11分光后的下行分光信号不能通过分光后的传播角度直接入射至对应的用户终端，或各个用户终端发射的各个上行分光信号不能通过光信号发射时的传播角度直接入射至分光单元11。针对上述情况可在光通信交换节点中增设偏转单元12以对光信号传输做进一步调整，从而实现分光单元11和用户终端之间的光通信。如此有利于解决光通信系统在安装时因通信距离较远而出现通信故障的问题。

在一些实施例中，所述偏转单元包括：

微透镜阵列，包括：在朝向所述分光单元方向上并列设置的多个微透镜；

一个所述微透镜与所述分光单元形成一个波长的光信号的传输路径。

在本示例性实施例中，分光单元可将复合光信号分散成不同传播角度、不同波长的分光信号。经过分光单元分光产生的分光信号均入射至偏转单元。且与此同时，不同波长的分光信号会入射至偏转单元的不同区域。

在本示例性实施例中，在偏转单元的各个信号接收区域均分布有微透镜。一个微透镜透射一个波长的光信号，与分光单元形成一个波长的光信号的传输路径。

在具体应用时，通过改变微透镜的偏转来改变透过微透镜传输的光信号的传输方向。多个微透镜可同时调整偏转，且各个微透镜的偏转角度可不同。如此通过不同微透镜的不同偏转角度来控制不同光信号的不同传输方向。

上述内容包括一个波长的上行分光信号对应一个微透镜，形成一个上行传输路径以及一个波长的下行分光信号对应另一个微透镜，形成一个下行传输路径。

在一些实施例中，所述偏转单元包括：微机电系统MEMS芯片；所述MEMS芯片包括：芯片基板，其中，所述芯片基板上分布有所述微透镜阵列；控制器，位于所述芯片基板上，用于提供驱动信号；驱动器，位于所述芯片基板上且与所述控制电路连接，用于基于所述驱动信号，驱动微透镜阵列上所述微透镜的偏转。

在本示例性实施例中，由于一个微透镜只对应调制一个波长的分光信号的传播角度调整。上述分光信号为一个上行分光信号或一个下行分光信号。

因此，在本示例性实施例中，一个微透镜对应设置一个驱动器以实现一个驱动器对单一微透镜的单独偏转控制。如此有利于保证一个波长的分光信号在上行传输和下行传输时的单独角度偏转调制，从而可使得一个波长的分光信号的上行传输和下行传输的同步进行，且互不干扰。

需要注意的是，在上述各实施例中，上行分光信号的波长与下行分光信号的波长不相同。

在一些实施例中，所述驱动器包括：

多个驱动电路，一个所述驱动电路与一个所述微透镜连接，用于驱动一个微透镜偏转。在本示例性实施例中，驱动器包括多个驱动电路，不同的驱动电路对应接收不同的驱动信号，以驱动对应的单一微透镜进行角度偏转，从而实现一个驱动信号经过对应的一个驱动电路对一个微透镜进行对应的角度驱动偏转，使得对应的一个波长分光信号实现相应的传播方向调整。

在一些实施例中，所述分光单元包括：光栅。在本示例性实施例中，分光单元的分光作用可采用光栅来实现。

本公开示例性实施例还提供了一种光通信系统，该光通信系统包括：

光信号发射端；

光信号接收端；

以及位于光信号发射端与光信号接收端之间的上述实施例提供的光通信交换节点；

所述光信号发射端，用于向所述光通信交换节点发射调制后的所述下行复合光信号，或接收所述光通信交换节点汇聚的所述上行复合光信号；

所述光信号接收端，用于接收所述光通信交换节点传输的所述下行分光信号，或向所述光通信交换节点发送所述上行分光信号。

在本示例性实施例中，在光通信交换节点的前端设置有光信号发射端以进行下行复合光信号的发送以及上行分光信号的汇聚；在光通信交换节点的后端设置有光信号接收端以接收下行分光信号以及发送上行分光信号。在本示例性实施例中，复合光信号可以为密集波分复用信号。

在一些实施例中，所述光信号接收端包括：

多个用户终端，一个所述用户终端接收或发送一个波长的光信号，且所有所述用户终端接收或发送的所述光信号的波长均彼此不同。在本示例性实施例中，不同用户终端接收发送的不同波长的分光信号。即一个用户终端对应接收一个波长的下行分光信号，同时传输另一个波长的上行分光信号，且每个波长的分光信号只被对应的一个用户终端接收，以此消除信号干扰。

本公开示例性实施例还提供了一种光通信方法。图2是根据一示例性实施例示出的光通信方法流程图。如图2所示，该方法包括：

步骤21、通过分光单元将光信号发射端发送的下行复合光信号发散成传播角度不同且波长不同的多束下行分光信号，以及通过偏转单元增大所述下行分光信号之间的传播角度，并传输所述下行分光信号至光信号接收端；

步骤22、通过偏转单元减小所述光信号接收端发送的不同波长且不同传输方向的多个上行分光信号之间的传播角度，并传输所述上行分光信号至所述分光单元，以及通过所述分光单元将不同传播角度的多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号。在本示例性实施例中，通过分光单元和偏转单元相互配合可实现下行复合光信号分波长、分角度下行传输和上行分光信号分波长、分角度上行传输并进行汇聚后对外同步输出。

在一些实施例中，所述偏转单元包括：

微透镜阵列，包括：在朝向所述分光单元方向上并列设置的多个微透镜；

一个所述微透镜与所述分光单元形成一个波长的光信号的传输路径。

在一些实施例中，所述光信号接收端包括：

多个用户终端，一个所述用户终端接收或发送一个波长的光信号，且所有所述用户终端接收或发送的所述光信号的波长均彼此不同。

为进一步说明本公开实施例提供的光通信交换节点在光通信系统中的具体应用，现以密集波分复用信号作为通信光信号，以室内光通信作为通信环境做如下说明。

图3是根据一示例性实施例示出的一种光通信系统的应用示意图一。如图3所示光通信系统中的密集波分复用信号通过光纤直接连接到室内的光通信交换节点31，入射的密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)信号32通过光通信交换节点31分配到各个用户。图3所示的四个用户可以从光通信交换节点31下载到不同的信号。每个用户得到的信号可由不同的波长光所承载，即把不同波长的光信号分配给不同的用户。同时用户也可以上传光信号到光通信交换节点31。光通信交换节点31将此光信号在传送到光纤网络中去。在具体应用时，四个用户可分布于房间的不同位置。

图4是根据一示例性实施例示出的一种光通信系统的应用示意图二。如图4所示，当信号下行时，DWDM信号41进入光通信交换节点31。在经过光通信交换节点31内的分光单元42后，DWDM信号41中不同波长的光信号沿着不同的传播方向射出。然后不同传播方向的不同波长的光信号分别入射至MEMS微镜阵列43中对应的一个微透镜镜片上。由于一个波长的光信号与一个镜片彼此对应，因此可通过调节每片微透镜的驱动电压，来驱动每片微透镜进行不同角度的偏转。如此可通过驱动微透镜偏转把不同波长的光信号投射至用户端44。其中用户端44内包含有4个用户终端，分别为用户1、用户2、用户3以及用户4。光信号可直接入射至上述用户终端上。

图5是根据一示例性实施例示出的微透镜与上传下载波长光信号的对应关系示意图。如图5所示，用户1接收波长λL1的光信号。由光学设计可知波长λL1的光信号对应的微镜为L1。此时调节L1的驱动电压使得波长λL1的光信号发生相应的偏转。如此可使得波长λL1的光信号投射到用户1端。同理当用户2、户3....用户N需要接收某个波长的光信号也可以通过上述方法来实现。

如此同时控制各个波长所对应微镜的驱动电压，即可让各个用户接收到所需波长的光信号。由于MEMS微镜的驱动电压是相互独立的，所以上行信号和下载信号的同时传输互不影响。在本公开实施例中，不同用户可以根据需要接收不同波长光携带的信号。但是每个DWDM波长光信号只能被一个用户接收，不能被多个用户接收。

当信号上行时，每个用户对应固定的上传波长光信号。例如用户1发射波长为λT1的光信号。用户2发射波长为λT2的光信号。用户3发射波长为λT3的光信号。用户4发射波长为λT4的光信号。用户N发射波长为λTN的光信号。如图5所示，当用户1需要上传信号时，可通过用户端的发射机发射波长λT1的光信号。该波长的光信号在空间传播之后到达MEMS微镜T1表面。此时调节微镜T1的驱动电压，可使得该光束进入通过分光单元然后耦合到光纤之中。同理，其他用户也可以上传对应波长的光信号。需要注意的是以上的下载信号λL1，λL2......λLN与上传信号λT1，λT2......λTN不相同。

图6是根据一示例性实施例示出的用户终端发射和接收信号示意图。如图6所示，一个用户终端内包含有发射器和接收器。发射器和接收器均与一透镜组相配合设置。一个透镜组内可包括两片大小不一的透镜即透镜1和透镜2。用户终端内的发射器用来发射调制过的光信号。该光信号的载体可以是固定的上传波长。透镜1和透镜2形成的透镜组合使得光束扩展便于空间传输。用户终端内的接收器负责接收下载信号，以便解调。同时透镜组合压缩光束可使得能量集中在接收器表面。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种光通信交换节点，其特征在于，包括：

分光单元，用于将一束下行复合光信号发散成传播角度不同且波长不同的多束下行分光信号；或者，将不同波长且不同传输角度的多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号；

偏转单元，与所述分光单元间隔设置，用于增大所述下行分光信号之间的角度；或者，用于减小所述上行分光信号之间的角度。

2.根据权利要求1所述的光通信交换节点，其特征在于，所述偏转单元包括：

微透镜阵列，包括：在朝向所述分光单元方向上并列设置的多个微透镜；

一个所述微透镜与所述分光单元形成一个波长的光信号的传输路径。

3.根据权利要求2所述的光通信交换节点，其特征在于，所述偏转单元包括：微机电系统MEMS芯片；

所述MEMS芯片包括：

芯片基板，其中，所述芯片基板上分布有所述微透镜阵列；

控制器，位于所述芯片基板上，用于提供驱动信号；

驱动器，位于所述芯片基板上且与所述控制电路连接，用于基于所述驱动信号，驱动微透镜阵列上所述微透镜的偏转。

4.根据权利要求3所述的光通信交换节点，其特征在于，所述驱动器包括：

多个驱动电路，一个所述驱动电路与一个所述微透镜连接，用于驱动一个微透镜偏转。

5.根据权利要求1所述的光通信交换节点，其特征在于，所述分光单元包括：

光栅。

6.一种光通信系统，其特征在于，包括：

光信号发射端；

光信号接收端；以及

位于光信号发射端与光信号接收端之间的权利要求1-5中任一项所述的光通信交换节点；

所述光信号发射端，用于向所述光通信交换节点发射调制后的所述下行复合光信号，或接收所述光通信交换节点汇聚的所述上行复合光信号；

所述光信号接收端，用于接收所述光通信交换节点传输的所述下行分光信号，或向所述光通信交换节点发送所述上行分光信号。

7.根据权利要求6所述的光通信系统，其特征在于，所述光信号接收端包括：

多个用户终端，一个所述用户终端接收或发送一个波长的光信号，且所有所述用户终端接收或发送的所述光信号的波长均彼此不同。

8.一种光通信方法，其特征在于，所述方法包括：

通过分光单元将光信号发射端发送的下行复合光信号发散成传播角度不同且波长不同的多束下行分光信号，以及通过偏转单元增大所述下行分光信号之间的传播角度，并传输所述下行分光信号至光信号接收端；

通过偏转单元减小所述光信号接收端发送的不同波长且不同传输方向的多个上行分光信号之间的传播角度，并传输所述上行分光信号至所述分光单元，以及通过所述分光单元将不同传播角度的多个上行分光信号汇聚成一个上行复合光信号。

9.根据权利要求8所述的光通信方法，其特征在于，所述偏转单元包括：

微透镜阵列，包括：在朝向所述分光单元方向上并列设置的多个微透镜；

一个所述微透镜与所述分光单元形成一个波长的光信号的传输路径。

10.根据权利要求9所述的光通信方法，其特征在于，所述光信号接收端包括：

多个用户终端，一个所述用户终端接收或发送一个波长的光信号，且所有所述用户终端接收或发送的所述光信号的波长均彼此不同。

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