CN113676248B - 一种基于回波干扰消除的共振光通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，包括形成分布式光学谐振腔的主机（1）和从机（2）；所述主机包括第一光电探测器（151）、同步装置（152），以及设置在光束路径上的第一回复反射器（11）、第一增益介质（12）、第一分束器（13）、电光调制器（14）；所述第一回复反射器（11）用于将入射光按照原入射方向进行反射；所述第一分束器（13）用于将经过第一增益介质（12）增益后的出射光进行分束；所述同步装置（152），用于产生发送信号输入到电光调制器（14），并控制发送信号的产生时间，以使得每个周期发送的信号实现符号同步。本发明在同步装置（152）中，使用计时器来实现符号同步，进而有效消除了回波干扰。

Description

一种基于回波干扰消除的共振光通信装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于回波干扰消除的共振光通信装置。

背景技术

随着移动通信技术由1G发展到5G，无线通信系统使用的载波频率越来越高，由最初的150MHz发展到现在的几十GHz，一方面是因为低频段的频谱资源趋于饱和，另一方面是因为低频段资源提供的通信带宽有限，无法满足当今人们对带宽的需求。因此，为了满足未来通信发展的需求，实现高速的宽带无线通信，势必要向高频段开发新的频谱资源。由于光波的波长较短且具有几百THz的频率，将光作为无线通信的载体势必会成为未来无线通信的重要技术手段。

传输速率与移动性之间的权衡是在发展无线光通信技术中势必要解决的难题。具体来说，以LED灯作为光源的可见光无线通信具有很大的覆盖面积，移动终端可以在光的覆盖面积内自由移动且不会中断通信，具有较好的移动性，但灯光的调制带宽有限，会对通信的传输速率产生很大的限制。另一类无线光通信技术是以激光作为光源的定向激光通信，这类技术可以实现Gbps级别的传输速率，但需要使用复杂的机械装置完成瞄准，捕获，跟踪等操作，且机械装置的响应速度较慢，成本较高，对移动性有极大的限制。

利用分布式光学谐振腔形成稳定的光束，并将其作为载体实现无线通信是一种新兴的无线光通信技术，该种技术在具有较高传输速率的同时，也具有较好的移动性，是一种可以突破无线光通信技术发展瓶颈的技术。

由于光束在谐振腔内进行往复运动，直接将信号调制到光束上会不可避免地产生非常严重的腔内回波干扰问题，即携带已调信号的光束在谐振腔内往复运动，影响了后续的通信过程。回波干扰的存在，对通信的正常进行产生了非常严重的约束，使其在传输速率和移动性方面的优势无法充分展现出来。因此，如何消除回波干扰是发展该种通信技术势必要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，使用计时器来实现符号同步，进而有效消除了回波干扰。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，包括形成分布式光学谐振腔的主机和从机；所述主机包括第一光电探测器、同步装置，以及设置在光束路径上的第一回复反射器、第一增益介质、第一分束器、电光调制器；所述从机包括第二光电探测器、信号处理板，以及设置在光束路径上的第二回复反射器、第二增益介质、第二分束器；

所述第一回复反射器用于将入射光按照原入射方向进行反射；所述第二回复反射器用于将入射光按照原入射方向进行反射；所述共振光通信装置的共振腔位于第一回复反射器和第二回复反射器之间；

所述第一分束器用于将经过第一增益介质增益后的出射光进行分束，得到一束透射光和一束反射光，分束得到的反射光传输给第一光电探测器，由第一光电探测器进行光电转换后传输给同步装置；分束得到的透射光传输给电光调制器；

所述同步装置，用于产生发送信号输入到电光调制器，并控制发送信号的产生时间，以使得每个周期发送的信号实现符号同步；

所述电光调制器，用于对来自第一光分束器的透射光与来自同步装置的信号进行调制后传输给从机。

所述第二分束器用于对接收来自主机的入射光进行分束，得到一束透射光和一束反射光；分束得到的反射光经第二光电探测器传输给信号处理板；分束得到的透射光经第二增益介质传输给第二回复反射器。

进一步地，所述同步装置为FPGA单元。

进一步地，所述同步装置与第一光电探测器之间设置有ADC模块。

进一步地，所述同步装置包括初始配置模块，用于在主机和从机第一次进行通信时，同步装置产生一个电压很小的电信号作为标记信号，使电光调制器的输出光强接近于0；当同步装置将该电信号输入到电光调制器的同时，启动一个定时计时器计时，且将该计时器的时钟设置为发射速率的20倍。

进一步地，所述同步装置还包括标记检测模块，当输出光在共振腔内往返一周后再次到达主机后，主机的第一分束器将一部分光反射到第一光电探测器中，第一光电探测器151将其转换为模拟电信号并通过一个ADC装置输入到同步装置；

同步装置中的标记检测模块，用于对接收到的电信号进行实时检测，当检测到一个标记信号时，记录定时计时器的计时，并启动一个发送计时器；同时，同步装置产生一个待发送的信息序列输入到电光调制器中，并将信息序列缓存。

进一步地，所述同步装置还包括定时比较模块，用于在发送计时器等于定时计时器的计时相同时，控制标记检测模块重复执行其功能。

进一步地，所述信号处理板用于对接收到的信息进行解调，恢复出原始信息，以实现对主机信号的接收。

进一步地，所述第一光电探测器为自由空间型探测器。

进一步地，所述第二光电探测器为自由空间型探测器。

本发明的有益效果是：本发明在分布式光学谐振腔的基础上加以改进，并结合同步装置，采用使用计时器来实现符号同步，使系统主机和从机之间可以实现无腔内干扰的远距离通信，并能够有效消除回波干扰；当增益介质处于工作状态时，主机和从机之间可以自发地建立起与激光类似的共振光，可以实现较高的传输速率；当主机和从机自由移动时，通信链路不会中断，即使发生中断也可以快速重新建立链接，具有较好的移动性。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图中，1-主机，11-第一回复反射器，12-第一增益介质，13-第一分束器，14-电光调制器，151-第一光电探测器，152-同步装置，2-从机，21-第二分束器，22-第二增益介质，23-第二回复反射器，241-第二光电探测器，242-信号处理板。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，包括形成分布式光学谐振腔的主机1和从机2；所述主机包括第一光电探测器151、同步装置152，以及设置在光束路径上的第一回复反射器11、第一增益介质12、第一分束器13、电光调制器14；所述从机2包括第二光电探测器241、信号处理板242，以及设置在光束路径上的第二回复反射器23、第二增益介质22、第二分束器21；

所述第一回复反射器11用于将入射光按照原入射方向进行反射；所述第二回复反射器23用于将入射光按照原入射方向进行反射；所述共振光通信装置的共振腔位于第一回复反射器11和第二回复反射器23之间；

具体地，共振腔由主机和从机中的回复反射器组成，回复反射器的特性可以将光沿入射方向反射回去，因此腔内光束会在共振腔内进行往返运动。将增益介质，电光调制器和分束器置于腔内，其中，增益介质主要用于对自由空间中的光进行选频、放大以使光在腔内形成共振状态；电光调制器主要用于对光进行调制，通过改变入射光的强度将电信号加载在共振光上，实现信息的传输；分束器主要用于将入射光分为反射光和透射光两部分，分别用于实现不同的功能。

所述第一分束器13用于将经过第一增益介质12增益后的出射光进行分束，得到一束透射光和一束反射光，分束得到的反射光传输给第一光电探测器151，由第一光电探测器151进行光电转换后传输给同步装置152；分束得到的透射光传输给电光调制器14；

所述同步装置152，用于产生发送信号输入到电光调制器14，并控制发送信号的产生时间，以使得每个周期发送的信号实现符号同步；

所述电光调制器14，用于对来自第一光分束器13的透射光与来自同步装置的信号进行调制后传输给从机2。

在本申请的实施例中，所述第一回复反射器11、第一增益介质12、第一分束器13、电光调制器14、第二分束器21、第二增益介质22和第二回复反射器23从左至右依次排布，且第一回复反射器11、第一增益介质12、第一分束器13、电光调制器14、第二分束器21、第二增益介质22和第二回复反射器23的中心位于同一水平直线上；

所述第二分束器21用于对接收来自主机1的入射光进行分束，得到一束透射光和一束反射光；分束得到的反射光经第二光电探测器241传输给信号处理板242；分束得到的透射光经第二增益介质22传输给第二回复反射器23。

在本申请的实施例中，所述同步装置152为FPGA单元。所述同步装置152与第一光电探测器151之间设置有ADC模块。

在本申请的实施例中，所述同步装置152包括初始配置模块，用于在主机1和从机2第一次进行通信时，同步装置152产生一个电压很小的电信号作为标记信号，在本申请的实施例汇总，该标记信号一般为 0.01V~0.05V；使电光调制器14的输出光强接近于0；当同步装置152将该电信号输入到电光调制器的同时，启动一个定时计时器计时，且将该计时器的时钟设置为发射速率的20倍。

所述同步装置还包括标记检测模块，当输出光在共振腔内往返一周后再次到达主机1后，主机1的第一分束器13将一部分光反射到第一光电探测器151中，第一光电探测器151将其转换为模拟电信号并通过一个ADC装置输入到同步装置152；

同步装置152中的标记检测模块，用于对接收到的电信号进行实时检测，当检测到一个标记信号时，记录定时计时器的计时，并启动一个发送计时器；同时，同步装置152产生一个待发送的信息序列输入到电光调制器中，并将信息序列缓存。

所述同步装置还包括定时比较模块，用于在发送计时器等于定时计时器的计时相同时，控制标记检测模块重复执行其功能。

在本申请的实施例中，所述信号处理板242用于对接收到的信息进行解调，恢复出原始信息，以实现对主机信号的接收。所述第一光电探测器151为自由空间型探测器。所述第二光电探测器241为自由空间型探测器。

本实施例中，光学谐振腔是由两个光学反射镜面和之间的增益介质组成的，光子经两反射镜的反射不断往返运行产生振荡，运行时不断与受激粒子相遇而产生受激辐射，最后形成稳定的激光输出到腔外。

在本申请的实施例中，分布式光学共振系统的组成部分被分为共振光发射器和共振光接收器两部分。需要特别说明的是，当入射光进入回复反射器后，将沿着入射方向被反射回去，使共振光接收器在自由移动的情况下也可以维持光路稳定，这种特性使系统具有很好的移动性。因此在这种结构下，腔内光束会在发射器和接收器之间不断反射往返运动，且增益介质可以弥补往返运动中产生的功率损耗，使腔内光束维持平稳状态。

若光束在传播的过程中被物体挡住，则会因无法沿着原入射方向被反射回去而导致共振状态无法稳定，连接中断，这种特性使系统具有很好的安全性。

通信装置包括了主机1和从机2两个设备，主机1中的第一回复反射器11和第一增益介质12与从机2中的第二回复反射器23和第二增益介质22构成了分布式光学谐振腔，确保光可以在从机1和主机2之间往返运行形成稳定的共振光。为了实现主机1和从机2之间的通信，在主机1的光束路径上放置电光调制器14，将要发送的信息加载到腔内光束上面，在从机通过第一分束器13将部分腔内光束引入信号处理板，将发送的信息恢复出来。

本发明的一个实施例，所述第一分束器13用于将反射光按照预设的比例分束为第一光束反射光和第二光束透射光，以及将所述第一光束反射光导入至所述第一光电探测器中。

需要说明的是，第一分束器13可以将腔内光束分为两部分：透射光和反射光，且分出的各光束的功率占原输入光束功率的一定比例。反射光送入到信号处理板，用以完成同步工作，透射光在腔内进行往返运动，用以维持腔内光束的稳定性。

本发明中涉及的光包括红外光，紫外光和可见光等。只需将所述的回复反射器替换为对对应波段光具有回复发射的器件，所述电光调制器，光电探测器，分束器等光学器件替换为对应波段的电光调制器，光电探测器，分束器等光学器件，所述增益介质替换为对对应波段的光具有增益作用的增益介质。

本发明的基于同步模块和信道估计的无腔内干扰的共振光通信装置，采用的分布式光学谐振腔类似于传统激光通信中的光学谐振腔，因此该装置的腔内光束具有很高的功率密度，可以实现较高的传输速率。由于回复反射器可以使入射光沿着入射方向被反射回去，该装置可以在从机自由移动的状态下进行通信，具有较好的移动性。由于腔内光束系统的物理原理，当有异物阻碍光束传播时，连接会立即中断，具有较好的安全性。

本发明结构涉及到共振光通信领域，但与现有技术不同的是，本发明为消除腔内的回波干扰，实现高传输速率，增加了含有同步电路的信号处理模块来实现回波干扰消除。此外，也描述了一种可行的调制和解调方案，以满足未来通信发展的需求。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：包括形成分布式光学谐振腔的主机（1）和从机（2）；所述主机包括第一光电探测器（151）、同步装置（152），以及设置在光束路径上的第一回复反射器（11）、第一增益介质（12）、第一分束器（13）、电光调制器（14）；所述从机（2）包括第二光电探测器（241）、信号处理板（242），以及设置在光束路径上的第二回复反射器（23）、第二增益介质（22）、第二分束器（21）；

所述第一回复反射器（11）用于将入射光按照原入射方向进行反射；所述第二回复反射器（23）用于将入射光按照原入射方向进行反射；所述共振光通信装置的共振腔位于第一回复反射器（11）和第二回复反射器（23）之间；

所述第一分束器（13）用于将经过第一增益介质（12）增益后的出射光进行分束，得到一束透射光和一束反射光，分束得到的反射光传输给第一光电探测器（151），由第一光电探测器（151）进行光电转换后传输给同步装置（152）；分束得到的透射光传输给电光调制器（14）；

所述同步装置（152），用于产生发送信号输入到电光调制器（14），并控制发送信号的产生时间，以使得每个周期发送的信号实现符号同步；

所述同步装置（152）包括初始配置模块，用于在主机（1）和从机（2）第一次进行通信时，产生电信号作为标记信号，使电光调制器（14）的输出光强接近于0；当同步装置（152）将该电信号输入到电光调制器的同时，启动一个定时计时器计时，且将该计时器的时钟设置为发射速率的20倍；

所述电光调制器（14），用于对来自第一光分束器（13）的透射光与来自同步装置的信号进行调制后传输给从机（2）。

2.根据权利要求1所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于： 所述第二分束器（21）用于对接收来自主机（1）的入射光进行分束，得到一束透射光和一束反射光；分束得到的反射光经第二光电探测器（241）传输给信号处理板（242）；分束得到的透射光经第二增益介质（22）传输给第二回复反射器（23）。

3.根据权利要求1所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：所述同步装置（152）为FPGA单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：所述同步装置（152）与第一光电探测器（151）之间设置有ADC模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：所述同步装置还包括标记检测模块，当输出光在共振腔内往返一周后再次到达主机（1）后，主机（1）的第一分束器（13）将一部分光反射到第一光电探测器（151）中，第一光电探测器（151）将其转换为模拟电信号并通过一个ADC装置输入到同步装置（152）；

同步装置（152）中的标记检测模块，用于对接收到的电信号进行实时检测，当检测到一个标记信号时，记录定时计时器的计时，并启动一个发送计时器；同时，同步装置（152）产生一个待发送的信息序列输入到电光调制器中，并将信息序列缓存。

6.根据权利要求5所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：所述同步装置还包括定时比较模块，用于在发送计时器等于定时计时器的计时相同时，控制标记检测模块重复执行其功能。

7.根据权利要求2所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：所述信号处理板（242）用于对接收到的信息进行解调，恢复出原始信息，以实现对主机信号的接收。

8.根据权利要求1所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：所述第一光电探测器（151）为自由空间型探测器。

9.根据权利要求1所述的一种基于回波干扰消除的共振光通信装置，其特征在于：所述第二光电探测器（241）为自由空间型探测器。

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