CN114401042B - 一种可见光通信器件特性测量分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可见光通信器件特性测量分析系统，该系统包括光学平台、发射单元、接收单元和可见光通信器件特性测量分析单元，所述可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口与发射单元连接，所述可见光通信器件特性测量分析单元的接收端口与接收单元连接，所述光学平台位于发射单元与接收单元之间；可见光通信器件特性测量分析单元包括服务器和网络分析仪；服务器对测试采集的数据进行自动分析与数据存储；网络分析仪包括激励信号源、信号分离装置、接收机和处理显示单元。本发明主要是针对市面上可见光通信的信号源器件和检测器件，自动分析光源器件响应带宽等参数，自动分析光电探测器响应带宽等参数，降低研发成本，提高研发效率。

Description

一种可见光通信器件特性测量分析系统
技术领域
本发明涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种可见光通信器件特性测量分析系统。
背景技术
在可见光通信技术研发过程中，目前针对不同的光源器件、光电探测器，都是分别设计相关电路，再进行单独测试通信参数，没有单独的测试仪器可以直接测试可见光通信器件的相关参数。
现有的可见光通信器件都不是可见光通信专用的器件，采用的光源是LED照明器件，采用的探测是主要是红外波段信号的检测器件。而可见光通信所关心的LED调制带宽参数，不属于照明参数，并且不同的LED照明器件的调制带宽均不一样，所以在利用LED器件进行相关通信技术研发时，均需要研发人员结合LED器件的驱动参数设计相关驱动电路，然后再测试相关调制带宽，根据测试结果，判断该LED器件是否满足自己的通信需求。这一过程繁琐，针对不同的LED光源器件，需要分别设计相关电路，再进行单独测试，耗时、耗力、耗财。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可见光通信器件特性测量分析系统，该系统主要是针对市面上不同波段(380nm～950nm)的LED光源、LD光源、PD光电二极管探测器、APD雪崩二极管探测器等，可以自动分析光源器件响应带宽等参数，自动分析光电探测器响应带宽等参数，降低研发成本，提高研发效率。
本发明的技术方案如下：
一种可见光通信器件特性测量分析系统，该系统包括光学平台、发射单元、接收单元和可见光通信器件特性测量分析单元，所述可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口与发射单元连接，所述可见光通信器件特性测量分析单元的接收端口与接收单元连接，所述光学平台位于发射单元与接收单元之间；
所述可见光通信器件特性测量分析单元包括服务器和网络分析仪，所述网络分析仪与服务器双向连接；
所述服务器对测试采集的数据进行自动分析与数据存储，该服务器可通过数据接口实时读取网络分析仪的数据，在线配置网络分析仪的参数，且自动分析光源器件响应带宽参数，自动分析光电探测器响应带宽参数，并对分析结果进行存储，支持结果查询；
所述网络分析仪包括激励信号源、信号分离装置、接收机和处理显示单元；
所述激励信号源提供被测可见光器件的调制信号；
所述信号分离装置内部含有功分器和定向耦合器，分别完成对被测件输入信号和反射信号的提取；
所述接收机对信号进行处理，信号包括有功分器中输出的信号，定向耦合器输出的信号以及激励信号源输出端得到的调制信号，三路信号分别输入到相应接收机进行处理，为对这些信号进行分析；
所述处理显示单元对测试结果进行处理和显示。
进一步的，所述网络分析仪包括若干个接收机。
进一步的，所述发射单元包括SMA接头、Bias-T、恒流源和测试光源，所述Bias-T设有直流端口、交流端口和射频端口，所述Bias-T的直流端口连接恒流源，所述Bias-T的交流端口连接SMA接头，所述SMA接头连接可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口，所述Bias-T的射频端口连接测试光源。
进一步的，所述接收单元包括TIA光电探测器和AP接头，所述TIA光电探测器通过AP接头与可见光通信器件特性测量分析单元的接收端口连接。
进一步的，所述TIA光电探测器包括APD和PD两种探测方式。
进一步的，所述TIA光电探测器包括探测器板、背板和连接器，所述探测器板与背板通过连接器连接。
进一步的，所述连接器为T2M-105-01-L-D-RA的连接器，该连接器为双排，每排引脚数为5，引脚间距为2.0mm的通孔式引脚，并且可支持高达8Gbps的速率，所述探测器板、背板呈直角连接。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明针对可见光通信的信号源器件和检测器件的测试，从测试电路的搭建、器件指标的测试、测试数据的采集、测试数据的存储、测试数据的查询，提供了一套完整的测试分析系统；
(2)本发明包含了一种可见光通信器件特性测试平台设计，该平台设计了标准的发送单元和接收单元，当用户需要测试相关器件时，只需要将器件放在平台上，即可进行相关测试；
(3)本发明可以实现测试数据的采集、存储以及后期数据的查询等功能，极大程度上提高了针对可见光通信器件测量分析的便捷性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种可见光通信器件特性测量分析系统的系统框图；
图2为本发明所述可见光通信器件特性测量分析单元的组成框图；
图3为本发明所述发射单元的电路示意图；
图4为本发明所述接收单元的电路示意图；
图5为本发明所述TIA光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例
请参阅图1，本实施例提供一种可见光通信器件特性测量分析系统，该系统包括光学平台、发射单元、接收单元和可见光通信器件特性测量分析单元，可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口与发射单元连接，可见光通信器件特性测量分析单元的接收端口与接收单元连接，光学平台位于发射单元与接收单元之间。使用时：将发光器件放置在光光学平台上，发射单元向发光器件发送测试信号，接收单元接收来组发光器件的测试信号，通过可见光通信器件特性测量分析单元实现对发光器件的性能分析，可实现自动分析光源器件响应带宽等参数，自动分析光电探测器响应带宽等参数，为可见光通信技术的研究带来了极大的便捷性，缩短了研发周期。
如图2所示，所述可见光通信器件特性测量分析单元包括服务器和网络分析仪，网络分析仪与服务器双向连接，网络分析仪的频率响应范围不小于0.1MHz～3GHz，传输动态范围优于70dB，输入输出端口的回波损耗优于40dB，系统支持全基波测量，扫描点可调，并且扫描点数不低于1200，并且系统的测量参数支持手动、在线配置，数据端口支持USB和网口输出。
服务器对测试采集的数据进行自动分析与数据存储，该服务器可通过数据接口实时读取网络分析仪的数据，在线配置网络分析仪的参数，且自动分析光源器件响应带宽参数，自动分析光电探测器响应带宽参数，并对分析结果进行存储，支持结果查询。
可见光通信器件特性测量分析单元主要测试可见光器件的传输特性，具体测试可见光发射器件的传输带宽以及在3dB带宽范围内的带内平坦度，使用网络分析仪测量以上指标主要表现为测量可见光器件的S参数，特别是S21参数。
网络分析仪是一个包含激励源和接收设备的闭环测试系统，其包括激励信号源、信号分离装置、接收机和处理显示单元。
激励信号源提供被测可见光器件的调制信号，由于网络分析仪要测试被测件传输/反射特性与工作频率和功率的关系。所以网络分析仪内部的信号源需具备频率扫描和功率扫描功能。为保证测试的频率精度，其内部信号源一般采用频率合成方法实现。
信号分离装置内部含有功分器和定向耦合器，分别完成对被测件输入信号和反射信号的提取。当要测试被测件某个端口反射特性时，必须将定向耦合器直接连接在该测试端口上。定向耦合器负责分离反射测试中的激励信号和反射信号，这个功能也可由电桥完成，与定向耦合器相比，电桥可覆盖更宽的频率范围，但其对测试的传输信号有较大损耗。
接收机主要作用是对信号进行处理，信号包括有功分器中输出的信号，定向耦合器输出的信号以及激励信号源输出端得到的调制信号，三路信号分别输入到相应接收机进行处理，为对这些信号进行分析，网络分析仪包括若干个接收机。
处理显示单元主要对测试结果进行处理和显示。
如图3所示，所述发射单元包括SMA接头、Bias-T、恒流源和测试光源，Bias-T作为发射单元的主要器件，其设有直流端口、交流端口和射频端口，Bias-T的直流端口连接恒流源，Bias-T的交流端口连接SMA接头，SMA接头连接可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口，可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口发出的信号作为测试光源的调制信号，Bias-T的射频端口连接测试光源。该发射单元支持光谱范围在380nm～950nm的可见光、红外等光源，使用Bias-T的驱动方式进行驱动，支持光源电源在1V～15V范围内可调；光源驱动电流在1mA～1A可调；输出光功率在1mW～850mW内可调。发射单元的所测的光源带宽在1MHz～1GHz，使用SMA接头作为对外接口，阻抗为50欧姆。
如图4所示，所述接收单元包括TIA光电探测器和AP接头，TIA光电探测器通过AP接头与可见光通信器件特性测量分析单元的接收端口连接。该接收单元支持光源光谱范围380nm～950nm的可见光、红外等光源，TIA光电探测器的探测带宽范围为1MHz～1GHz，电信号的输出接口为单端或差分SMA接口，单端输出阻抗为50欧姆。为了使得探测器可替换，并且支持APD和PD两种探测方式，如图5所示，TIA光电探测器的探测器板1与背板2之间通过连接器3进行连接，其中，连接器3使用型号为T2M-105-01-L-D-RA的连接器，该连接器3为双排，每排引脚数为5，引脚间距为2.0mm的通孔式引脚，并且可支持高达8Gbps的速率，探测器板1、背板2呈直角组装。连接器3除了传输信号外还需要对探测器板1上的器件进行供电，并且使用APD和PD探测器时的供电电压是不同的，APD探测器需要的供电电压一般在100V以上，PD探测器的供电电压一般在20V以下。因此，根据探测器的种类不同，需选用不同的供电电源。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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 (7)

1.一种可见光通信器件特性测量分析系统，其特征在于：该系统包括光学平台、发射单元、接收单元和可见光通信器件特性测量分析单元，所述可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口与发射单元连接，所述可见光通信器件特性测量分析单元的接收端口与接收单元连接，所述光学平台位于发射单元与接收单元之间；
所述可见光通信器件特性测量分析单元包括服务器和网络分析仪，所述网络分析仪与服务器双向连接；
所述服务器对测试采集的数据进行自动分析与数据存储，该服务器通过数据接口实时读取网络分析仪的数据，在线配置网络分析仪的参数，且自动分析光源器件响应带宽参数，自动分析光电探测器响应带宽参数，并对分析结果进行存储，支持结果查询；
所述网络分析仪包括激励信号源、信号分离装置、接收机和处理显示单元；
所述激励信号源提供被测可见光器件的调制信号；
所述信号分离装置内部含有功分器和定向耦合器，分别完成对被测件输入信号和反射信号的提取；
所述接收机对信号进行处理，信号包括有功分器中输出的信号，定向耦合器输出的信号以及激励信号源输出端得到的调制信号，三路信号分别输入到相应接收机进行处理，以对这些信号进行分析；
所述处理显示单元对测试结果进行处理和显示。
2.根据权利要求1所述的一种可见光通信器件特性测量分析系统，其特征在于：所述网络分析仪包括若干个接收机。
3.根据权利要求1所述的一种可见光通信器件特性测量分析系统，其特征在于：所述发射单元包括SMA接头、Bias-T、恒流源和测试光源，所述Bias-T设有直流端口、交流端口和射频端口，所述Bias-T的直流端口连接恒流源，所述Bias-T的交流端口连接SMA接头，所述SMA接头连接可见光通信器件特性测量分析单元的发射端口，所述Bias-T的射频端口连接测试光源。
4.根据权利要求1所述的一种可见光通信器件特性测量分析系统，其特征在于：所述接收单元包括TIA光电探测器和AP接头，所述TIA光电探测器通过AP接头与可见光通信器件特性测量分析单元的接收端口连接。
5.根据权利要求4所述的一种可见光通信器件特性测量分析系统，其特征在于：所述TIA光电探测器包括APD和PD两种探测方式。
6.根据权利要求5所述的一种可见光通信器件特性测量分析系统，其特征在于：所述TIA光电探测器包括探测器板、背板和连接器，所述探测器板与背板通过连接器连接。
7.根据权利要求6所述的一种可见光通信器件特性测量分析系统，其特征在于：所述连接器为T2M-105-01-L-D-RA的连接器，该连接器为双排，每排引脚数为5，引脚间距为2.0mm的通孔式引脚，并且支持高达8Gbps的速率，所述探测器板、背板呈直角连接。
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