CN114759984A - 光中继装置、信号传输系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种光中继装置、信号传输系统和方法，属于通信技术领域。该光中继装置包括激光发射模块，用于产生激光并输出；电光调制模块，用于接收激光发射模块产生的激光，并将由微波信号转换成的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出；光电解调模块，用于接收电光调制模块输出的调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出。本公开电光调制模块实现电信号和激光的耦合获得调制激光信号。激光在玻璃中的透过率高，调制激光信号可低损耗的穿过玻璃。本公开提供的光中继装置通过电光调制模块和光电解调模块，可降低微波信号，如5G信号在正常穿窗的损耗，实现微波信号的高效传输。
Description
技术领域
本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种光中继装置、信号传输系统和方法。
背景技术
5G信号的频率高、波长短，5G信号穿过玻璃及其他障碍物时损耗大，信号衰减极快。这使得5G信号通过玻璃到达室内后，其信号强度弱，无法满足室内高速上网的需求，是5G通信推广过程亟需解决的问题。
所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种光中继装置、信号传输系统和方法，有助于实现室内、汽车等交通工具内的微波信号的高速中继。
为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：
根据本公开的第一个方面，提供一种光中继装置，包括：
激光发射模块，用于产生激光并输出；
电光调制模块，用于接收所述激光发射模块产生的激光，并将由微波信号转换成的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出；
光电解调模块，用于接收所述电光调制模块输出的调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激光发射模块产生的激光为红外波段激光。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激光发射模块包括激光驱动器和激光器，所述激光器在所述激光驱动器的驱动下产生激光并输出。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光中继装置还包括：
光纤传输部，连接所述电光调制模块和所述光电解调模块，用于将所述电光调制模块输出的调制激光信号传输至所述光电解调模块。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光中继装置还包括：
光路对齐部，包括用于调整所述电光调制模块位置的第一位移台和用于调整所述光电解调模块位置的第二位移台，所述光路对齐部用于对齐所述电光调制模块输出所述调制激光信号的光路和所述电光调制模块接收所述调制激光信号的光路。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光中继装置设置有指示灯，当所述电光调制模块输出所述调制激光信号的光路和所述光电解调模块接收所述调制激光信号的光路对齐时，所述指示灯亮起。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光中继装置还包括：
红外探测部，用于将所述电光调制模块输出的所述调制激光信号的红外波段激光转换为可见光。
在本公开的一种示例性实施例中，所述电光调制模块包括：
电信号传输单元，用于接收由微波信号转换成的电信号；
激光传输单元，用于接收所述激光发射模块产生的激光并传输；
所述电信号传输单元将接收到的电信号加载至所述激光传输单元，使所述激光传输单元中的激光随该电信号的变化而变化。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激光传输单元包括激光输入端、第一分支波导、第二分支波导和激光输出端；
所述第一分支波导和所述第二分支波导由电光材料制成，所述电光材料的折射率随所述电信号传输单元加载的电信号的变化而呈线性变化；
所述激光从所述激光输入端输入后被分成相等的两束子激光，所述两束子激光中其中一束通过第一分支波导传输至所述激光输出端，另一束通过第二分支波导传输至所述激光输出端，经所述第一分支波导传输后的子激光和经所述第二分支波导传输后的子激光在所述激光输出端处产生干涉并形成所述调制激光信号。
在本公开的一种示例性实施例中，所述电光调制模块包括铌酸锂电光调制器或硅光电光调制器，所述光电解调模块包括光电探测器。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光中继装置还包括：
信号处理模块，用于采集由微波信号转换而来的电信号，并对该电信号进行滤波放大后输出。
在本公开的一种示例性实施例中，所述信号处理模块包括：
信号采集单元，用于采集由微波信号转换而来的电信号；
滤波单元，用于对所述信号采集单元采集的电信号进行滤波并输出；
放大单元，用于对所述信号采集单元采集的电信号进行信号放大并输出。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光中继装置还包括：
自动偏压控制模块，用于向所述电光调制模块提供偏置电压，控制所述电光调制模块工作的稳定性。
在本公开的一种示例性实施例中，所述微波信号为5G信号，由微波信号转换成的电信号为射频信号。
根据本公开的第二个方面，提供一种信号传输系统，包括通信站和如第一方面所述的光中继装置；
所述通信站包括对电信号进行收发的第一通信站和对电信号进行收发的第二通信站；
所述光中继装置将所述第一通信站输出的电信号中继到所述第二通信站并且将所述第二通信站输出的电信号中继到所述第一通信站。
在本公开的一种示例性实施例中，所述通信站包括：
微波信号收发部，用于收发微波信号；
光电转换部，用于收发微波信号和电信号，并实现微波信号和电信号之间的双向转换。
根据本公开的第三个方面，提供一种信号传输方法，包括：
将微波信号转换为电信号并输出；
提供激光，将所述微波信号转换后的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出；
接收所述调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出；
接收所述解调电信号并将该解调电信号转换为微波信号后输出。
在本公开的一种示例性实施例中，所述激光为红外波段激光。
在本公开的一种示例性实施例中，所述微波信号为5G信号，由微波信号转换成的电信号为射频信号。
本公开提供的光中继装置，通过电光调制模块实现电信号和激光的耦合获得调制激光信号。激光在玻璃中的透过率高，调制激光信号可低损耗的穿过玻璃。光电解调模块接收电光调制模块输出的调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出。本公开提供的光中继装置通过电光调制模块和光电解调模块，可降低微波信号，如5G信号在正常穿窗的损耗，实现微波信号的高效传输。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本公开示例性实施例中光中继装置实现第一通信站和第二通信站之间中继结构示意图；
图2是本公开示例性实施例中光中继装置结构示意图；
图3是本公开示例性实施例中电光调制模块和光电解调模块采用光纤传输部进行信号传输的结构示意图；
图4是本公开示例性实施例中电光调制模块和光电解调模块采用光路对齐部进行光路对齐的结构示意图；
图5是本公开示例性实施例中第一通信站和第二通信站采用光中继装置中继结构示意图；
图6是本公开另一示例性实施例第一通信站和第二通信站采用光中继装置中继结构示意图；
图7是本公开示例性实施例中电光调制模块结构示意图；
图8是本公开示例性实施例中电信号调制解调过程示意图；
图9是本公开示例性实施例中光中继装置应用情况结构示意图；
图10是本公开另一示例性实施例光中继装置应用情况结构示意图；
图11是本公开又一示例性实施例中光中继装置应用情况结构示意图；
图12是本公开光中继装置应用场景结构示意图；
图13是本公开示例性实施例中信号传输方法流程示意图。
图中主要元件附图标记说明如下：
10-光中继装置；100-信号处理模块；110-信号采集单元；120-滤波单元；130-放大单元；200-激光发射模块；300-电光调制模块；310-电信号传输单元；311-源电极；312-接地电极；320-激光传输单元；321-激光输入端；322-第一分支波导；323-第二分支波导；324-激光输出端；400-光电解调模块；500-自动偏压控制模块；600-光纤传输部；700-光路对齐部；710-第一位移台；720-第二位移台；800-红外探测部；01-指示灯；20-第一通信站；21-微波信号收发部；22-光电转换部；30-第二通信站；31-微波信号收发部；32-光电转换部。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。
在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的主要技术创意。
当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
随着1G、2G、3G、4G、5G的发展，使用的电波频率越来越高。5G的频率范围，可分为两种：一种是6GHz以下，这个和目前2/3/4G差别不算太大，还有一种在24GHz以上。频率越高，能使用的频率资源越丰富。频率资源越丰富，能实现的传输速率就越高。通信如果用了高频段，那么它最大的问题，就是传输距离大幅缩短，覆盖能力大幅减弱。覆盖同一个区域，需要的5G基站数量，将大大超过4G。目前，5G信号覆盖范围较窄，且5G信号由于频率高、波长短，5G信号穿过玻璃及其他障碍物时损耗大，信号衰减极快。这使得5G信号通过玻璃后，其信号强度弱，无法满足高速上网的需求
如图1和图2所示，本公开提供一种光中继装置10，包括激光发射模块200、电光调制模块300和光电解调模块400，其中，激光发射模块200用于产生激光并输出；电光调制模块300用于接收激光发射模块200产生的激光，并将由微波信号转换而来的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出；光电解调模块400用于接收电光调制模块300输出的调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出。
本公开提供的光中继装置10通过电光调制模块300实现电信号和激光的耦合，以获得调制激光信号。激光在玻璃中的透过率高，调制激光信号可低损耗的穿过玻璃。光电解调模块400接收电光调制模块300输出的调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出。本公开提供的光中继装置10通过电光调制模块300和光电解调模块400，可降低微波信号，如5G信号在正常穿窗时的损耗，实现微波信号的高效传输。
本公开光中继装置10可实现微波信号，如5G信号的高速中继，有助于解决室内5G信号的覆盖问题，同时，将该装置安装在汽车、飞机、轮船等移动工具的玻璃上，可以实现室外移动场景中的5G信号的实时接收。
下面结合附图对本公开实施方式提供的光中继装置10的各部件进行详细说明：
如图1和图2所示，本公开提供的光中继装置10包括激光发射模块200、电光调制模块300和光电解调模块400。激光发射模块200用于发射激光，发射出的激光进入电光调制模块300，电光调制模块300将微波信号转换成的电信号调制到该激光上，获得调制激光信号。光电解调模块400可将调制激光信号中的电信号解调出来后输出，从而实现对电信号的传输。经电光调制模块300调制后获得的调制激光信号可低损耗穿过玻璃等障碍物，实现室内、汽车等交通工具内微波信号的高速中继。
在实际应用中，可将电光调制模块300和光电解调模块400分别设于玻璃等障碍物的两侧，如将电光调制模块300贴于玻璃的室内侧，将光电解调模块400贴于玻璃的室外侧，当然，两者也可进行位置互换，从而实现室内微波信号，如5G信号的高速中继。当然，也可将电光调制模块300贴于汽车、飞机、轮船等交通工具玻窗的内侧，将光电解调模块400贴于外侧，实现交通工具在室外移动过程中，随时随地的进行微波信号的接收。
激光发射模块200用于产生激光并输出。激光发射模块200产生的激光可以为多种波段范围内的激光。在一些实施例中，激光发射模块200发出的的激光可以为红外波段激光。红外波段的激光在穿过玻璃时损耗极低，可提高微波信号的传输效率，具体激光所处的红外波段范围可根据实际情况进行设定。例如，在本公开一实施例中，该激光的波长为1310nm或1550nm，此波长范围的激光不仅可用于无线传输，也可用于相关技术中光纤传输。举例而言，相关技术中，光纤通信常用的波长范围可以包括810nm、1310nm、1490nm或1550nm，当本公开激光发射模块200发出的激光的波长为1310nm或1550nm时，可采用相关技术中的光纤进行信号传输，从而有助于与相关技术中的设备进行整合，节约资源，降低成本。
激光发射模块200包括激光驱动器和激光器，激光器在激光驱动器的作用下产生激光并输出。激光器可以是半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)。
激光驱动器主要是为激光器提供合适的偏置电流和调制电流，使直流偏置电流大于激光器的阈值电流，激光器工作在线性区。偏置电流是恒定电流，它将激光器的工作范围推到其阈值之外，并进入线性区域。调制电流是与输入电压波形同步打开或关闭的交流电。
激光驱动器可包括偏置电流发生器、差分电流开关电路、自动功率控制电路(APC)和保护电路等。其中，偏置电流发生器用于向激光器输出足够大的直流偏置电流，以满足光功率要求。差分电流开关电路用于向激光器输出调制电流。自动功率控制电路(APC)用于检测第一电光转换单元3中的背光二极管输出电流的大小，动态调节激光器驱动电流的大小，实现其输出光功率的稳定，输出稳定功率的激光。保护电路用于保护发光元件，如发光二极管等不被击穿。具体保护电路可连接驱动电路与发光元件，当电压大于一定值时，直流电流流向保护电路，从而防止发光元件等被击穿。
电光调制模块300用于接收激光发射模块200产生的激光，并将由微波信号转换成的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出。
如图2和图7所示，在本公开一些实施例中，电光调制模块300包括电信号传输单元310和激光传输单元320，其中，电信号传输单元310用于接收由微波信号转换成的电信号，该电信号可以是射频信号或数字信号，优选地为射频信号。当电信号为射频信号时，可减少微波信号转换成的电信号在进入电光调制模块300之前的信号处理过程。激光传输单元320用于接收激光发射模块200产生的激光。电信号传输单元310将接收到的电信号加载至激光传输单元320，使激光传输单元320中的激光随该电信号的变化而变化。
如图7所示，电信号传输单元310包括源电极311和接地电极312，电信号从源电极311输入，使得源电极311和接地电极312之间产生电压差，该电压差会引起激光传输单元320中激光产生变化。
激光传输单元320包括激光输入端321、第一分支波导322、第二分支波导323和激光输出端324；第一分支波导322和第二分支波导323由电光材料制成，电光材料的折射率随电信号传输单元310加载的电信号的变化而呈线性变化。
激光从激光输入端321输入后被分成相等的两束子激光，两束子激光中其中一束通过第一分支波导322传输至激光输出端324，另一束通过第二分支波导323传输至激光输出端324，经第一分支波导322传输后的子激光和经第二分支波导323传输后的子激光在激光输出端324处产生干涉并形成调制激光信号。
当电信号传输单元310将电信号加载至激光传输单元320时，第一分支波导322和第二分支波导323的折射率会随着该电信号的变化而呈线性变化，因此，两束子激光经两支分支波导传输后会产生相位差，随后，两者在激光输出端324处会合波干涉导致输出的激光振幅发生变化，从而获得调制激光信号。
在本公开一些实施例中，电光调制模块300可以包含电光调制器。电光调制器是利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体(LiNbO3)、砷化稼晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTaO3)的电光效应制成的调制器。具体地，电光调制器可以选择对称式的M-Z电光调制器，如铌酸锂电光调制器或硅光电光调制器。对称式的M-Z电光调制器中，铌酸锂薄膜两臂所处电场极性相反，因此产生的相移也相反，器件总的相位变化量是单臂相位调制器的两倍。
如图1、图2和图8所示，光电解调模块400用于接收电光调制模块300输出的调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出。在本公开一些实施例中，光电解调模块400可以包括光电探测器。光电探测器和铌酸锂电光调制器或硅光电光调制器的工作原理均是基于线性电光效应(普尔克效应)，即光波导的折射率正比于外加电场变化的效应。因此，如图8所示，在电光调制模块300的调制和光电解调模块400的解调过程中，可保持电信号的波形不变，即保持输入至电光调制模块300的电信号和光电解调模块400输出的解调电信号的波形不变，从而实现电信号的稳定传输。
如图3所示，在本公开一些实施例中，光中继装置10还包括光纤传输部600，用于调制激光信号传输。光纤传输部600连接电光调制模块300和光电解调模块400，用于将电光调制模块300输出的调制激光信号传输至光电解调模块400。在实际应用中，可在建筑物玻璃或交通工具等玻璃窗上打孔，电光调制模块300和光电解调模块400分别置于玻璃窗两侧，两者之间通过光纤连接。电光调制模块300输出的调制激光信号通过光纤传输至光电解调模块400。在该实施例中，输入至电光调制模块300的激光的波长可根据光纤传输的需求进行选择，如激光的波长可以是10nm或1550nm。
当然，电光调制模块300和光电解调模块400之间也可不通过光纤进行通信。由于激光可低损耗的穿过玻璃窗，因此，电光调制模块300和光电解调模块400之间可进行无线通讯。
在实际应用中，可将电光调制模块300输出的调制激光信号的光路与光电解调模块400接收调制激光信号的光路对齐，以实现两者之间的无线传输。具体在实际应用中，可通过人工手动操作对齐两者之间的光路，也可通过其他辅助工具对齐两者之间的光路，具体本公开不做限定。
如图4所示，在本公开一些实施例中，光中继装置10还包括光路对齐部700，包括用于调整电光调制模块300位置的第一位移台710和用于调整光电解调模块400位置的第二位移台720，光路对齐部700用于对齐电光调制模块300输出调制激光信号的光路和光电解调模块400接收调制激光信号的光路。电光调制模块300和光电解调模块400的光口的直径在微米量级，光路的手动对齐极其困难。在该实施例中，采用光路对齐部700对两者的光路进行对齐，可有效增强两者光路对齐的效率。
具体地，可以将电光调制模块300置于第一位移台710上，光电解调模块400置于第二位移台720上，通过第一位移台710和第二位移台720分别调整电光调制模块300和光电解调模块400的位置，从而对齐电光调制模块300输出调制激光信号和光电解调模块400接收调制激光信号的光路。
第一位移台710和第二位移台720可以是三轴位移台，三轴位移台可在X、Y、Z三个方向独立地对电光调制模块300和光电解调模块400的光路进行调整和微调。具体地，第一位移台710和第二位移台720可选用高精度三轴位移台，其调整精度为纳米量级(精度<500nm)。
如图10和图11所示，在本公开一些实施例中，光中继装置10还设置有指示灯01，具体地，电光调制模块300和光电解调模块400可均对应设置指示灯01。当电光调制模块300输出调制激光信号的光路和光电解调模块400接收调制激光信号的光路对齐时，指示灯01亮起。在该实施例中，指示灯01的设置便于技术人员判断两者间光路是否对齐，提高对齐效率。
如图4所示，在本公开一些实施例中，当激光为红外波段激光时，人肉眼看不见传输的调制激光信号。因此，光中继装置10也可包括红外探测部800，用于将电光调制模块300输出的调制激光信号的红外波段激光转换为可见光，实现红外波段激光的可视化，为电光调制模块300和光电解调模块400之间的光路对齐提供帮助。
红外探测部800可以是红外激光探测卡，红外激光探测卡可将各种不可见近红外波段光束转换成可见光，能够有效实现对红外光束的探测、跟踪、校对、识别。
在一些应用中，红外探测部800的数量为两个。两个红外探测部800可分别放置于电光调制模块300的调制激光信号输出端和光电解调模块400的调制激光信号的输入端。电光调制模块300和光电解调模块400分别通过各自对应的红外探测部800将信号的载体红外波段激光转换成可见光，以辅助完成电光调制模块300和光电解调模块400间的光路对齐。
如图1和图2所示，在本公开一些实施例中，光中继装置10还包括信号处理模块100，用于采集由微波信号转换而来的电信号，并对该电信号进行滤波放大后输出。微波信号可以是5G信号，由微波信号转换成的电信号可以是射频信号或数字信号，优选为射频信号。
信号处理模块100可以包括信号采集单元110、滤波单元120和放大单元130，其中，信号采集单元110用于采集由微波信号转换而来的电信号，信号采集单元110可包含天线等结构。滤波单元120用于对信号采集单元110采集的电信号进行滤波并输出；具体使信号采集单元110采集的电信号中特定的频率成分通过，极大地衰减其他频率成分，以完成滤波。放大单元130用于对信号采集单元110采集的电信号进行信号放大并输出。放大单元130可包含低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)、功率放大器(power amplifier，PA)等多种放大器。其中，低噪声放大器是噪声系数很低的放大器。本公开在放大微弱信号时，一般放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此采用低噪声放大器，以减小这种噪声，提高输出的信噪比。功率放大器对电信号进行功率放大，以保证信号处理模块100输出信号的质量。
在本公开一些实施例中，光中继装置10还包括自动偏压控制模块500，用于向电光调制模块300提供偏置电压，控制电光调制模块300工作的稳定性。自动偏压控制模块500通过向电光调制模块300施加偏置电压，使电光调制模块300，如电光调制器工作在合适的工作点上。自动偏压控制模块500基于快速傅里叶变换(FFT)分析原理，进行数字信号处理，将操作点锁定在电光调制模块300的工作点，如铌酸锂马赫-增德尔电光调制器多个工作点的位置，降低温度、湿度等环境因素和时间因素对电光调制模块300的干扰，保证其以最优性能持续稳定工作。自动偏压控制模块500可选用自动偏压控制器。
如图1、图5和图6所示，本公开提供光中继装置10，可实现微波信号的在通讯设备和基站间的无线穿窗通讯。
下面将结合附图及具体的应用场景，说明本公开光中继装置10在基站和通讯设备之间的无线穿窗通讯。
如图1所示，本公开还提供一种信号传输系统，包括通信站和上述任一实施例中的光中继装置10。通信站包括对电信号进行收发的第一通信站20和对电信号进行收发的第二通信站30。光中继装置10将第一通信站20输出的电信号中继到第二通信站30并且将第二通信站30输出的电信号中继到第一通信站20。
在本公开一些实施例中，通信站包括微波信号收发部和光电转换部，其中，微波信号收发部用于收发微波信号，如5G信号；光电转换部用于收发微波信号和电信号，并实现微波信号和电信号之间的双向转换。具体地，第一通信站20包括微波信号收发部21和光电转换部22，第二通信站30包括微波信号收发部31和光电转换部32。
第一通信站20和第二通信站30可以是包含基站或通讯设备的通信站。如图1和和图5所示，第一通信站20和第二通信站30之间的信号可通过光中继装置10实现高速中继。信号可通过光中继装置10中的电光调制模块300，如铌酸锂电光调制器，和光电解调模块400，如光电探测器，实现两个通信站之间的高速中继。
举例而言，如图6所示，第一通信站20是包含基站的通信点，第二通信站30是包含通讯设备，如手机、电脑等的通信点。
第一通信站20包含的微波信号收发部21可以是5G基站，该基站可发出或接收5G微波信号。第一通信站20包含的光电转换部22可以是接收天线和发射天线，或收发一体天线。接收天线可以接收基站发出的5G信号，并将其转换为电信号；发射天线可以将电信号转换为5G信号发射出去。收发一体天线可以实现5G信号和电信号的接收和发射，实现两者间的双向转换。
第二通信站30包含的微波信号收发部31可以是手机等通讯工具，其可发出或接收5G信号。第二通信站30包含的光电转换部32可以是接收天线和发射天线，或收发一体天线。接收天线可以接收手机等通讯设备发出的5G信号，并将其转换为电信号；发射天线可以将电信号转换为5G信号发射出去。收发一体天线可以实现5G信号和电信号的接收和发射，实现两者间的双向转换。在此需说明的是，第一通信站20和第二通信站30之间可以互换，且第一通信站20和第二通信站30也可以全部是包含手机等通讯工具的通讯点。
以第一通信站20为基站站点，第二通信站30为手机通讯工具站点为例，说明第一通信站20和第二通信站30之间微波信号的穿窗通讯。
如图5、图6、图7所示，第一通信站20的微波信号收发部21，即基站，发射出5G微波信号。光电转换部22，如收发一体天线接收基站发出的5G信号，并将其转换为电信号后输出。转换后的电信号经过光中继装置10中继至第二通信站30。
具体地，光中继装置10中的信号处理模块100采集光电转换部22输出的电信号，并对该电信号进行滤波放大，例如，通过信号采集单元110采集第一通信站20输出的电信号，通过滤波单元120将信号采集单元110采集的电信号进行滤波，通过放大单元130对信号采集单元110采集的电信号进行信号放大并输出至光中继装置10的电光调制模块300。
激光发射模块200产生激光，如红外波段的激光，并将该激光传输至电光调制模块300，具体输入电光调制模块300的激光传输单元320。激光从激光输入端321输入，随后分成两束相等的子激光，其中一束子激光通过第一分支波导322传输至激光输出端324，另一束子激光通过第二分支波导323传输至激光输出端324。信号处理模块100输出的电信号进入电光调制模块300的电信号传输单元310，具体地，该电信号经过源电极311输入，使得源电极311与接地电极312之间产生电压差。该电压差引起第一分支波导322和第二分支波导323的折射率产生相应变化，使得两束子激光在经过对应分支波导传输后产生相位差。该两束子激光在激光输出端324处合波导致输出的激光的振幅发生变化，实现强度调制，形成调制激光信号并输出。
光电解调模块400接收电光调制模块300输出的调制激光信号，对该调制激光信号进行解调，获得解调电信号后输出至第二通信站30。第二通信站30中的光电转换部32将该电信号转换为5G信号后输出至第二通信站30中的5G收发部，如手机等通讯设备，从而完成第一通信站20和第二通信站30之间5G信号的高速中继。
除此之外，本公开提供的光中继装置10也可实现多个通信设备之间5G信号的高速中继。
如图9至图11所示，将电光调制模块300和光电解调模块400分别连接不同的PC端，且电光调制模块300和光电解调模块400分别位于玻璃的两侧。电光调制模块300和光电解调模块400之间可通过光纤传输部600或无线方式进行传输。
如图9所示，电光调制模块300和光电解调模块400之间通过光纤传输部600进行传输，具体可在玻璃上打孔，将光纤传输部600通过该孔穿过玻璃。光纤传输部600的两端分别连接于电光调制模块300和光电解调模块400。
如图10和图11所示，电光调制模块300和光电解调模块400之间通过无线方式进行传输。在图10中，可通过手动方式将电光调制模块300和光电解调模块400的光路对齐，在对齐过程中可采用红外探测部800予以辅助。当电光调制模块300和光电解调模块400的光路对齐时，指示灯01亮起，两个PC端可进行文件传输。
当然，在对齐电光调制模块300和光电解调模块400的光路时，可采用光路对齐部700。如图11所示，通过第一位移台710和第二位移台720分别调整电光调制模块300和光电解调模块400的位置，以对齐电光调制模块300和光电解调模块400的光路，当两者的光路对齐时，指示灯01亮起。在具体实施时发现，采用光路对齐部700对电光调制模块300和光电解调模块400进行光路对齐时，两个PC端的传输速率与手动对齐光路的传输速率相当。
如图12所示，本公开提供的光中继装置10可应用于多种场景，如建筑物的玻璃窗或各种交通工具，如汽车、飞机、轮船的等的窗户。将本公开光中继装置10应用于建筑物时，有助于解决室内5G信号的覆盖问题。将本公开光中继装置10应用于交通工具时，有助于实现室外移动场景中5G信号的实时接收。
如图13所示，本公开还提供一种信号传输方法，包括：
步骤S100，将微波信号转换为电信号并输出；
步骤S200，提供激光，将微波信号转换后的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出；
步骤S300，接收调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出；
步骤S400，接收解调电信号并将该解调电信号转换为微波信号后输出。
在本公开一些实施例中，微波信号可以为5G信号，微波转换成的电信号可以是射频信号，激光可以是红外波段的激光，本公开信号传输方法可采用上述任一实施例中的光中继装置10完成。
在本公开一些实施例中，在步骤S100和步骤S200之间还可以包括对微波信号转换的电信号进行滤波、放大等操作，以便保证信号的传输质量。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中各个部分信号传输的过程，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些信号传输，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等，均应视为本公开的一部分。
应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。
Claims (19)
1.一种光中继装置，其特征在于，包括：
激光发射模块，用于产生激光并输出；
电光调制模块，用于接收所述激光发射模块产生的激光，并将由微波信号转换成的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出；
光电解调模块，用于接收所述电光调制模块输出的调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出。
2.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述激光发射模块产生的激光为红外波段激光。
3.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述激光发射模块包括激光驱动器和激光器，所述激光器在所述激光驱动器的驱动下产生激光并输出。
4.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述光中继装置还包括：
光纤传输部，连接所述电光调制模块和所述光电解调模块，用于将所述电光调制模块输出的调制激光信号传输至所述光电解调模块。
5.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述光中继装置还包括：
光路对齐部，包括用于调整所述电光调制模块位置的第一位移台和用于调整所述光电解调模块位置的第二位移台，所述光路对齐部用于对齐所述电光调制模块输出所述调制激光信号的光路和所述电光调制模块接收所述调制激光信号的光路。
6.根据权利要求5所述的光中继装置，其特征在于，所述光中继装置设置有指示灯，当所述电光调制模块输出所述调制激光信号的光路和所述光电解调模块接收所述调制激光信号的光路对齐时，所述指示灯亮起。
7.根据权利要求2所述的光中继装置，其特征在于，所述光中继装置还包括：
红外探测部，用于将所述电光调制模块输出的所述调制激光信号的红外波段激光转换为可见光。
8.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述电光调制模块包括：
电信号传输单元，用于接收由微波信号转换成的电信号；
激光传输单元，用于接收所述激光发射模块产生的激光并传输；
所述电信号传输单元将接收到的电信号加载至所述激光传输单元，使所述激光传输单元中的激光随该电信号的变化而变化。
9.根据权利要求8所述的光中继装置，其特征在于，所述激光传输单元包括激光输入端、第一分支波导、第二分支波导和激光输出端；
所述第一分支波导和所述第二分支波导由电光材料制成，所述电光材料的折射率随所述电信号传输单元加载的电信号的变化而呈线性变化；
所述激光从所述激光输入端输入后被分成相等的两束子激光，所述两束子激光中其中一束通过第一分支波导传输至所述激光输出端，另一束通过第二分支波导传输至所述激光输出端，经所述第一分支波导传输后的子激光和经所述第二分支波导传输后的子激光在所述激光输出端处产生干涉并形成所述调制激光信号。
10.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述电光调制模块包括铌酸锂电光调制器或硅光电光调制器，所述光电解调模块包括光电探测器。
11.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述光中继装置还包括：
信号处理模块，用于采集由微波信号转换而来的电信号，并对该电信号进行滤波放大后输出。
12.根据权利要求11所述光中继装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：
信号采集单元，用于采集由微波信号转换而来的电信号；
滤波单元，用于对所述信号采集单元采集的电信号进行滤波并输出；
放大单元，用于对所述信号采集单元采集的电信号进行信号放大并输出。
13.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述光中继装置还包括：
自动偏压控制模块，用于向所述电光调制模块提供偏置电压，控制所述电光调制模块工作的稳定性。
14.根据权利要求1所述的光中继装置，其特征在于，所述微波信号为5G信号，由微波信号转换成的电信号为射频信号。
15.一种信号传输系统，其特征在于，包括通信站和如权利要求1-14任一项所述的光中继装置；
所述通信站包括对电信号进行收发的第一通信站和对电信号进行收发的第二通信站；
所述光中继装置将所述第一通信站输出的电信号中继到所述第二通信站并且将所述第二通信站输出的电信号中继到所述第一通信站。
16.根据权利要求15所述的信号传输系统，其特征在于，所述通信站包括：
微波信号收发部，用于收发微波信号；
光电转换部，用于收发微波信号和电信号，并实现微波信号和电信号之间的双向转换。
17.一种信号传输方法，其特征在于，包括：
将微波信号转换为电信号并输出；
提供激光，将所述微波信号转换后的电信号调制到该激光上，以获得调制激光信号后输出；
接收所述调制激光信号，并对该调制激光信号进行解调，以获得解调电信号后输出；
接收所述解调电信号并将该解调电信号转换为微波信号后输出。
18.根据权利要求17所述的信号传输方法，其特征在于，所述激光为红外波段激光。
19.根据权利要求17所述的信号传输方法，其特征在于，所述微波信号为5G信号，由微波信号转换成的电信号为射频信号。
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