CN116569499A - 用于光学无线网络的接入点或端点的分立光电设备 - Google Patents
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Abstract
一种光电设备(1)，配备光学无线通信系统(2)的接入点(AP1)，并且包括将数字信号转换成要发送的光信号的发送光电模块(12)、将接收到的光信号转换成数字信号的接收光电模块(13)、控制发送光电模块(12)和接收光电模块(13)的控制模块(10)，以及为发送光电模块(12)供给由控制模块(10)选择的电流并且为接收光电模块(13)和控制模块(10)供给由控制模块(10)选择的电压的电源模块(11)。
Description
技术领域
本发明涉及一种旨在装备光学无线网络的光学无线通信系统的接入点或端点的光电设备。
背景技术
一些光学无线网络，可能是LiFi(“光保真”)类型，包括至少一个光学无线通信(或OWC)系统，其允许耦合到OWC接口装备的通信设备(诸如例如蜂窝电话(可能是智能电话)或电子平板电脑)或计算机使用光信号进行通信。为此，光学无线通信系统(或OWC系统)包括具有大致重叠覆盖区域并耦合到路由器(或交换机)的至少两个点，可能是PoE(“以太网供电”-使用以太网线缆供电)类型。这种路由器耦合到网络控制器，该网络控制器本身耦合到至少一个接入网络，可能是OWC网络的一部分并且可能是无线的(例如，WAN(“无线接入网络”)类型)，以便能够交换电信号(携带信息(或数据))。
在这种类型的OWC网络中，接入点借助于强度调制光信号与耦合到其覆盖区域中存在的通信装备的接口装备通信(发送/接收)。因此，每个接入点负责将调制解调器供给的(经调制的)数字数据信号转换成用于光学无线通信的光信号(或光学信号)，并反过来将从(耦合到通信装备的)OWC接口装备接收的光信号转换成用于调制解调器的数字数据信号。
为了执行其功能，每个接入点(或端点)一般包括：
-与第一电流供应源相关联的模拟数字转换模块(ADC)，其由第一控制模块控制，并负责将旨在用于调制解调器的非二进制(或模拟)信号转换成数字(或二进制)信号，
-数字模拟转换模块(DAC)，负责将从调制解调器接收到的数字信号转换成非二进制(或模拟)信号，
-发送光电模块，包括第二电流供应源，其由第二控制模块控制，并负责将模拟信号转换成光信号以进行发送，以及
-接收光电模块，包括第三电压供应源并负责将从接口装备接收的光信号转换成用于调制解调器的数字信号。
应当注意的是，由模拟/数字转换模块(ADC)和数字/模拟转换模块(DAC)、第一电流供应源、第一控制模块、用于将电信号转换成光信号的模块以及用于将光信号转换成电信号的模块的套件常常被称为“模拟前端”(AFE)设备。
还应当注意的是，当由调制解调器供给的模拟信号为二进制时，可以不使用数字模拟转换模块。当由调制解调器提供的调制是“开关键控”(或OOK)类型或“脉冲位置调制”(或PPM)类型的脉冲调制时，情况尤其如此。
上述接入点在Bassem Fahs等人的文章“A 12-m 2.5-Gbs Lighting CompatibleIntegrated Rec”(Journal of Lightwave Technology，第34卷，第16期，2016年8月15日)以及EASii IC France的商业描述“KEREN:Analog Front end For High End LIFI BaseBand Application”(2020年6月)中进行了特别描述。
上述接入点的主要缺点是它们是根据销售的电子模块构建的，这些模块事先并未设计为在OWC应用中协同工作。这导致次优的性能、高功耗、显著体积和附加的成本。
而且，由于光学无线通信(或OWC)系统是基于具体情况设计的，因此一旦设置完毕，就无法扩展。
因此，可能期望提供一种允许克服上面提到的缺点的至少部分的光电设备。
发明内容
为此，提出了一种光电设备，一方面，旨在成为光学无线通信系统的接入点或端点的一部分，另一方面，包括：
-发送光电模块，能够将数字信号转换成要发送的光信号，
-接收光电模块，能够将接收到的光信号转换成数字信号。
这种光电设备的特征在于它还包括以下模块的事实：
-控制模块，控制所述发送光电模块和接收光电模块，以及
-电源模块，为所述发送光电模块供给由所述控制模块选择的电流，并且为所述接收光电模块和所述控制模块供给由所述控制模块选择的电压。
因此，提供了一种光电设备，其包括与其它模块共用的单个电源模块和与发送光电模块和接收光电模块共用的单个控制模块，并且因此具有最优性能和降低了的能耗、体积和成本。
根据本发明的光电设备可以包括可以单独或组合采取的其它特征，包括：
-其控制模块可以包括：一方面，变换器，确保将以差分形式接收的模拟信号转换成单个第一中间信号，另一方面，第一组无源组件，执行所述第一中间信号的预均衡以便递送第二中间信号，第三方面，第一放大器，放大在第一输入端处接收的所述第二中间信号以便在输出端上递送第三中间信号，以及第四方面，晶体管，包括接收所述第三中间信号的栅极和连接到所述发送光电模块的漏极，所述漏极被由所述电源模块供给并定义平均偏置电流水平的电压偏置并且被电流流过，该电流具有由所述第三中间信号的波动引起的在最小值和最大值之间的波动；
-在存在前述选项的情况下，其控制模块可以包括反馈环路，该反馈回路包括第二放大器，该第二放大器具有耦合到所述晶体管的源极的第一输入端、第二输入端和经由第二组无源组件耦合到所述第二输入端并耦合到所述第一放大器的第二输入端的输出端，使得流过所述发送光电模块的所述电流具有与所述第二中间信号的形状相似的形状；
-在存在先前的子选项的情况下，第二组无源组件可以包括电感组件和/或电容组件，电感组件为流过所述发送光电模块的所述电流的图像信号引入带宽的增加，而电容组件引入另一个预均衡；
-在存在第一选项的情况下，控制模块可以包括根据控制信号产生偏置所述第一放大器的所述第一输入端的电压的低压差稳压器，该控制信号具有定义所述发送光电模块须操作或不操作的瞬间的状态。可替代地，它可以包括晶体管，该晶体管具有接收控制信号的源极，该控制信号具有定义所述发送光电模块须操作或不操作的瞬间的状态，并且该晶体管根据由接收到的控制信号定义的所述状态充当打开或闭合开关；
-其接收光电模块可以包括至少一个光接收器，该光接收器递送代表接收到的光信号的第一电流。在这种情况下，其控制模块可以包括第一运算放大器，该第一运算放大器被配置为跨阻放大器以将经由第三组有源和无源组件在第一输入端上接收的所述第一电流转换成借助于将所述第一输入端耦合到输出端的反馈环路在所述输出端上递送的电压，第三组有源和无源组件负责减小所述第一运算放大器的第一输入端感受到的电容值。可替代地，其接收光电模块可以包括光接收器，该光接收器递送代表接收到的光信号的第一电流，并且其控制模块可以包括第一运算放大器，该第一运算放大器被配置为跨阻放大器以将经由具有栅极并属于第四组有源和无源组件的晶体管在第一输入端上接收的所述第一电流转换成借助于将输出端耦合到晶体管的所述栅极的反馈回路在所述输出端上递送的电压，第四组有源和无源组件负责减小由第一运算放大器的第一输入端感受到的所述光接收器的电容值；
-它可以包括数字/模拟转换模块，其适于将接收到的数字信号转换成旨在用于所述发送光电模块的非二进制模拟信号，以及模拟/数字转换模块，其适于将由所述接收光电模块供给的非二进制模拟信号转换成数字信号。在这种情况下，其电源模块为其数字/模拟转换模块和模拟/数字转换模块供电；
-其发送光电模块可以包括确保在发送之前对所述光信号进行所选择的整形的至少一个光学元件，和/或其接收光电模块包括适于在光信号被转换成电流之前以选择的方式收集所述光信号的至少一个光学元件；
-其发送光电模块可以包括至少一个光源，该光源包括至少一个发光二极管(或LED)或至少一个激光二极管或至少一个具有垂直腔表面发射激光器(或VCSEL)的二极管；
-其接收光电模块可以包括至少一个光接收器，该光接收器包括至少一个光电二极管或至少一个雪崩光电二极管或至少一个单光子雪崩二极管(或SPAD)；
-它可以包括第一滤光器，第一滤光器与所述发送光电模块相关联并负责让由所述发送光电模块递送并具有选择的波长的光信号通过，和/或第二滤光器，第二滤光器与所述接收光电模块相关联并负责让具有选择的波长的光信号通过至所述接收光电模块；
-它可以包括适于将每个接收到的经调制的模拟数据信号转换成数字数据信号，以及将每个经调制的模拟数据信号转换成数字数据的调制解调器。
本发明还提出了一种接入点或端点，其旨在成为光学无线通信系统的一部分并且包括上述类型的至少一个光电设备。
当(每个)光电设备不包括调制解调器时，接入点或端点可以包括至少一个调制解调器，该调制解调器适于将接收到的数字数据转换成用于(所述)光电设备的经调制的数字数据信号并适于将来自(所述)光电设备的经调制的数字数据信号转换成数字数据。
例如，这个接入点或端点一方面可以包括分别与N个不同波长相关联的N个光电设备，其中N≥2，并且另一方面包括耦合到N个光电设备并负责根据接收到的指令选择性地馈送N个光电设备的路由器。
本发明还提出了一种旨在成为光学无线网络的一部分并且包括至少一个上述类型的接入点或端点的光学无线通信系统。
例如，这个光学无线通信系统一方面可以包括分别与N个不同的波长相关联的上述类型的N个接入点或端点(但没有路由器)，其中N≥2，并且另一方面包括耦合到这N个接入点或端点的路由器。
附图说明
借助以下仅作为示例给出并参考附图进行的描述，将更好地理解本发明，其中：
图1以图解和功能方式图示了光学无线网络的示例实施例，
图2以图解和功能方式图示了根据本发明的光学无线通信系统的示例实施例，其旨在形成光学无线网络的一部分并且包括N个接入点，每个接入点包括根据本发明的光电设备的示例实施例,
图3以图解方式图示了根据本发明的专用于发送的光电设备的控制模块的第一子区段的示例实施例，
图4以图解方式图示了图3的控制模块的第一子区段的一部分的第一变体的示例实施例，
图5以图解方式图示了图3的控制模块的第一子区段的一部分的第二变体的示例实施例，
图6以图解方式图示了根据本发明的专用于接收的光电设备的控制模块的第二子区段的示例实施例，以及
图7以图解方式图示了根据本发明的专用于接收的光电设备的控制模块的第二子区段的变体的示例实施例。
具体实施方式
特别地，本发明的目的是提出一种旨在成为接入点或端点APn(n＝1至N)的一部分的光电设备1，其本身旨在成为光学无线网络3的光学无线通信系统2的一部分。
光学无线网络3(下文中简称为网络)的示例在图1中以图解和功能方式表示。这个网络3在此以非限制性方式包括光学无线通信系统2，该光学无线通信系统2包括耦合到十六个接入点APn(n＝1至16)的路由器7，每个接入点具有覆盖区域4并且每个被布置为与数个接口装备5-k通信，这些接口装备分别耦合到数个通信装备6-k(可能是便携式或移动式)。在图1中，每个参考EPk(这里k＝1至3)表示装备，该装备包括接口装备5-k耦合到的通信装备6-k。
每个接入点APn在发送和接收中运行。在发送中，接入点APn负责将从路由器7接收到的携带信息(或数据)的电信号变换成经强度调制的光信号以携带该相同的信息(或数据)并在其覆盖区域4中发送到至少一个接口装备5-k。在接收中，接入点APn负责将其从接口装备5-k接收到的经强度调制(以携带信息(或数据))的光信号变换成携带相同信息(或数据)的并且其要发送到路由器7的电信号。
如图1中未详尽图示的，所有接入点APn可以例如(直接或间接)附接到至少一个房间的天花板(或子天花板)。
而且，如图1中未详尽图示的，所有接入点APn都可以耦合到同一个路由器7，它们与之交换电信号(携带信息(或数据))。但是，这不是强制性的，因为网络3可以包括多个路由器7。事实上，光学无线通信系统2可以包括耦合到N个接入点APn的路由器7，其中N≥2，或者耦合到其网络3中的至少一个路由器的N个接入点APn，或者光学无线通信系统2的接入点APn可以包括分别与N个不同波长相关联的N个光电设备1，其中N≥2，以及耦合到N个光电设备1并负责根据接收到的指令选择性地向光电设备(1)进行馈送的路由器。
路由器7例如可以是PoE类型(“以太网供电”—使用以太网电缆的电力供应)。而且，这个路由器7耦合到网络控制器8，网络控制器8本身耦合到接入网络9，接入网络9可能是无线的(例如，WAN(“无线接入网络”)类型)。因此，路由器7可以与至少一个接入网络9交换(携带信息(或数据)的)电信号。这个接入网络9可能是网络3的一部分。但这不是强制性的，因为它可以是网络3耦合到的外部网络的一部分。
与接入点(或端点)APn一样，每个接口装备5-k在发送和接收中操作。在发送中，接口装备5-k负责将其从与其耦合的通信装备6-k接收到的携带信息(或数据)的电信号变换成经强度调制的光信号以携带相同的信息(或数据)并将其发送到其临时耦合到的接入点APn。在接收中，接口装备5-k负责将从接入点APn接收到的经强度调制(以携带信息(或数据))的光信号变换成携带相同信息(或数据)的电信号并将其发送到与其耦合的通信装备6-k。
例如，接口装备5-k可以是附属装置(或加密狗)。
而且，例如，通信装备6-k可以是蜂窝电话(可能是智能电话)或电子平板电脑或计算机或通信游戏机。
应当注意的是，在图1中非限制性示出的示例中，光学无线通信系统2包括十六个接入点APn(N＝16)，但是它可以包括任何数量N个接入点APn，只要这个数量N至少等于一即可。
在下文中，网络3被认为是LiFi类型的。但本发明不限于这种类型的光学无线网络。实际上，它涉及任何类型的光学无线网络。
如图2中非限制性所示，根据本发明的光电设备1至少包括控制模块10、电源模块11、发送光电模块12和接收光电模块13。优选地，它还包括如下所述的调制解调器14。
发送光电模块12适于将数字(或二进制)信号转换成光信号(强度调制)，以朝着耦合到通信装备6-k的接口装备5-k发送。
这个发送光电模块12包括至少一个光源18，其可以例如包括至少一个发光二极管(或LED)或至少一个激光二极管或至少一个垂直腔表面发射激光器(或VCSEL)二极管。
(由发送光电模块12接收的)数字信号由调制解调器14(其可能是光电设备1的一部分，如图2中非限制性说明的示例中所示)调制来自路由器7的数字数据产生。因此，它或者直接来自调制解调器14，或者来自作为光电设备1的一部分并耦合到调制解调器14的数字/模拟转换模块(或DAC)15-1。这实际上取决于由调制解调器14执行的调制的类型。实际上，如果由调制解调器14供给的信号是二进制的(并且因此是数字信号)，诸如当调制是“开关键控(或OOK)”或“脉冲位置调制(或PPM)”类型的脉动调制时，可以不使用数字/模拟转换模块15-1。另一方面，如果由调制解调器14供给的信号不是二进制的(并且因此是模拟信号)，诸如当调制是OFDM(代表“正交频分复用”—在多个正交频率上进行数字信号编码)时，数字/模拟转换模块15-1必须被用于将接收到的数字信号转换成旨在用于发送光电模块12的非二进制(或模拟)信号。对于逆方向，提供模拟/数字转换模块(或ADC)15-2(也是光电设备1的一部分并且耦合到调制解调器14)用于将由接收光电模块13供给的非二进制(模拟)信号转换成用于调制解调器14的数字信号。
在下文中，作为说明性示例，考虑调制解调器14执行OFDM类型调制。注意到来自调制解调器14的OFDM信号围绕平均值在最小值和最大值之间变化。来自调制解调器14的OFDM信号须转换成模拟信号，然后由光源18(在发送中)转换成光信号。光源(18)有自己的特性。特别地，它具有将发射的光功率定义为所供给电流的函数的光学电流/功率特性，以及有限的调制带宽(一般定义在-3dB或-6dB)。为了发送OFDM信号，其最小值通常被设置为最小电流i_min，并且其最大值被设置为最大电流i_max。为了最大化所发送信号的质量并因此最大化接收到的信号的质量，尝试使差值i_max-i_min最大化。因此，OFDM信号的中间值与其变化大于差值i_max-i_min较小时的电流对应。因此，将最小电流i_min设置为尽可能接近0，并且将最大电流i_max设置为尽可能接近光源18接受的最大电流是有意义的。
在实践中，光源18可以具有非线性电流-发射光功率响应。换句话说，驱动电流的线性改变可导致所发射光功率的非线性改变。因此，i_min和i_max被设置为光源18的线性度范围的极限值。但是，这个范围可以与几百mA对应。由于由数字/模拟转换模块15-1变换成电子信号的OFDM信号仅达到几mA，因此借助于本发明(如后面会看到)，控制模块10将以相对高的电流水平放大这个电子信号，同时保持其线性度。
此外，由于光源18具有特定的调制带宽，因此借助于预均衡技术(如稍后将讨论的)，这个调制带宽越高，OFDM通信信道可以越宽，并且因此吞吐量可以越高。
接收光电模块13适于将接收到的光信号转换成旨在用于调制解调器14的数字信号，当它必须首先被转换成非二进制(或模拟)信号时可能经由模拟/数字转换模块15-2。
这个接收光电模块13包括至少一个光接收器20，其可以例如包括至少一个光电二极管或至少一个雪崩光电二极管或至少一个单光子雪崩二极管(或SPAD)。
在接收端，在自由空间中传播之后，OFDM光信号被至少一个光接收器20拾取，光接收器20将其转换成电流(称为光电流)。随着自由空间通信距离的增加，接收到的光功率(以及光电流)降低。通常，这个光电流的数量级为几μA至几十μA。因此，控制模块10将这个光电流变换成足够高的电压以在由模拟/数字转换模块15-2执行的变换成数字信号之后由调制解调器14处理(如稍后所看到的)。但是，这种放大必须在不对接收到的信号增加失真的情况下执行，以避免降级其质量。
此外，接收链具有特定带宽，该特定带宽优选地至少等于发送链的带宽，以确保在没有频率失真的情况下接收。但是，常规使用的光接收器20具有它们自己的截止频率和内部容量，当它增加时，会降低接收链的总带宽。这个内部容量与光接收器20的敏感表面成比例，其必须尽可能大(在设计的机械限制内)以便最大化收集的光量。因此，控制模块10将确保接收链的良好灵敏度和重要增益，同时将其带宽维持在至少等于发送链的值，并尽可能限制失真和寄生噪声的引入(如我们稍后会看到的)。
控制模块10被布置为控制发送光电模块12和接收光电模块13。
电源模块11被布置为向发送光电模块12供给由控制模块10选择的电流，并向接收光电模块13和控制模块10供给由控制模块10选择的电压(以及可能的调制解调器14、数字/模拟转换模块15-1和模拟/数字转换模块15-2)。
现在提供光电设备1，其包括其它模块(10和12至15-1和15-2)共用的单个电源模块11以及发送光电模块12和接收光电模块13共用的单个控制模块10。这种光电设备1因此被专门设计为在OWC应用中操作，这优化了它的性能，显著降低了它的功耗，并且显著地减小了它的体积和成本。
例如，并且如图3中非限制性所示，控制模块10可以包括专用于发送并且包括变换器17、第一组无源组件(C5、R14和C37)、第一放大器A1和晶体管T1的第一子区段16。
变换器17将以差分形式接收的模拟信号(这里来自D/A转换模块15-1(因为OFDM调制))转换成第一单个(即，非差分)中间信号。
第一组无源组件(C5、R14和C37)负责对第一中间信号执行预均衡，以提供第二中间信号(或预均衡后的第一中间信号)。这个预均衡旨在提高发送光电模块12的光源18的带宽性能。例如，并且如图3中非限制性所示，第一组无源组件可以包括第一电容组件C5(例如，电容器)、电阻组件R14(例如，电阻器)和第二电容组件C37(例如，电容器)。
第一放大器A1负责放大它在第一输入端接收到的第二中间信号，以便在输出端递送第三中间信号(或放大的第二中间信号)。例如，这可以是电流反馈放大器。第一放大器A1的第一输入端优选地是它的非反相(或+)输入端。第一放大器A1还具有优选地作为它的反相(或-)输入端的第二输入端。
晶体管T1包括接收第三中间信号的栅极和连接到发送光电模块12的漏极。第三中间信号因此控制晶体管T1的栅极，优选地经由电阻组件R21(例如，电阻器)。在这种情况下，发送光电模块12被由电源模块11供给并定义平均偏置电流水平的电压vsl偏置并且被电流流过，该电流在最小i_min和最大i_max值之间波动，该波动由第三中间信号的波动引起。因此，发送到晶体管T1栅极的第三中间信号是波动信号，其振幅必须尽可能高(在光源18的能力的限制内)，并且将在流过光源18的电流处引起反应以使其在i_min和i_max之间波动。
例如，这个晶体管T1可以是MOSFET(“金属氧化物半导体场效应晶体管”或更简单的绝缘栅场效应晶体管)。
为了确保由光源18发送的光信号具有更好的线性度，控制模块10(更具体而言，它的第一子区段16)可以如图3中非限制性说明的那样包括反馈回路，该反馈回路包括第二放大器A2。这个第二放大器A2具有耦合到晶体管T1的源极的第一输入端、第二输入端和经由第二组无源组件(C38、R17、L3、R15、C39)耦合到这个第二输入端并且耦合到第一放大器A1的第二输入端的输出端。这允许流经发送光电模块12的电流具有与第二中间信号的形状相似的形状。
第二放大器A2的第一输入端优选地是它的非反相(或+)输入端。它优选地经由两个电阻组件R18和R22(例如，两个电阻器)耦合到晶体管T1的源极。第二放大器A2的第二输入端优选地是它的反相(或-)输入端。
这个第二放大器A2例如可以是电流反馈放大器，如同第一放大器A1。
例如，并且如图3中非限制性所示，第二组无源组件(C38、R17、L3、R15、C39)可以包括将带宽增加(或“峰化”)引入流经发送光电模块12的电流的图像信号的电感组件(例如，电感器)。
而且，例如，并且如图3中非限制性所示，第二组无源组件(C38、R17、L3、R15、C39)可以包括引起进一步的预均衡的电容组件C39(例如，电容器)。后者用于衰减第一放大器A1的反馈处的高频，以及因此在晶体管T1的栅极处引起高频的过度放大。
可以注意到的是，如图3中非限制性所示，第二组无源组件(C38、R17、L3、R15、C39)还可以包括用于增加带宽(峰化)的电容组件C38(例如，电容器)和两个电阻组件R17和R15(例如，电阻器)。
还应当注意的是，如图3中非限制性所示，控制模块10(更具体而言，它的第一子区段16)可以包括低压差稳压器19，该稳压器根据控制信号产生偏置第一放大器A1的第一输入端的电压。这个控制信号具有定义发送光电模块12须操作(以发送光信号内的数据)或不操作(不发送任何内容)的瞬间的状态。例如，这个控制信号来自调制解调器14。
借助于图3中所示的布置，旨在确保其第一与第二差分输入之间的差异尽可能小的第一放大器A1起作用，使得流过光源18的电流具有尽可能接近第二中间信号的形状的形状，以确保光源18发送的光信号具有更好的线性度。
代替使用低压差稳压器19，例如并且如图4中非限制性所示，可以使用具有接收上面提到的控制信号(例如，来自调制解调器14)的源极，并根据由这个接收到的控制信号定义的状态充当(在光源18上的)打开或闭合开关的晶体管T2。这个晶体管T2例如可以是MOSFET。在这个示例中，包括电阻组件RC和电容组件CC的注入T(或“偏置三通”)用于注入电流。电阻器RA具有非常高的值(通常为几十k欧姆的数量级)，而电阻器RB具有低值(通常接近1欧姆)。如果晶体管T2打开，那么由于电阻器RA，非常低的电流(接近于0)流过光源18。相反，如果晶体管T2闭合，那么由于电阻器RB，高操作电流流过光源18。因此，在第一种情况下(T2打开)光源18被停用并且在第二种情况下(T2闭合)光源18被激活。
在图5中非限制性地示出的另一个实施例中，电阻器RA具有非常高的值(通常为几十k欧姆的数量级)，而电阻器RB具有低值(通常接近1欧姆)。如果晶体管T2打开，那么由于电阻器RA，非常低的电流(接近于0)流过光源18。相反，如果晶体管T2闭合，那么由于电阻器RB，高操作电流流过光源18。因此，在第一种情况下(T2打开)光源18被停用并且在第二种情况下(T2闭合)光源18被激活。
应当注意的是，如图6中非限制性所示，接收光电模块13可以包括光接收器20，光接收器20递送代表接收到的光信号的第一电流(来自耦合到通信装备6-k的接口装备5-k)。光接收器20在此由与具有选择的电容值的电容组件C2(例如，电容器)并联连接的电流源表示。在这种情况下，控制模块10可以包括专用于接收并且包括第一运算放大器U1的第二子区段21，该第一运算放大器U1包括第一和第二输入端以及输出端。第一运算放大器U1的第一输入端优选地为其反相(或-)输入端。第一运算放大器U1的第二输入端优选地为其非反相(或+)输入端。
这个第一运算放大器U1被配置为跨阻放大器(或TIA)，以将经由第三组有源和无源组件在其第一输入端上接收到的第一电流转换成由于反馈回路(R6，C3)而在输出端处递送的电压，该反馈回路将其输出端耦合到其第一输入端。第三组有源和无源组件在这里负责降低第一运算放大器U1的第一输入端感受到的电容组件C2的电容值。
例如，反馈回路(R6，C3)可以包括用于将第一输入端处注入的电流转换成电压并与确保第一运算放大器U1的稳定性的电容反馈组件C3(例如，电容器)并联连接的电阻反馈组件R6(例如，电阻器)。
在图7中非限制性示出的替代实施例中，接收光电模块13总是包括光接收器20，光接收器20递送代表接收到的光信号的第一电流(来自耦合到通信装备6-k的接口装备5-k)。这里光接收器20也由与具有选定的电容值的电容组件C2(例如，电容器)并联连接的电流源表示，并且控制模块10包括专用于接收并且还包括第一运算放大器U1的第二子区段21，该第一运算放大器U1包括第一和第二输入端以及输出端。第一运算放大器U1的第一输入端优选地为其反相(或-)输入端。第一运算放大器U1的第二输入端优选地为其非反相(或+)输入端。
第一运算放大器U1被配置为跨阻放大器(或TIA)以将经由具有栅极并且属于第四组有源和无源组件(T6，R5，R9)的晶体管T6在其第一输入端接收的第一电流转换成借助于反馈回路(R6，C3)在其输出端上递送的电压，该反馈回路将这个输出端连接到晶体管T6的栅极。第四组有源和无源组件(T6、R5、R9)负责降低第一运算放大器U1的第一输入端经由晶体管T6感受到的电容组件C2的电容值。这种布置提高了接收带宽。如图所示，第四组有源和无源组件(T6、R5、R9)除了晶体管T6之外还可以包括两个电阻组件R5和R9(例如，两个电阻器)。这种配置被称为“自举(bootstrap)”。所有晶体管T6、T7和T8的目的是减小第一运算放大器U1所看到的电容。这种减少是通过减少光电二极管的阳极和阴极之间的AC分量(实际上为0)而获得的。为此，晶体管T8在阴极上注入光电二极管在阳极处生成的电流的图像(image)。
如图1中非限制性所示，发送光电模块12可以包括至少一个光学元件22，其在发送之前提供光信号的选择的整形。例如，根据需要，整形可以是聚焦或散焦。
而且，如图1中非限制性所示，接收光电模块13可以包括至少一个光学元件23，其适于在由光接收器20将光信号转换成电流之前选择性地收集光信号(由耦合到通信装备6-k的接口装备5-k发送)。例如，收集(或集中)可以旨在增加接收和馈送到光接收器20的光信号的量。
还应当注意的是，如图1中非限制性所示，光电设备1可以包括与发送光电模块12相关联的第一滤光器24和/或与接收光电模块13相关联的第二滤光器25。第一滤光器24负责让由发送光电模块12递送并且具有选定的(中心)波长的光信号通过。如果光源18具有太宽的光谱，那么这可以被用于限制光源18的光学带宽。第二滤光器25负责让具有选定的(中心)波长的光信号通过至接收光电模块13。换句话说，光电设备1可以在发送中提供波长过滤，例如以便仅发送先前已经与预定义波长相关联的数字数据，和/或可以在接收中提供波长过滤以便在内部仅处理(以路由器7为目的地)先前已与预定义波长相关联的数字数据。
这个选项有利地允许网络3内的波长多路复用，并且因此允许与N个不同波长相关联的N个通信装备6-k经由包括N个接入点AP1至APN(分别与N个不同波长相关联)及其自己的路由器7的同一学无线通信系统(或OWC)(如图1中所示)、或经由分别与N个不同波长相关联并耦合到网络3的至少一个路由器的N个接入点AP1至APN、或经由包括分别与N个不同的波长相关联并耦合到至少一个路由器7的N个光电设备1的接入点并行地通信。例如，波长复用可以是WDM(“波分复用”)，并且因此可以被用于将数据流划分成子流，每个子流以给定波长被发送，然后在接收后重新组装以重构初始流，或被用于以不同的波长发送不同的流。在任何情况下，与不同波长相关联的并行数据流增加吞吐量。因此，可以在每个光电设备1处并因此对于每个波长达到可以是至少1Gbps数量级的数据速率。可以理解的是，通过改变光电设备1的数量N，可以改变光学无线通信系统(或OWC)2的总吞吐量。于是提供了大的可伸缩性。
应当注意的是，在图1中非限制性地示出的示例中，第一滤光器24被放置在光学元件22的上游(相对于数据发送方向)。但是，在变体中(未示出)，第一滤光器24可以被放置在光学元件22的下游(相对于数据发送方向)。
还应当注意的是，在图1中非限制性示出的示例中，第二滤光器25被放置在光学元件23的下游(相对于数据发送方向)。但是在变体(未示出)中，第二滤光器25可以被放置在光学元件23的上游(相对于数据发送方向)。
还将注意的是，第一滤光器24可以是(或可以不是)发送光电模块12的一部分。类似地，第二滤光器25可以(或可以不是)接收光电模块13的一部分。
还将注意的是，光学元件22可以是(或可以不是)发送光电模块12的一部分。类似地，光学元件23可以(或可以不是)接收光电模块13的一部分。
还应当注意的是，控制模块10的第二子区段21可以被布置为具有取决于由调制解调器14评估的光学通信信道的质量的可变增益。在这种情况下，调制解调器14生成代表该质量的命令，并经由接口将其发送到第二子区段21，以使其适配接收放大的增益的值。
还应当注意的是，本发明不限于上述实施例。实际上，对于本领域技术人员来说，根据刚刚向他们公开的教导，可以对上述实施例进行各种修改。在以上对本发明的详细描述中，所使用的术语不应当被解释为将本发明限制于本描述中阐述的实施例，而应当被解释为包括所有等同物，对等同物的预期在本领域技术人员通过将他们的一般知识应用于刚刚向其公开的教导的实现方式而可达的范围内。
Claims (15)
1.一种用于光学无线通信系统(2)的接入点(APn)或端点的光电设备(1)，包括：
-发送光电模块(12)，能够将数字信号转换成要发送的光信号，
-接收光电模块(13)，能够将接收到的光信号转换成数字信号，其特征在于所述光电设备还包括：
-控制模块(10)，控制所述发送光电模块(12)和接收光电模块(13)，以及
-电源模块(11)，为所述发送光电模块(12)供给由所述控制
模块(10)选择的电流，并且为所述接收光电模块(13)和所述控制模块(10)供给由所述控制模块(10)选择的电压。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述控制模块(10)包括i)变换器(17)，确保将以差分形式接收的模拟信号转换成单个第一中间信号，ii)第一组无源组件(C5、R14和C37)，执行所述第一中间信号的预均衡以便递送第二中间信号，iii)第一放大器(A1)，放大在第一输入端处接收的所述第二中间信号以便在输出端上递送第三中间信号，以及iv)晶体管(T1)，包括接收所述第三中间信号的栅极和连接到所述发送光电模块(12)的漏极，所述漏极(12)被由所述电源模块(11)供给并定义平均偏置电流水平的电压偏置并且被电流流过，该电流具有由所述第三中间信号的波动引起的在最小值和最大值之间的波动。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述控制模块(10)包括反馈回路，该反馈回路包括第二放大器(A2)，该第二放大器(A2)具有耦合到所述晶体管(T1)的源极的第一输入端、第二输入端和经由第二组无源组件耦合到所述第二输入端并耦合到所述第一放大器(A1)的第二输入端的输出端，使得流过所述发送光电模块(12)的所述电流具有与所述第二中间信号的形状相似的形状。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述第二组无源组件包括电感组件(L3)和/或电容组件(C39)，电感组件(L3)为流过所述发送光电模块(12)的所述电流的图像信号引入带宽的增加，而电容组件(C39)引入另一个预均衡。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的设备，其特征在于所述控制模块(10)包括根据控制信号产生偏置所述第一放大器(A1)的所述第一输入端的电压的低压差稳压器(19)，该控制信号具有定义所述发送光电模块(12)须操作或不操作的瞬间的状态。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的设备，其特征在于所述控制模块(10)包括晶体管(T2)，该晶体管具有接收控制信号的源极，该控制信号具有定义所述发送光电模块(12)须操作或不操作的瞬间的状态，并且该晶体管根据由接收到的控制信号定义的所述状态充当打开或闭合开关。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其特征在于所述接收光电模块(13)包括光接收器(20)，所述光接收器(20)递送代表所述接收到的光信号的第一电流，并且所述控制模块(10)包括第一运算放大器(U1)，所述第一运算放大器(U1)被配置为跨阻放大器以将经由第三组有源和无源组件在第一输入端上接收的所述第一电流转换成借助于将所述第一输入端耦合到输出端的反馈环路(R6、C3)在所述输出端上递送的电压，第三组有源和无源组件负责减小所述第一运算放大器的第一输入端感受到的电容值。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其特征在于所述接收光电模块(13)包括光接收器(20)，所述光接收器(20)递送代表所述接收到的光信号的第一电流，并且所述控制模块(10)包括第一运算放大器(U1)，所述第一运算放大器(U1)被配置为跨阻放大器以将经由具有栅极并属于第四组有源和无源组件的晶体管(T6)在第一输入端上接收的所述第一电流转换成借助于将输出端耦合到晶体管(T6)的所述栅极的反馈回路在所述输出端上递送的电压，第四组有源和无源组件负责减小由第一运算放大器(U1)的第一输入端感受到的所述光接收器(20)的电容值。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的设备，其特征在于所述设备包括数字/模拟转换模块(15-1)，其适于将接收到的数字信号转换成旨在用于所述发送光电模块(12)的非二进制模拟信号，以及模拟/数字转换模块(15-2)，其适于将由所述接收光电模块(13)供给的非二进制模拟信号转换成数字信号，并且所述电源模块(11)为所述数字/模拟转换模块(15-1)和所述模拟/数字转换模块(15-2)供电。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的设备，其特征在于所述发送光电模块(12)包括确保在发送之前对所述光信号进行所选择的整形的至少一个光学元件(22)，和/或所述接收光电模块(13)包括适于在光信号被转换成电流之前以选择的方式收集所述光信号的至少一个光学元件(23)。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的设备，其特征在于所述设备包括i)第一滤光器(24)，第一滤光器(24)与所述发送光电模块(12)相关联并负责让由所述发送光电模块(12)递送并具有选择的波长的光信号通过，和/或ii)第二滤光器(25)，第二滤光器(25)与所述接收光电模块(13)相关联并负责让具有选择的波长的光信号通过至所述接收光电模块(13)。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的设备，其特征在于所述设备包括调制解调器(14)，适于将每个接收到的经调制的模拟数据信号转换成数字数据信号，并且将每个经调制的模拟数据信号转换成数字数据。
13.一种用于光学无线通信系统(2)的接入点或端点(APn)，其特征在于所述接入点或端点(APn)包括至少一个根据前述权利要求之一所述的光电设备(1)。
14.一种用于光学无线网络(3)的光学无线通信系统(2)，其特征在于所述光学无线通信系统(2)包括至少一个根据权利要求13所述的接入点或端点(APn)。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于所述系统包括i)分别与N个不同波长相关联的N个接入点或端点(APn)，其中N≥2，以及ii)耦合到所述N个接入点或端点(APn)的路由器(7)。
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