CN116683993A - 一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法及装置，其中方法包括如下步骤：S1、通过激光器发出连续光，并通过调制器对激光器发出的连续光进行空分复用和调制，调制后的激光在一个周期内包括不同时隙的上行光信号与下行光信号；S2、通过光纤放大器对调制后的激光进行放大；S3、使放大后的激光进入单根传感光纤中，传感光纤用于正向传输光信号，还用于并使外部声信号携带在反射回来的背向散射光信号中；对于上行回路：在步骤S1中，上行光信号为脉冲光信号；在步骤S3后，解调步骤S3中的背向散射光信号；对于下行回路：在步骤S1中，下行光信号经过调制后携带有输入的声信号；在步骤S3后，解调步骤S3中正向传输的光信号。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其是涉及一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法及系统。
背景技术
光纤音频传输是将音频信息携带在光信号中，并通过光纤传输到终端，从而实现光纤中上下行的双向音频传输。与传统的以双绞线为传输载体的电话相比较而言，激光在光纤中的损耗较小，电信号在电话线中的损耗较大，因此光线传输可以实现超长距离的通信。无源音频传输是在光纤音频传输的基础上，进一步实现通信终端的无源化，利用这样的技术可以在不需要外部供电的情况下保证终端间的语音通信，从而可以使得光纤音频传输技术能够适用于一些因为环境限制或是其他原因导致无法供电的特殊应用场景。除了能够双向无源通信的应用外，对于无源光纤音频传输来说，还希望实现对于光纤上各点的监听。在这样的应用中，可以实现音频解调设备接收光纤部署线路上的分布式语音传输，并实现对下行终端的通话。
然而，在现有的光纤音频传输系统中，一般采用空分复用技术或时分复用技术进行多点的音频传输，需要用多根光纤进行物理上的隔离，再分别对每一根光纤上的信号进行单独解调，而这样无疑增加了系统复杂度。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法，包括如下步骤：
S1、通过激光器发出连续光，并通过调制器对激光器发出的连续光进行空分复用和调制，使激光按照固定的顺序和预设的时隙长度来循环调制，且调制后的激光在一个周期内包括不同时隙的上行光信号与下行光信号；
S2、通过光纤放大器对调制后的激光进行放大；
S3、使放大后的激光进入单根传感光纤中，传感光纤用于正向传输光信号，还用于感应外部声信号，并使外部声信号携带在反射回来的背向散射光信号中；
对于上行回路：
在步骤S1中，所述上行光信号为脉冲光信号，利用脉冲光实现整根光纤上的分布式传感；
在步骤S3后，解调步骤S3中的背向散射光信号，并根据步骤S1中调制时的时隙信息，采集解调后的电信号中上行光信号对应的部分，获取包含外部声信号的电信号，播放对应的音频；
对于下行回路：
在步骤S1中，所述下行光信号经过调制后携带有输入的声信号；
在步骤S3后，解调步骤S3中正向传输的光信号，获取包含输入的声信号的电信号，播放对应的音频。
在一些实施例中，步骤S1中，调制后的激光在一个周期内分为三个时隙，第一个时隙用于供上行光信号传输，第二个时隙用于供下行光信号传输，第三个时隙为不出光的空白时隙。
在一些实施例中，对于下行回路：
在步骤S1中，调制后的激光中包含直流分量与交流分量，交流分量中携带有输入的声信号；
在步骤S3后，经过解调，将直流分量转换为电能，为下行终端供电，将交流分量转换为包含输入的声信号的电信号。
本发明另一方面提供了一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，包括激光器、调制器、光纤放大器、以及单根的传感光纤；并且，该基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统采用上述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法来实现双向无源音频传输。
在一些实施例中，还包括上位机、驱动模块、采集卡与上行音频解调模块；
在上行回路中：
所述上行音频解调模块用于对所述传感光纤的背向散射光信号进行解调，并输出电信号；
所述采集卡用于根据调制时的时隙信息，采集解调后的电信号中上行光信号对应的部分，获取包含外部声信号的电信号，并传输至所述上位机；
所述上位机用于根据采集卡传输来的信号播放音频，所述上位机还用于控制所述驱动模块工作；
所述驱动模块用于驱动所述调制器进行调制，并将调制时的时隙信息反馈给所述采集卡。
在一些实施例中，还包括音频输入模块、音频输出模块与下行音频解调模块；
在下行回路中：
所述音频输入模块用于接收输入的声信号，并转化为电信号后传输给上位机；
在所述上位机的控制与驱动模块的驱动下，使得所述调制器调制后的下行光信号中携带有输入的声信号；
所述下行音频解调模块用于对所述传感光纤正向传输的光信号进行解调；
光信号中的直流分量在解调后转换为电能，为所述音频输出模块供电，光信号中的交流分量在解调后转换为包含输入的声信号的电信号，传输给所述音频输出模块进行播放。
在一些实施例中，还包括环形器，所述环形器用于使得输入光透射而返回光从另外的通道传输；
所述光纤放大器放大后的激光输入环形器并到达传感光纤，所述传感光纤的背向散射光信号作为返回光经过环形器并到达所述上行音频解调模块。
在一些实施例中，还包括隔离器，所述隔离器设置在所述传感光纤与下行音频解调模块之间，用于使传感光纤中的光仅能够通过隔离器到达下行音频解调模块，而反射的光无法反向通过隔离器进入传感光纤。
在一些实施例中，所述激光器用于发出连续窄线宽激光，所述调制器为电光调制器，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。
与现有技术相比，本发明所提供的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法及系统，结合了分布式光纤传感技术和时分复用技术，将激光划分为不同时隙，从而分别实现分布式上行通信与定点下行通信；能够在一根光纤上实现分布式上行音频的传输与定位，以及同时实现下行的无源音频传输，并且上下行终端能够进行通信，能够大大降低对光纤资源和光频域资源的浪费；本发明可以在现有的光纤网络架构上直接使用，无需铺设新的光缆。
附图说明
图1为本发明提供的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统的示意图；
图2一个具体实施例调制后的激光在一个周期内的示意图。
附图标记说明：
1、激光器；2、调制器；3、光纤放大器；4、环形器；5、传感光纤；6、隔离器；7、下行音频解调模块；8、音频输出模块；9、上行音频解调模块；10、采集卡；11、上位机；12、音频输入模块；13、驱动模块。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明是如何实施的。
参照图1所示，本发明提供了一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法，包括如下步骤：
S1、通过激光器1发出连续光，并通过调制器2对激光器1发出的连续光进行空分复用和调制，使激光按照固定的顺序和预设的时隙长度来循环调制，且调制后的激光在一个周期内包括不同时隙的上行光信号与下行光信号；
S2、通过光纤放大器3对调制后的激光进行放大；
S3、使放大后的激光进入单根传感光纤5中，传感光纤5用于正向传输光信号，还用于感应外部声信号，并使外部声信号携带在反射回来的背向散射光信号中；
对于上行回路：
在步骤S1中，上行光信号为脉冲光信号，利用脉冲光实现整根光纤上的分布式传感；
在步骤S3后，解调步骤S3中的背向散射光信号，并根据步骤S1中调制时的时隙信息，采集解调后的电信号中上行光信号对应的部分，获取包含外部声信号的电信号，播放对应的音频；
对于下行回路：
在步骤S1中，下行光信号经过调制后携带有输入的声信号；
在步骤S3后，解调步骤S3中正向传输的光信号，获取包含输入的声信号的电信号，播放对应的音频。
优选地，对于下行回路：
在步骤S1中，调制后的激光中包含直流分量与交流分量，交流分量中携带有输入的声信号；
在步骤S3后，经过解调，将直流分量转换为电能，为下行终端供电，将交流分量转换为包含输入的声信号的电信号。
优选地，参照图2所示，步骤S1中，调制后的激光在一个周期内分为三个时隙，第一个时隙用于供上行光信号传输，称为上行探测光时隙；第二个时隙用于供下行光信号传输，称为下行信号光时隙；第三个时隙为不出光的空白时隙，在这个时段不出光，做为下行信号光时隙到下一个周期的上行探测光时隙之间的缓冲阶段。
可以理解的是，每个时隙长度可以按需自由划分，将第一个时隙作为上行探测光时隙，调制器2将其调制为脉冲光，利用脉冲光实现整根光纤上的分布式传感。将第二个时隙作为下行信号光时隙，调制器2将光调制为包含直流分量和交流分量的信号光，其中直流分量给下行终端供电(第一个时隙的脉冲光也可视为直流分量)，交流分量传递信息。将第三个时隙作为空白时隙。将这三个时隙按照固定的顺序和时隙长度循环调制来实现上下行信号的传输。
可以理解的是，光在传感光纤5中传输时，在传感光纤5的任何位置都会产生散射光，当振动源引起光纤振动时，会对散射光有一个相位调制作用，相位改变量与振动强度呈线性关系，相位的改变会进一步的体现在光强上，因此通过分析散射光的光强变化可以得到振动信息。声音信号也是一种振动源，因此可以用光纤来传感音频。本发明中，对于上行回路，根据上行探测光时隙，对散射光中的背向光进行分析，来实现对光纤沿路的传感。传感光纤5可采用G654型号的光纤。另外，在散射光中大部分为瑞利散射光，而瑞利散射光功率与入射光功率相比极为微弱；因此，下行光信号传输时，正向的散射光造成的影响可忽略不计，不会影响下行光信号的解调。
本发明另一方面提供了一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，包括激光器1、调制器2、光纤放大器3、以及单根的传感光纤5；并且，该基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统采用上述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法来实现双向无源音频传输。
优选地，该基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统还包括上位机11、驱动模块13、采集卡10与上行音频解调模块9。
在上行回路中：上行音频解调模块9用于对传感光纤5的背向散射光信号进行解调，并输出电信号；采集卡10用于根据调制时的时隙信息，采集解调后的电信号中上行光信号对应的部分，获取包含外部声信号的电信号，并传输至上位机11；上位机11用于根据采集卡10传输来的信号播放音频，上位机11还用于控制驱动模块13工作；驱动模块13用于驱动调制器2进行调制，并将调制时的时隙信息反馈给采集卡10，进而通过采集卡10能够精确采集上行部分的信号，避免下行的信号干扰，实现分布式的上行通信。
优选地，该基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统还包括音频输入模块12、音频输出模块8与下行音频解调模块7。
在下行回路中：音频输入模块12用于接收输入的声信号，并转化为电信号后传输给上位机11；在上位机11的控制与驱动模块13的驱动下，使得调制器2调制后的下行光信号中携带有输入的声信号；下行音频解调模块7用于对传感光纤5正向传输的光信号进行解调；光信号中的直流分量在解调后转换为电能，为音频输出模块8供电，光信号中的交流分量在解调后转换为包含输入的声信号的电信号，传输给音频输出模块8进行播放。
优选地，该基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统还包括环形器4，环形器4用于使得输入光透射而返回光从另外的通道传输；光纤放大器3放大后的激光输入环形器4并到达传感光纤5，传感光纤5的背向散射光信号作为返回光经过环形器4并到达上行音频解调模块9。
优选地，该基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统还包括隔离器6，隔离器6设置在传感光纤5与下行音频解调模块7之间，用于使传感光纤5中的光仅能够通过隔离器6到达下行音频解调模块7，而反射的光无法反向通过隔离器6进入传感光纤5。
在一个具体实施例中，激光器1用于发出连续窄线宽激光，可为1550nm的连续窄线宽激光；调制器2为电光调制器，光纤放大器3为掺铒光纤放大器。
综上，本发明所提供的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法及系统，结合了分布式光纤传感技术和时分复用技术，将激光划分为不同时隙，从而分别实现分布式上行通信与定点下行通信；能够在一根光纤上实现分布式上行音频的传输与定位，以及同时实现下行的无源音频传输，并且上下行终端能够进行通信，能够大大降低对光纤资源和光频域资源的浪费；本发明可以在现有的光纤网络架构上直接使用，无需铺设新的光缆。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (9)
1.一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、通过激光器(1)发出连续光，并通过调制器(2)对激光器(1)发出的连续光进行空分复用和调制，使激光按照固定的顺序和预设的时隙长度来循环调制，且调制后的激光在一个周期内包括不同时隙的上行光信号与下行光信号；
S2、通过光纤放大器(3)对调制后的激光进行放大；
S3、使放大后的激光进入单根传感光纤(5)中，传感光纤(5)用于正向传输光信号，还用于感应外部声信号，并使外部声信号携带在反射回来的背向散射光信号中；
对于上行回路：
在步骤S1中，所述上行光信号为脉冲光信号，利用脉冲光实现整根光纤上的分布式传感；
在步骤S3后，解调步骤S3中的背向散射光信号，并根据步骤S1中调制时的时隙信息，采集解调后的电信号中上行光信号对应的部分，获取包含外部声信号的电信号，播放对应的音频；
对于下行回路：
在步骤S1中，所述下行光信号经过调制后携带有输入的声信号；
在步骤S3后，解调步骤S3中正向传输的光信号，获取包含输入的声信号的电信号，播放对应的音频。
2.根据权利要求1所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法，其特征在于，步骤S1中，调制后的激光在一个周期内分为三个时隙，第一个时隙用于供上行光信号传输，第二个时隙用于供下行光信号传输，第三个时隙为不出光的空白时隙。
3.根据权利要求1所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法，其特征在于，对于下行回路：
在步骤S1中，调制后的激光中包含直流分量与交流分量，交流分量中携带有输入的声信号；
在步骤S3后，经过解调，将直流分量转换为电能，为下行终端供电，将交流分量转换为包含输入的声信号的电信号。
4.一种基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，其特征在于，包括激光器(1)、调制器(2)、光纤放大器(3)、以及单根的传感光纤(5)；并且，该基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统采用权利要求1-3任一项所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输方法来实现双向无源音频传输。
5.根据权利要求4所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，其特征在于，还包括上位机(11)、驱动模块(13)、采集卡(10)与上行音频解调模块(9)；
在上行回路中：
所述上行音频解调模块(9)用于对所述传感光纤(5)的背向散射光信号进行解调，并输出电信号；
所述采集卡(10)用于根据调制时的时隙信息，采集解调后的电信号中上行光信号对应的部分，获取包含外部声信号的电信号，并传输至所述上位机(11)；
所述上位机(11)用于根据采集卡(10)传输来的信号播放音频，所述上位机(11)还用于控制所述驱动模块(13)工作；
所述驱动模块(13)用于驱动所述调制器(2)进行调制，并将调制时的时隙信息反馈给所述采集卡(10)。
6.根据权利要求5所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，其特征在于，还包括音频输入模块(12)、音频输出模块(8)与下行音频解调模块(7)；
在下行回路中：
所述音频输入模块(12)用于接收输入的声信号，并转化为电信号后传输给上位机(11)；
在所述上位机(11)的控制与驱动模块(13)的驱动下，使得所述调制器(2)调制后的下行光信号中携带有输入的声信号；
所述下行音频解调模块(7)用于对所述传感光纤(5)正向传输的光信号进行解调；
光信号中的直流分量在解调后转换为电能，为所述音频输出模块(8)供电，光信号中的交流分量在解调后转换为包含输入的声信号的电信号，传输给所述音频输出模块(8)进行播放。
7.根据权利要求6所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，其特征在于，还包括环形器(4)，所述环形器(4)用于使得输入光透射而返回光从另外的通道传输；
所述光纤放大器(3)放大后的激光输入环形器(4)并到达传感光纤(5)，所述传感光纤(5)的背向散射光信号作为返回光经过环形器(4)并到达所述上行音频解调模块(9)。
8.根据权利要求6所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，其特征在于，还包括隔离器(6)，所述隔离器(6)设置在所述传感光纤(5)与下行音频解调模块(7)之间，用于使传感光纤(5)中的光仅能够通过隔离器(6)到达下行音频解调模块(7)，而反射的光无法反向通过隔离器(6)进入传感光纤(5)。
9.根据权利要求4所述的基于分布式传感的单波长双向无源音频传输系统，其特征在于，所述激光器(1)用于发出连续窄线宽激光，所述调制器(2)为电光调制器，所述光纤放大器(3)为掺铒光纤放大器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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