CN207588863U - 厘米级近距离吉比特无线光通信装置 - Google Patents

Abstract

厘米级近距离吉比特无线光通信装置属于无线光通信技术领域。现有技术难以实现小型桌面移动设备之间大体积文件近距离高速无线传输。在所述装置中，数字电信号输入接口、激光器驱动电路、半导体激光器依次电连接，在半导体激光器的光路上布设整形光学系统；光电二极管的光敏面位于汇聚光学系统的焦点处，光电二极管、跨阻放大器、限幅放大器、数字电信号输出接口依次电连接。数字电信号自数字电信号输入接口输入到激光器驱动电路，在由激光器驱动电路驱动半导体激光器发光的过程中，由数字电信号调制发光强度得到光信号，由整形光学系统输出；由汇聚光学系统将光信号聚焦到光电二极管的光敏面上，将光信号转化并解调为电信号，由数字电信号输出接口输出。

Description

厘米级近距离吉比特无线光通信装置

技术领域

本实用新型涉及一种厘米级近距离吉比特无线光通信装置，属于无线光通信技术领域。

背景技术

随着以高清视频为代表的大体积数据业务的飞速发展，人们迫切需要一种能在近距离范围内实现大体积文件、视频等数据无线传输技术，以满足移动设备之间在小范围内随时随地以无线方式传输大数据量、高效率信息的需求。

现阶段可在移动设备之间近距离通信的技术主要有：1、蓝牙无线通信技术；2、近距离无线通信技术(NFC)；3.ZigBee通信技术；4、Wifi通信技术。他们的共同特点是均采用电磁波作为载波，实现近距离无线通信，然而，即使是技术最成熟、传输速率最高的Wifi，其传输速率也很有限，其单用户实际可分得带宽仅为100Mbps左右。自互联网下载的蓝光格式720p的电影文件大小为2Gb左右，采用Wifi传输的时间将近3分钟，采用蓝牙传输的时间为12分钟。而对于日渐普及4K(3840×2160)电影来说，其文件大小为100Gb，虽然现在的电视、手机都支持4K视频，但是，采用Wifi传输则需要2小时20分钟，采用蓝牙传输就需要12个小时，可见，如此之长的传输时间令人难以忍受。并且，因上述近距离通信技术受限于以电磁波为载波，故均存在射频通信所固有的缺点，如：1、可用频带少，设备间彼此干扰严重；2、存在有害辐射，长期使用会危害人体健康；3、应用场合受限，不能使用在飞机、加油站以及医院等场合。

针对上述问题公开号为CN104283611A的一件专利申请公开了一项方案，该方案能够在电子设备之间实现近场光无线高速简便交互式通信。该方案以光波作为载波，能够以100Mbps的速率通信，消除了传统电磁波通信存在的不足。然而，该方案仍存在以下不足之处：1、在数据传输速率上相比于Wifi并无优势，并且，其易用性也与Wifi无法比拟；2、该方案所采用的通信系统采用CPU或FPGA等器件实现编码和解码，成本必然很高；3、从体积和能耗方面讲，也不适用于小型移动设备之间的通信；4、该方案所采用的通信系统结构复杂，难以投入实际应用。

实用新型内容

本实用新型旨在以无线光通信的方式，实现小型桌面移动设备之间大体积文件近距离高速无线传输，为此我们发明了一种厘米级近距离吉比特无线光通信装置，能够在厘米级近距离范围内实现诸如智能手机等小型移动设备之间的诸如蓝光电影等吉比特级大体积文件的高速传输，不受场合限制，完全摆脱传统的射频通信的负面影响，同时具有成本低、体积小、能耗低、结构简单特点。

本实用新型之厘米级近距离吉比特无线光通信装置其特征在于，如图1所示，在电光转换部分中，数字电信号输入接口、激光器驱动电路、半导体激光器依次电连接，在半导体激光器器件外的出光光路上布设分光元件，在分光元件的两个分光光路上分别布设监测光电二极管、整形光学系统，监测光电二极管与激光器驱动电路电连接；数字电信号自数字电信号输入接口输入到激光器驱动电路，在由激光器驱动电路驱动半导体激光器发光的过程中，由数字电信号调制发光强度得到光信号，光信号经分光元件分光后，一路光束照射到监测光电二极管，由监测光电二极管向激光器驱动电路反馈监测电流，保护半导体激光器，另一路光束经由整形光学系统输出；在光电转换部分中，光电二极管的光敏面与汇聚光学系统的光轴垂直，所述光敏面位于汇聚光学系统的焦点处，光电二极管、跨阻放大器、限幅放大器、数字电信号输出接口依次电连接；光信号由汇聚光学系统聚焦到光电二极管的光敏面上，光电二极管将光信号转化并解调为电信号，所述电信号由跨阻放大器提高信噪比，再由限幅放大器放大，最后由数字电信号输出接口输出。

本发明之厘米级近距离吉比特无线光通信装置其技术效果在于，能够实现小型桌面移动设备之间大体积文件近距离高速无线传输，如图2～3所示，厘米级近距离吉比特无线光通信装置A与B各自的数字电信号输入接口、数字电信号输出接口分别与移动设备A'与B'连接；A中的整形光学系统与B中的汇聚光学系统以及B中的整形光学系统与A中的汇聚光学系统的距离d小于等于1cm；所述A'与B'初始化，A'与B'彼此经由A与B搜索，并建立无线光通信连接；A'经由A与B或者B'经由B与A传输数据，数据传输完成后，A'或者B'各自检测接收的数据是否完整，若完整则关闭连接，结束通信，若不完整则检测连接是否丢失，若丢失，A'与B'彼此经由A与B重新搜索，若未丢失，A'与B'则重新建立无线光通信连接；在A'经由A与B或者B'经由B与A传输数据的过程中，A'与B'彼此经由A与B发送查询指令，若A'与B'彼此回应，说明A'与B'保持握手状态，继续传输数据，随后A'与B'彼此经由A与B再发送查询指令，若A'或者B未回应，A'或者B'则记录此刻传输数据的位置，并进入待机状态；在A'经由A与B或者B'经由B与A传输数据前，A'或者B'对传输的数据进行编码，编码后的数据通过A或者B的数字电信号输入接口交由激光器驱动电路和半导体激光器完成电光转换和信号调制，得到光信号，再由整形光学系统输出，之后自B或者A中的汇聚光学系统输入，交由光电二极管完成光电转换和信号解调，得到电信号，通过数字电信号输出接口传输给B'或者A'并解码，通信结束。为增加数据传输时的抑错能力，所述编码采取Turbo编码或者RS编码。为在有限速率基带信号上传输更多的数据，所述编码采取QAM编码或者OFDM编码。所述调制其方式为直接调制或者相干调制；对应的解调其方式为直接解调或者相干解调。

可见，智能手机、无线联网个人电脑等各小型桌面移动设备各与一个本实用新型之厘米级近距离吉比特无线光通信装置有线连接，由各个所述无线光通信装置实现移动设备之间的文件传送，一改原本的射频无线通信为无线光通信，完全摆脱以往射频通信的负面影响，光通信能力远超射频通信，使得本发明能够胜任吉比特级别大小的文件传送。在采用本实用新型实现光通信的过程中，信号的编码、解码依旧由移动设备自己完成，虽然信号的调制、解调由本发明之厘米级近距离吉比特无线光通信装置完成，但是，是在信号的电光转换、光电转换过程中一并完成，并且所采用的激光器驱动电路、半导体激光器以及光电二极管相比于CPU或FPGA等器件，不需要数据运算，这些措施使得本发明的数据传输速率在Gbps数量级，理论上能够达到Tbps数量级。本实用新型其技术效果还在于，所采用半导体激光器、光电二极管、跨阻放大器以及限幅放大器等均为基础光电器件和电子器件，与现有技术相比，成本低，结构简单，体积小，能耗低，易于应用。

附图说明

图1为本实用新型之厘米级近距离吉比特无线光通信装置结构示意框图，该图同时作为摘要附图。

图2为采用本实用新型之厘米级近距离吉比特无线光通信装置实现小型桌面移动设备之间大体积文件近距离高速无线传输示意框图。

图3为采用本实用新型之厘米级近距离吉比特无线光通信装置实现小型桌面移动设备之间大体积文件近距离高速无线传输主要过程示意框图。

具体实施方式

本实用新型之厘米级近距离吉比特无线光通信装置具体方案如下所述。

如图1所示，在电光转换部分中，数字电信号输入接口、激光器驱动电路、半导体激光器依次电连接，在半导体激光器器件外的出光光路上布设分光元件，在分光元件的两个分光光路上分别布设监测光电二极管、整形光学系统，监测光电二极管与激光器驱动电路电连接。激光器驱动电路能够驱动FP/DFB型激光二极管，调制电流范围为5～60mA，通过调节外部电阻阻值调整调制电流。半导体激光器由FP型激光二极管或者DFB型激光二极管担当，例如，采用FP型激光二极管，所发激光为多纵模相干光，波长为1310nm，最大调制速率为11.7Gbps，与所述激光器驱动电路相匹配，输出光功率达5mW。整形光学系统或者汇聚光学系统由一个直径为5mm、焦距为2.5mm的平凸球面镜担当。数字电信号自数字电信号输入接口输入到激光器驱动电路，在由激光器驱动电路驱动半导体激光器发光的过程中，由数字电信号调制发光强度得到光信号，光信号经分光元件分光后，一路光束照射到监测光电二极管，由监测光电二极管向激光器驱动电路反馈监测电流，保护半导体激光器，另一路光束经由整形光学系统输出。所述监测光电二极管输出的监测电流范围为18～1500μA，与激光器驱动电路要求的监视输入电流相匹配。在光电转换部分中，光电二极管的光敏面与汇聚光学系统的光轴垂直，所述光敏面位于汇聚光学系统的焦点处，光电二极管、跨阻放大器、限幅放大器、数字电信号输出接口依次电连接。所述光电二极管采用PIN光电二极管，半导体材料为InGaAs，能够探测800～1700nm波长的光信号，探测带宽与光信号带宽想匹配，如同为11.7Gbps。所述跨阻放大器数据率为12.5Gbps。所述限幅放大器最大增益为60dB，信号检测门限范围为2～80mV，根据使用环境调节，如10mV。光信号由汇聚光学系统聚焦到光电二极管的光敏面上，光电二极管将光信号转化并解调为电信号，所述电信号由跨阻放大器提高信噪比(OSNR)，再由限幅放大器放大，最后由数字电信号输出接口输出。限幅放大器在跨阻放大器之后可对信号进行进一步的放大，当输入到限幅放大器的信号达到某一电平时，输出将不随输入信号的增加而变化，而维持在一定值上。

Claims (8)

1.一种厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，在电光转换部分中，数字电信号输入接口、激光器驱动电路、半导体激光器依次电连接，在半导体激光器器件外的出光光路上布设分光元件，在分光元件的两个分光光路上分别布设监测光电二极管、整形光学系统，监测光电二极管与激光器驱动电路电连接；数字电信号自数字电信号输入接口输入到激光器驱动电路，在由激光器驱动电路驱动半导体激光器发光的过程中，由数字电信号调制发光强度得到光信号，光信号经分光元件分光后，一路光束照射到监测光电二极管，由监测光电二极管向激光器驱动电路反馈监测电流，保护半导体激光器，另一路光束经由整形光学系统输出；在光电转换部分中，光电二极管的光敏面与汇聚光学系统的光轴垂直，所述光敏面位于汇聚光学系统的焦点处，光电二极管、跨阻放大器、限幅放大器、数字电信号输出接口依次电连接；光信号由汇聚光学系统聚焦到光电二极管的光敏面上，光电二极管将光信号转化并解调为电信号，所述电信号由跨阻放大器提高信噪比，再由限幅放大器放大，最后由数字电信号输出接口输出。

2.根据权利要求1所述的厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，激光器驱动电路能够驱动FP/DFB型激光二极管，调制电流范围为5～60mA，通过调节外部电阻阻值调整调制电流。

3.根据权利要求1所述的厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，半导体激光器由FP型激光二极管或者DFB型激光二极管担当。

4.根据权利要求1所述的厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，整形光学系统或者汇聚光学系统由一个直径为5mm、焦距为2.5mm的平凸球面镜担当。

5.根据权利要求1所述的厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，所述监测光电二极管输出的监测电流范围为18～1500μA，与激光器驱动电路要求的监视输入电流相匹配。

6.根据权利要求1所述的厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，所述光电二极管采用PIN光电二极管，半导体材料为InGaAs，能够探测800～1700nm波长的光信号，探测带宽与光信号带宽想匹配。

7.根据权利要求1所述的厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，所述跨阻放大器数据率为12.5Gbps。

8.根据权利要求1所述的厘米级近距离吉比特无线光通信装置，其特征在于，所述限幅放大器最大增益为60dB，信号检测门限范围为2～80mV。