CN208063208U - 一种远距离无线激光wifi通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于通信技术领域，公开了一种远距离无线激光WIFI通信系统,有线宽带网络、第一数字光端机、第一光放大器、第一波分复用器、第一光学天线依次连接，第一波分复用器与第一数字光端机的输入端连接；第一光学天线和第二光学天线设置在大气信道的两端；第二光学天线、第二波分复用器、第二数字光端机、无线路由器依次连接，第二数字光端机的输出端、第二光放大器、第二波分复用器依次连接。本实用新型解决了现有技术中WIFI信号覆盖范围小、带宽不足、传输安全性较差和通信信号易受干扰造成信号不稳定的问题，实现了远距离的WIFI信号覆盖、提高了无线WIFI通信带宽，使通信信号更稳定、更安全、延时更小。

Description

一种远距离无线激光WIFI通信系统

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种远距离无线激光WIFI通信系统。

背景技术

WIFI是一种帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体的互联网技术，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。同时，它也是在家里、办公室或在旅途中上网的快速、便捷的途径，是人们日常生活中几乎离不开的一种通信方式。WIFI热点信号辐射功率低，对人体健康没有影响，但覆盖范围一般在百米以内。

目前WIFI信号的中继和延伸覆盖范围的办法是通过WIFI中继器或无线网桥技术来实现。无线网桥技术是一种局域网络无线连接的技术，是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物，它可以无缝地将相隔数公里的局域网络连接在一起，创建统一的企业或城域网络系统。在最简单的网络构架中，网桥的以太网端口连接到局域网中的某个集线器或交换机上，信号发射端口则通过电缆和天线相连接；通过这样的方式实现网络系统的扩展。

目前无线网桥使用2.4G和5.8G频段信道传输，且用户十分拥挤，波束较宽，造成无线电干扰问题比较严重，同时无线电信道传输带宽通常只有几十兆或百兆量级，不能满足高安全性的大型宽带WIFI网的通信需求。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种远距离无线激光WIFI通信系统，解决了现有技术中带宽不足、安全性差、传输距离不足和通信信号易受干扰造成信号不稳定的问题。

本申请实施例提供一种远距离无线激光WIFI通信系统，包括：包括：第一数字光端机、第一光放大器、第一波分复用器、第一光学天线、第二光学天线、第二波分复用器、第二光放大器、第二数字光端机、无线路由器；

有线宽带网络通过电缆与所述第一数字光端机连接，所述第一数字光端机的输出端通过光纤与所述第一光放大器连接，所述第一光放大器通过光纤与所述第一波分复用器连接，所述第一波分复用器与所述第一光学天线连接；所述第一波分复用器与所述第一数字光端机的输入端通过光纤连接；

所述第一光学天线和所述第二光学天线设置在大气信道的两端；

所述第二光学天线通过光纤与所述第二波分复用器连接，所述第二波分复用器与所述第二数字光端机的输入端连接，所述第二数字光端机通过电缆与所述无线路由器连接；所述第二数字光端机的输出端通过光纤与所述第二光放大器连接，所述第二光放大器通过光纤与所述第二波分复用器连接。

优选的，所述远距离无线激光WIFI通信系统还包括还包括第一激光对准机构、第二激光对准机构；

所述第一光学天线的外壳通过螺钉固定在所述第一激光对准机构的顶部平台上，所述第二光学天线的外壳通过螺钉固定在所述第二激光对准机构的顶部平台上。

优选的，所述第一激光对准机构和所述第二激光对准机构的结构相同，均包括俯仰角度精密调节机构、方位角度精密调节机构、信标激光器、CCD相机、滤光片、显示器。

优选的，所述第一数字光端机和所述第二数字光端机的结构相同，均包括数字光发射机和数字光接收机；所述数字光发射机包括输入接口、线路编码、调制电路、光源、控制电路；所述数字光接收机包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器、自动增益控制电路。

优选的，所述第一光学天线的主镜为透射式或反射式，所述第二光学天线的主镜为透射式或反射式，在所述第一光学天线和所述第二光学天线的焦点处均安置有用于激光信号发射与接收的多模或单模收发共用光纤。

优选的，所述第一光学天线和所述第二光学天线的参数相同，口径为50-200mm，工作波长为1520-1560nm，光束发散角为0.1-2mrad，光束直径为2-10cm。

优选的，所述第一波分复用器和所述第二波分复用器结构相同，均为三端口结构。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，采用无线激光信道代替无线电信道传输信息，可以大幅度提高无线WIFI通信带宽，将WIFI信号传输带宽提高到千兆以上；采用激光信道传输信号，不受无线电辐射的干扰，使通信信号更加稳定、安全性更高、信号延时更小；采用波分复用器技术实现光学天线的发射激光与接收激光信号经过同一根光纤进出，保证了发射激光与接收激光的光轴相同，回避了常规的因激光发射端与接收端分置结构所带来的同轴调试困难，实现激光信号的双向稳定传输；通过无线激光传输和中继，还可以大幅延长WIFI信号覆盖范围和使用便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，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为本实用新型实施例提供的一种远距离无线激光WIFI通信系统的原理框图；

图2为激光对准机构的结构示意图；

图3为三端口波分复用器的框图；

图4为激光对准机构中倾斜台的结构示意图；

图5为激光对准机构中旋转台的结构示意图；

图6为数字光端机中数字光发射机部分的框图；

图7为数字光端机中数字光接收机部分的框图。

其中，1-有线宽带网络、2-第一数字光端机、3-第一光放大器、4-第一波分复用器、5-第一光学天线、6-第一角度调节机构、7-第一CMOS相机、8-第一滤光片、9-第一信标激光器、10-第二滤光片、11-第二CMOS相机、12-第二信标激光器、13-第二角度调节机构、14-第二光学天线、15-第二波分复用器、16-第二光放大器、17-第二数字光端机、18-无线路由器。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1：

实施例1提供的远距离无线激光WIFI通信系统包括第一数字光端机、第一光放大器、第一波分复用器、第一光学天线、第二光学天线、第二波分复用器、第二光放大器、第二数字光端机、无线路由器。

有线宽带网络通过电缆与所述第一数字光端机连接，所述第一数字光端机的输出端通过光纤与所述第一光放大器连接，所述第一光放大器通过光纤与所述第一波分复用器连接，所述第一波分复用器与所述第一光学天线连接；所述第一波分复用器与所述第一数字光端机的输入端通过光纤连接；所述第一光学天线和所述第二光学天线设置在大气信道的两端；所述第二光学天线通过光纤与所述第二波分复用器连接，所述第二波分复用器与所述第二数字光端机的输入端连接，所述第二数字光端机通过电缆与所述无线路由器连接；所述第二数字光端机的输出端通过光纤与所述第二光放大器连接，所述第二光放大器通过光纤与所述第二波分复用器连接。

实施例1采用无线激光信道代替无线电信道传输信息，可以大幅度提高无线WIFI通信带宽，将WIFI信号传输带宽提高到千兆以上；采用激光信道传输信号，不受无线电辐射的干扰，使通信信号更加稳定、安全性更高、信号延时更小。采用波分复用器技术实现光学天线的发射激光与接收激光信号经过同一根光纤进出，保证了发射激光与接收激光的光轴相同，回避了常规的因激光发射端与接收端分置结构所带来的同轴调试困难，保障了稳定的激光信号双向传输；可以实现1公里距离以上的WIFI信号覆盖，通过无线激光传输和中继，还可以大幅延长WIFI信号覆盖范围。

在实施例1的基础上添加激光对准机构构成实施例2。

实施例2：

实施例2提供的远距离无线激光WIFI通信系统如图1所示，包括第一数字光端机2、第一光放大器3、第一波分复用器4、第一光学天线5、第一激光对准机构、第二光学天线14、第二激光对准机构、第二波分复用器15、第二光放大器16、第二数字光端机17、无线路由器18。

其中，所述第一激光对准机构包括第一角度调节机构6、第一CMOS相机7、第一滤光片8、第一信标激光器9；所述第二激光对准机构包括第二滤光片10、第二CMOS相机11、第二信标激光器12、第二角度调节机构13。

有线宽带网络1通过电缆与所述第一数字光端机2连接，所述第一数字光端机2的输出端通过光纤与所述第一光放大器3连接，所述第一光放大器3通过光纤与所述第一波分复用器4连接，所述第一波分复用器4通过光纤与第一光学天线5连接，所述第一波分复用器4与所述第一数字光端机2的输入端通过光纤连接，所述第一光学天线5的外壳通过螺钉固定在所述第一激光对准机构的平台上；所述第一光学天线5和所述第二光学天线14设置在大气信道的两端；所述第二光学天线14的外壳通过螺钉固定在所述第二激光对准机构的平台上，所述第二光学天线14通过光纤与所述第二波分复用器15连接，所述第二波分复用器15经光纤与第二数字光端机17的输入端连接，所述第二数字光端机17通过电缆与所述无线路由器18连接；所述第二数字光端机17的输出端通过光纤与所述第二光放大器16连接，所述第二光放大器16通过光纤与所述第二波分复用器15连接。

其中，所述第一激光对准机构和所述第二激光对准机构的结构相同，均包括俯仰角度精密调节机构(如倾斜台)、方位角度精密调节机构(如旋转台)、信标激光器、CMOS相机、滤光片、显示器，如图2所示。信标激光器采用800nm波段半导体激光器，功率10-20mW，CMOS相机可以采用普通市售的相机，滤光片的透过波长应与激光器的发射波长相匹配。所述第一光学天线5与所述第二光学天线14的准确对准是实施系统通信的前提条件。激光对准操作流程为：首先，位于大气信道两端的信标激光器分别向对方发射信标激光，信标激光经滤光片后被CMOS相机接收，通过与CMOS相机连接的显示器观察接收激光光斑位置，通过手动调节位于大气信道两端的倾斜台(如图4所示)和旋转台(如图5所示)，使得所述第一光学天线5和所述第二光学天线14的光轴逐渐对准，直至双方信标激光光斑位于显示器的中心位置，此时完成了激光对准调试。激光对准机构的角度调节精度可达0.01mrad(毫弧度)。

网络通信需要双向通信，为了保证收发光信号的隔离度，激光收发需要使用不同的波长。因此所述第一数字光端机2和所述第二数字光端机17的发射激光波长是不同的，可以设计所述第一数字光端机2的激光发射波长为1530nm，所述第二数字光端机17的激光发射波长为1550nm，或设计为其它两个不同工作波长。除了两个光端机的发射激光波长不同外，其它部分在功能与结构上是一样的，均包括数字光发射机和数字光接收机。其中，数字光发射机主要由输入接口、线路编码、调制电路、光源和控制电路模块组成，如图6所示；数字光接收机主要由光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路等模块组成，如图7所示。

所述第一光学天线5和所述第二光学天线14的主镜均可以为透射式或反射式。所述第一光学天线5和所述第二光学天线14的结构和参数相同，口径为50-200mm，工作波长为1520-1550nm，光束发散角为0.1-2mrad，光束直径为2-10cm。

所述第一波分复用器4和所述第二波分复用器15结构相同，均为三端口结构，如图3所示。光纤采用单模或多模形式，用于将激光发射信号和接收信号耦合进一根光纤里传输，实现收发端共用一根光纤，保证收发信号的共轴，回避了常规的因激光发射端与接收端分置结构所带来的同轴调试困难，实现激光信号的双向稳定传输。波分复用器内部分光器件采用介质膜或光栅或阵列波导光栅型(AWG)，工作波长为1530nm和1550nm，或1520-1560nm间的某两个波长。

本实用新型提供的远距离无线激光WIFI通信系统中所述有线宽带网络1与所述第一数字光端机2相连，所述第一数字光端机2完成发送信号的编码与电光调制，光信号经过所述第一光放大器3做功率放大后进入所述第一波分复用器4，所述第一波分复用器4与所述光学天线5的收发光纤相连，通过所述第一激光对准机构将调制激光信号定向发射出去。信号经过大气信道传输后到达接收端。接收端的所述第二光学天线14将接收激光信号聚焦耦合进收发光纤里，收发光纤与所述第二波分复用器15连接，所述第二波分复用器15与第二数字光端机17连接，所述第二数字光端机17进行光电转换与信号解调，解调出的电信号通过电缆与所述无线路由器18连接，由所述无线路由器18的天线辐射WIFI信号，供移动终端(如手机、手持PAD、带网卡笔记本电脑)上网接入用。

网络通信为双向通信，下面分别解释两个方向的信号传递过程。

正向信号传递过程如下：

所述第一数字光端机2将所述有线宽带网络1传输来的电信号转化为光信号，所述第一光放大器3将光信号进行放大后送入所述第一波分复用器4，所述第一光学天线5将来自所述第一波分复用器4的光信号发射到所述大气信道中，所述第二光学天线14接收经所述大气信道传输后的光信号并送入所述第二波分复用器15里，所述第二数字光端机17将来自所述第二波分复用器15的光信号转换为电信号并传输至所述无线路由器18中，所述无线路由器18发射WIFI信号。

反向信号传递过程如下：

所述无线路由器18接收来自移动终端的电信号并传输至所述第二数字光端机17中，所述第二数字光端机17将所述电信号转换为光信号，所述第二光放大器16将光信号进行放大并送入所述第二波分复用器15里，所述第二光学天线6将来自所述第二波分复用器15的光信号发射到所述大气信道中；所述第一光学天线5接收光信号并送入所述第一波分复用器4里，所述第一数字光端机2将来自所述第一波分复用器4的光信号转换为电信号并传送至所述有线宽带网络1。

正向与反向的信号传递过程中，均通过所述第一激光对准机构和所述第二激光对准机构进行俯仰角度和方位角度的精密调节，使得所述第一光学天线5和所述第二光学天线14的光轴互相对准，保证光信号在大气信道两端之间进行精准传递。

由于激光频率比微波频率高3-5个数量级，因此激光通信容量也远远高于微波通信。由于无线激光束散角非常小，只有mrad(毫弧度)级，信号传输途中很难被截获，因此有利于保密通信。本实用新型提供的一种远距离无线激光WIFI通信系统中涉及的无线激光通信系统主要由数字光端机、光放大器、波分复用器、光学天线、激光对准机构组成。待发送的电信息经数字光端机进行调制、编码和电光转换，将电脉冲调制到由激光器产生的光载波上形成光脉冲，再通过光放大器、波分复用器、光学天线和激光对准机构将光脉冲信号定向发射到接收端。光脉冲信号经大气信道传输，到达接收端，光学接收天线将接收到的光信号经波分复用器传输到数字光端机接收端口，由数字光端机做光电转换和信号解调，再通过电缆和无线路由器相连接，无线路由器通过天线发射WIFI信号，从而实现网络系统的扩展或延伸。

本实用新型实施例提供的一种远距离无线激光WIFI通信系统至少包括如下技术效果：

在本申请实施例中，采用无线激光信道代替无线电信道传输信息，可以大幅度提高无线WIFI通信带宽，将WIFI信号传输带宽提高到千兆以上；采用激光信道传输信号，波束窄，保密性好，不受无线电辐射的干扰，使通信信号更加稳定，信号延时更小；采用波分复用器技术实现光学天线的发射激光与接收激光信号经过同一根光纤进出，保证了发射激光与接收激光的光轴相同，回避了常规的因激光发射端与接收端分置结构所带来的同轴调试困难，实现激光信号的双向稳定传输；通过无线激光传输和中继，还可以大幅延长WIFI信号覆盖范围。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种远距离无线激光WIFI通信系统，其特征在于，包括：第一数字光端机、第一光放大器、第一波分复用器、第一光学天线、第二光学天线、第二波分复用器、第二光放大器、第二数字光端机、无线路由器；

有线宽带网络通过电缆与所述第一数字光端机连接，所述第一数字光端机的输出端通过光纤与所述第一光放大器连接，所述第一光放大器通过光纤与所述第一波分复用器连接，所述第一波分复用器与所述第一光学天线连接；所述第一波分复用器与所述第一数字光端机的输入端通过光纤连接；

所述第一光学天线和所述第二光学天线设置在大气信道的两端；

所述第二光学天线通过光纤与所述第二波分复用器连接，所述第二波分复用器与所述第二数字光端机的输入端连接，所述第二数字光端机通过电缆与所述无线路由器连接；所述第二数字光端机的输出端通过光纤与所述第二光放大器连接，所述第二光放大器通过光纤与所述第二波分复用器连接。

2.根据权利要求1所述的远距离无线激光WIFI通信系统，其特征在于，还包括第一激光对准机构、第二激光对准机构；

所述第一光学天线的外壳通过螺钉固定在所述第一激光对准机构的顶部平台上，所述第二光学天线的外壳通过螺钉固定在所述第二激光对准机构的顶部平台上。

3.根据权利要求2所述的远距离无线激光WIFI通信系统，其特征在于，所述第一激光对准机构和所述第二激光对准机构的结构相同，均包括俯仰角度精密调节机构、方位角度精密调节机构、信标激光器、CCD相机、滤光片、显示器。

4.根据权利要求1或2所述的远距离无线激光WIFI通信系统，其特征在于，所述第一数字光端机和所述第二数字光端机的结构相同，均包括数字光发射机和数字光接收机；所述数字光发射机包括输入接口、线路编码、调制电路、光源、控制电路；所述数字光接收机包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器、自动增益控制电路。

5.根据权利要求1或2所述的远距离无线激光WIFI通信系统，其特征在于，所述第一光学天线的主镜为透射式或反射式，所述第二光学天线的主镜为透射式或反射式，在所述第一光学天线和所述第二光学天线的焦点处均安置有用于激光信号发射与接收的多模或单模收发共用光纤。

6.根据权利要求1或2所述的远距离无线激光WIFI通信系统，其特征在于，所述第一光学天线和所述第二光学天线的参数相同，口径为50-200mm，工作波长为1520-1560nm，光束发散角为0.1-2mrad，光束直径为2-10cm。

7.根据权利要求1或2所述的远距离无线激光WIFI通信系统，其特征在于，所述第一波分复用器和所述第二波分复用器结构相同，均为三端口结构。