TW201528704A - 一１０－Ｇｂｐｓ全球互通微波存取光傳輸系統 - Google Patents

一１０－Ｇｂｐｓ全球互通微波存取光傳輸系統 Download PDF

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TW201528704A
TW201528704A TW103100457A TW103100457A TW201528704A TW 201528704 A TW201528704 A TW 201528704A TW 103100457 A TW103100457 A TW 103100457A TW 103100457 A TW103100457 A TW 103100457A TW 201528704 A TW201528704 A TW 201528704A
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Hai-Han Lu
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Abstract

我們提出了架構，利用垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)和空間光調製器(SLM)，產生16-QAM的正交分頻多工(OFDM)調變訊號應用在10Gbps全球互通微波存取(WiMAX)光傳輸系統。在接收端的部分我們利用等化器以及低雜訊放大器使得訊號擁有良好的誤碼率(BER)和清晰的星座圖。我們成功的驗證了全球互通微波存取(WiMAX)光傳輸系統，在6公尺的自由空間中傳輸了16-QAM-正交分頻多工(OFDM)信號，並且達到10 Gbps的數據傳輸速率。這10-Gbps全球互通微波存取(WiMAX)的光傳輸系統將吸引網路和電信業者的關注。我們提出的這系統將適用於可見雷射光光通訊(VLLC)於自由空間的光傳輸系統。

Description

一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統
本發明為光通訊技術領域，而本發明是以新穎的的可見雷射光光通訊為主體，並以近年來備受矚目的正交分頻多工(OFDM)方式進行資料應用在全球互通微波存取(WiMAX)光傳輸系統。
利用可見雷射光光通信(VLLC)波長介於375-780 nm間的雷射二極體(Laser Diode；LD)為可見光通訊媒介來取代無線電波(Radio Frequency；RF)傳輸資料的無線網路，便可以達到在室內傳輸高速無線光通訊技術的新突破。作為在室內短距離的無線通訊系統光源是具有前瞻性的趨勢，而且可以達到具有高頻寬、高保密性、低成本等優點，能作為應用於電腦、PDA、手機等通訊產品。其所能帶來之效應和發展空間可說是相當龐大。
全球互通微波存取(WiMAX)光傳輸技術結合了光通信和無線通信系統的優點，其具有高速的傳輸數據及廣大覆蓋面積使得它在自由空間光傳輸系統更具有前瞻性。隨著WiMAX引進到光學無線網絡，透過可見雷射光光通信(VLLC)系統，我們可以得到更高的傳輸數據速率和更長的自由空間傳輸距離。近幾年，VLLC受到熱烈關注，由於比起 尺的自由空間傳輸，如圖1所示。雷射筆雷射的規格表示為“波長/顏色/功率”分別是671nm/紅色/5mW和532nm/綠色/5mW。此外還利用由Tektronix任意波行產生器(Arbitrary Wavelength Generation,AWG)101產生一組210-1的500 Mbps偽隨機二進制序列(Pseudorandom Binary Sequence,PRBS)透過1×2電分歧器102分別對紅色雷射筆雷射及綠色雷射筆雷射進行直接調變。
調變後的紅光與綠光經由傳輸10公尺後達到PIN光檢測器(PIN-Photodiode,PIN-PD)105、106。PIN-PD的檢測波長範圍為350-1100nm而響應度為0.65 mA/mW。然後接收的信號經由放大率約4.5 dB的低雜訊前置放大器(Pre Amplifier)107、108進行放大。接著透過自適應濾波器(Adaptive Filter)109、110執行錯誤的更正，在來由2組500 Mbps的資料信號經由2×1多工器(Multiplexer)111將其結合，最後將資料信號傳送到誤碼率檢測器(Bits Error Rate Tester,BERT)112對誤碼率做分析和眼圖的評估。
實施例二：本發明
我們提出的10-Gbps光傳輸的WiMAX系統，如圖2所示，我們分別應用了VCSEL和SLM傳輸了6公尺的自由空間的16-QAM OFDM調變訊號。我們採用VCSEL可調變頻寬為5.2GHz、波長範圍為678.5-680.5nm的紅光雷射，直接調變10Gbps/5GHz 16-QAM-OFDM訊號。該16-QAM-OFDM訊號由MATLAB程序產生並上傳到泰克任意波形發生器(AWG)。16-QAM-OFDM信號由128個副載波，FFT為 傳統的無線電頻率(RF)的無線通信，VLLC擁有許多優勢。本項發明中我們利用VCSEL搭配空間光調製器(SLM)，調變16 QAM的正交頻分多工(OFDM)訊號在6公尺的自由空間傳輸。這是一項具有潛力的技術，不但可以得到有效的頻譜使用效率和具有高度的色散容忍度使得系統有更好的傳輸性能。我們也成功的透過WiMAX光傳輸系統達到6公尺的自由空間傳輸10-Gbps訊號。
201‧‧‧產生OFDM之程式碼(Generated Offline MATLAB Pogram)
202‧‧‧任意波形產生器(Arbitrary Wavelength Generator AWG)
203‧‧‧垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser VCSEL)
204‧‧‧平-凸透鏡(Plane-Convex lens)
205‧‧‧空間光調製器(Spatial Light Modulator SLM)
206‧‧‧光電檢測器(Potodiode PD)
207‧‧‧等化器(Equalizer)
208‧‧‧低雜訊放大器(Low Noise Amplifier LNA)
209‧‧‧通信信號分析儀(Communication signal analyzer CSA)
210‧‧‧分析OFDM之程式碼(Processed Offline MATLAB Program)
圖一：「利用分波多工器所構成傳輸10公尺及500Mbps的可見光傳輸系統」之先前技術架構圖；圖二：為本發明所提出一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統實驗架構圖；圖三：此圖為本發明所提出一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統之等化器示意圖；圖四：此圖為本發明所提出一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統之等化器電路圖；圖五：此圖為本發明所提出一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統架構後誤碼率曲線圖和對應星座圖。
實施例一：先前技術
本發明所提出的分波多工可見光通訊系統架構是採用紅色雷射筆雷射103和綠色雷射筆雷射102並且直接調變資料信號，而後透過一個10公 512，每秒10G的取樣率，和中心頻率(IF)為5GHz來表示。從VCSEL發射光源後，光發散射入凸透鏡使光束變換成平行光，在自由空間中傳輸，進入SLM，透過SLM將光聚焦在光檢測器(PD)。SLM(LCOS-SLM)是一種基於矽液晶(LCOS)技術，其中透過電壓來控制液晶。
它具有1920×1080的半透明液晶像素，每個像素的間距為8 nm，和15.36 x 8.64毫米的主動區。透過SLM來調變光的振幅或相位，每個像素是透過電腦計算控制。我們將Fresnel透鏡應用在SLM使它如動態凸透鏡般能將平行光將聚焦到一個點。而SLM與焦點之間的距離則為Fresnel透鏡的焦距。VCSEL和SLM相距為5公尺，而SLM和高頻寬的PD相距1公尺。這表示著我們成功的將調變光傳輸超過6公尺的自由空間距離，然後進入光檢測器(PD)。高頻寬的光檢測器(PD)能檢測的波長範圍為320-1000nm，與主動區直徑為0.04毫公尺和0.43毫安/mW(在680 nm)響應。所接收到的信號，然後通過等化器對數據訊號的處理後，在經由低雜訊放大器使訊號達到3.8dB。最後16-QAM的OFDM訊號由OFDM分析儀解析以及通信信號分析儀(CSA)分析，並利用MATLAB程式來評估此訊號的誤碼率與所對應的星座圖。此外為了分析眼圖，利用信號產生器產生10Gbps/5GHz數據應用在發射端的直調VCSEL。經過6公尺的自由空間傳輸，經由接收後將訊號降頻混合5 GHz的正弦訊號，然後透過數位通訊分析儀(DCA)分析訊號。
201‧‧‧產生OFDM之程式碼(Generated Offline MATLAB Program)
202‧‧‧任意波形產生器(Arbitrary Wavelength Generator AWG)
203‧‧‧垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser VCSEL)
204‧‧‧平-凸透鏡(Plane-Convex lens)
205‧‧‧空間光調製器(Spatial Light Modulator SLM)
206‧‧‧光電檢測器(Photodiode PD)
207‧‧‧等化器(Equalizer)
208‧‧‧低雜訊放大器(Low Noise Amplifier LNA)
209‧‧‧通信信號分析儀(Communication signal analyzer CSA)
210‧‧‧分析OFDM之程式碼(Processed Offline MATLAB Program)

Claims (6)

  1. 一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統，包含：一產生OFDM之程式碼、一任意波形產生器、一垂直共振腔面射型雷射、兩組透鏡、一射空間光調製器、一光電檢測器、一等化器、一低雜訊放大器、一通信信號分析儀、一分析OFDM之程式碼；其中，使用該OFDM訊號的程式碼產生一OFDM訊號並送入一任意波形產生器使之成為一訊號發射端，所輸出的訊號源直接調變一垂直共振腔面射型雷射，在採用一組透鏡調整可見雷射光的輸出光行使之成為平行光束，經過一段自由空間傳輸之後再使用另一透鏡使平行光束聚焦在一光電檢測器，藉由該光電檢測器將光域上的訊號轉變成電域上的訊號，接著經由一等化器使訊號優化後再由一低雜訊放大器來提高輸出功率與抑制雜訊功率，最後進入一通信信號分析儀，該通信信號分析儀擷取一有效資料區間傳送至一分析OFDM之程式碼進行誤碼率的量測與星座圖的分析。
  2. 如申請專利範圍第1項所述一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統，其中SLM(LCOS-SLM)是一種基於矽液晶(LCOS)技術，其中透過電壓來控制液晶。它具有1920×1080的半透明液晶像素，每個像素的間距為8 nm，和15.36 x 8.64毫米的主動區。
  3. 如申請專利範圍第1項所述一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統，其中光電檢測器(PD)能檢測的波長範圍為320-1000nm，與主動區直徑為0.04 mm和0.43 mA/mW的轉換效率(在波長為680 nm)
  4. 如申請專利範圍第1項所述一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統，其中該自由空間之傳輸距離為6公尺。
  5. 如申請專利範圍第1項所述一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統，其中該垂直共振腔面射型雷射VCSEL可調變頻寬為5.2GHz、波長範圍為678.5-680.5nm的紅光雷射。
  6. 如申請專利範圍第1項所述一10-Gbps全球互通微波存取光傳輸系統，其中該產生OFDM之程式碼產生一組128個副載波、FFT為512，每秒10G的取樣率和5GHz的中心頻率。
TW103100457A 2014-01-07 2014-01-07 一１０－Ｇｂｐｓ全球互通微波存取光傳輸系統 TW201528704A (zh)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105071856A (zh) * 2015-08-17 2015-11-18 哈尔滨理工大学 基于ofdm的led可见光通信系统
CN107204929A (zh) * 2017-05-16 2017-09-26 湖南大学 基于激光可见光通信的无线路由器

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CN105071856A (zh) * 2015-08-17 2015-11-18 哈尔滨理工大学 基于ofdm的led可见光通信系统
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