TWI578722B - Optical communication system and optical communication transmission device - Google Patents

Description

光通訊系統及光通訊發送裝置

本發明係有關於一種光通訊系統，特別係有關於提升以太陽能板為光通訊接收器時之傳輸速率之光通訊系統及光通訊發送裝置。

隨著網際網路的快速發展，物聯網(Internet of Things，IOT)之技術不但越來越受到各界的重視，也廣泛運用於不同的生活領域中。

所謂物聯網是種基於網際網路而讓物聯網內所有具有網路連線能力之實體物件實現互聯互通的網路，在物聯網內每個實體物件都可以透過網路被存取或是操控，通過物聯網可以對設備、機器、及物品等進行集中管理與操控，其應用範圍相當廣泛，例如：智慧生活環境、健康醫療及物品防盜等。

光通訊系統是一種以光波作為傳輸媒介的一種通訊系統，雖然光波與無線電波都是屬於電磁波的一種，但是光波的頻率要高於無線電波，且光波的波長比無線電波的波長短，這樣的特性使得光通訊系統有著高安全性、無電磁波干擾(EMI，Electromagnetic Interference)及資訊容量高等優點。

常見的光通訊系統使用光纖、雷射、紅外線或紫外線等。如果按照波長來區分的話可分為不可見光通訊系統及可見光通訊系統，不過此兩種通訊系統皆可用來進行資訊的傳輸。

由於光通訊有著高安全性、無電磁波干擾及資訊容量高等優點，此外，由於光通訊具有無電磁波干擾的特性，使得光通訊系統可以被運用在醫院、飛機等特殊場所，是一種適合用於物聯網中的通訊方式。

光通訊系統中所使用的接收器分為主動式接收器及被動式接收器。其中主動式接收器因需要在接收器上外接電源以提供額外的電能來驅動接收器，會使得裝上主動式接收器的設備接的體積增加，且需要時常的更換電池使得持續使用時間不足，又或者是需以電源線連接供電裝置造成設備無法任意改變位置，較不適合用於物聯網中。被動式接收器則因為頻率響應速率較慢，造成接收到的訊號頻寬速率有限。

現今已有技術以太陽能板作為光通訊系統的接收器，此技術是利用太陽能板接收照明光線，並從太陽能板的電訊號輸出的波型變化中取得照明光線中所包含的資訊。

然而，太陽能板在作為光通訊系統的接收器時為一種被動式接收器，如第一圖所示，其為運用太陽能板作為光通訊系統的接收器時傳輸速率之眼圖，從第一圖可知在使用太陽能板作為光通訊系統的接收器時其傳輸速率僅能在0.01Mbit/s左右，因此勢必要有一種光通訊系統用以改善太陽能板作為光通訊系統的接收器之傳輸速度。

本發明之目的，係提供一種光通訊系統，藉由調變數位訊號之振幅達到提升以太陽能板作為光通訊系統之接收器時的傳輸速度。

本發明之目的，係提供一種光通訊發送裝置，用以調變數位訊號之振幅。

為達上述之指稱之各目的與功效，本發明之一實施例係揭示一種光通訊系統，其包含一光通訊發送裝置及一光通訊接收裝置。該光通訊發送裝置包含一調變單元及一光源單元。該光通訊接收裝置包含一太陽能板。至少一數位訊號調變後該光源單元發送至少一光訊號至該太陽能板，該太陽能板產生至少一電訊號，透過該至少一電訊號變化取得該至少一數位訊號。

於本發明之一實施例中，其中該至少一數位訊號包含一第一區間及一第二區間，當該至少一數位訊號為高準位訊號時，該調變單元將該第二區間之振幅降低，當該至少一數位訊號為低準位訊號時，該調變單元將該第二區間之振幅提高。

於本發明之一實施例中，該至少一電訊號為電壓或電流。

於本發明之一實施例中，當該至少一電訊號為高電壓或高電流時，該至少一數位訊號為高準位訊號，當該至少一電訊號為低電壓或低電流時，該至少一數位訊號為低準位訊號。

於本發明之一實施例中，當該至少一電訊號為高電壓或高電流時，該至少一數位訊號為低準位訊號，當該至少一電訊號為低電壓或低電流時，該至少一數位訊號為高準位訊號。

於本發明之一實施例中，其中該光通訊發送裝置更包含一控制單元，該控制單元發送一控制訊號至該調變單元，該調變單元依據該控制訊號調整該第一區間與該第二區間之比例或/及振幅。

於本發明之一實施例中，其中該控制單元是依據該太陽能板之頻寬限制調整該第一區間與該第二區間之比例或/及振幅。

於本發明之一實施例中，其中該光通訊接收裝置更包含一蓄電單元，該蓄電單元藉由該至少一電訊號充電。

於本發明之一實施例中，其中更包含一電子裝置，該電子裝置電性連接該光通訊接收裝置。

於本發明之一實施例中，其中該光通訊接收裝置發送該至少一數位訊號至該電子裝置。

於本發明之一實施例中，其中該蓄電單元供應該電子裝置於運作時所需之電能。

於本發明之一實施例中，其中該光源單元將該至少一光訊號以可見光或不可見光之形式發出。

於本發明之一實施例中，其中該蓄電單元為電容器或電池。

此外，本發明提供另一種光通訊發送裝置，包含一調變單元及一光源單元，用以調變至少一數位訊號，並將該至少一調變後之數位訊號以可見光或不可見光之形式發出。

於本發明之一實施例中，該光通訊發送裝置更包含一控制單元，用以控制該調變單元。

於本發明之一實施例中，其中該控制單元是依據一接收端之頻寬限制控制該調變單元。

於本發明之一實施例中，該光源單元將該至少一光訊號以可見光 或不可見光之形式發出。

10‧‧‧光通訊發送裝置

101‧‧‧調變單元

103‧‧‧光源單元

105‧‧‧電源供應單元

107‧‧‧控制單元

30‧‧‧光訊號

50‧‧‧光通訊接收裝置

501‧‧‧太陽能板

503‧‧‧蓄電單元

70‧‧‧數位訊號

701‧‧‧第一區間

703‧‧‧第二區間

80‧‧‧調變訊號

90‧‧‧電子裝置

第一圖：其為運用太陽能板作為光通訊系統的接收器時傳輸速率在0.01Mbit/s時之眼圖；第二圖：其為本發明之第一實施例之光通訊系統之方塊圖；第三A圖：其為本發明之第一實施例之光通訊系統之高準位調變示意圖；第三B圖：其為本發明之第一實施例之光通訊系統之低準位調變示意圖；第四圖：其為本發明之第一實施例之光通訊系統之傳輸速率與位元錯誤率折線圖及眼圖；第五圖：其為本發明之第二實施例之光通訊系統之方塊圖；以及第六圖：其為本發明之第三實施例之光通訊系統之方塊圖。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：先前之技術中，運用太陽能板作為光通訊系統的接收器時傳輸速率不佳，因此本發明提出一種於光訊號發送前預先調變光訊號之振幅，以提升運用太陽能板作為光通訊系統的接收器時的傳輸速率。

於此說明為達成本發明之第一實施例之光通訊系統所需之裝置，請參閱第二圖，其係為本發明之第一實施例之光通訊系統之方塊圖。如圖所示，本發明之光通訊系統包含：一光通訊發送裝置10 及一光通訊接收裝置50。該光通訊發送裝置10發送至少一光訊號30至該光通訊接收裝置50。

在此先說明該光通訊發送裝置10，該光通訊發送裝置10包含：一調變單元101、一光源單元103及一電源供應單元105。該調變單元101電性連接該光源單元103。該電源供應單元105電性連接該調變單元101及該光源單元103。該調變單元101用以調變數位訊號成調變訊號。該光源單元103用以將調變訊號以可見光(例如：雷射或LED)或不可見光(例如：紅外線或紫外線)之形式發出。該電源供應單元105提供該調變單元101及該光源單元103於運作時所需之電能。

接著說明該光通訊接收裝置50，該光通訊收裝置50包含：一太陽能板501及一蓄電單元503。該太陽能板501收受光線後會產生電訊號，透過該至少一電訊號變化取得該數位訊號，其中該至少一電訊號為電壓或電流。該蓄電單元503為電池或電容器用以儲存電能。

於此說明本發明之光通訊系統執行時之流程，請搭配第二圖並參閱第三A圖及第三B圖，其為本發明之第一實施例之光通訊系統之高準位調變示意圖及低準位調變示意圖。該調變單元101接收至少一數位訊號70，當該至少一數位訊號70為高準位訊號或低準位訊號，該至少一數位訊號70包含一第一區間701及一第二區間703。如第三A圖所示，當該調變單元101所接收到的該至少一數位訊號70為高準位訊號時，該調變單元101將該至少一數位訊號70之該第二區間703之振幅降低，使該至少一數位訊號70成為至少一調變訊號80；如第三B圖所示，當該調變單元101所接收到的該至 少一數位訊號70為低準位訊號時，該調變單元101將該至少一數位訊號70之該第二區間703之振幅提升，使該至少一數位訊號70成為至少一調變訊號80。該至少一數位訊號70經調變成至少一調變訊號80後，該光源單元103接收該至少一調變訊號80，並依據該至少一調變訊號80發出該至少一光訊號30。

該光通訊接收裝置50之該太陽能板501接收該至少一光訊號30，太陽能板501在收受該至少一光訊號30後會產生至少一電訊號，透過該至少一電訊號變化取得該至少一數位訊號70，當該至少一電訊號為高電壓或高電流時，該至少一數位訊號70為高準位訊號，當該至少一電訊號為低電壓或低電流時，該數位訊號70為低準位訊號，亦可是高電壓或高電流代表低準位訊號，低電壓或低電流代表高準位訊號。舉例而言，當該至少一電訊號為電壓時，電壓5伏特代表該數位訊號70為高準位訊號，電壓為1伏特代表該數位訊號70為低準位訊號；該至少一電訊號為電流時，電流5安培代表該數位訊號70為低準位訊號，電流1安培代表該數位訊號70為高準位訊號。

因為太陽能板作為光通訊系統之接收器時為一種被動式接收器，且會有低頻率通過之特性，該光源單元103依據該至少一調變訊號80所發出之該至少一光訊號30會在該太陽能板501接收到後產生訊號變形，而於本發明中該至少一調變訊號80以依據上述之調變改變振幅並由該光源單元103以光訊號之形式發出後，該太陽能板501收受該至少一光訊號30所產生之該至少一電訊號之變化會因為變形而從該至少一調變訊號80還原成該至少一數位訊號70。換而言之，本發明利用太陽能板之特性使得該光通訊接收裝置 50不需要以解調變單元來解調變調變訊號即可取得數位訊號。該蓄電單元503藉由該至少一電訊號充電。

接著請參閱第四圖，其為本發明之第一實施例之光通訊系統之傳輸速率與位元錯誤率折線圖及眼圖，如圖所示，依據本發明之第一實施例之光通訊系統進行光通訊時，在傳輸速率達0.4Mbit/s時依然可以有良好的傳輸效能。

於此即完成本發明之光通訊系統之第一實施例，藉由預先調變訊號振幅之方法提升以太陽能板作為光通訊系統之接收器時之傳輸效率，亦可以使得接收器不需要有解調變單元，達到提高效能及節省成本之功效。

接著說明本發明之第二實施例之光通訊系統，請參閱第五圖，其為本發明之第二實施例之光通訊系統之方塊圖，如圖所示，本實施例與第一實施例之差異在於，該光通訊發送裝置10更包含有一控制單元107，該控制單元107電性連接該調變單元101。

不同頻寬的太陽能板會讓所接收到的訊號有不同程度的變形，因此，需要因應太陽能板之頻寬限制讓該調變單元101對該至少一數位訊號70進行不同的調變。於本實施例執行時，該控制單元107依據該太陽能板501之頻寬限制發送一控制訊號至該調變單元101，該調變單元101依據該控制訊號調整該第一區間701與該第二區間703之比例或/及振幅大小。

舉例而言，當該太陽能板501之頻寬限制為1k時，該控制單元107所發出之該控制訊號會控制該調變單元101，使得該第一區間701與該第二區間703之比例為1：1，且當該至少一數位訊號70為高 準位時，該第二區間703之振幅調整之幅度為高準位訊號的78%，且當該至少一數位訊號70為低準位時，該第二區間703之振幅調整之幅度為高準位訊號的76%。本實施例其餘之部分與第一實施例相同，於此不再贅述。

藉由本發明之光通訊系統之第二實施例，可以依據不同的太陽能板之頻寬限制，改變調變訊號振幅之方法提升以太陽能板作為光通訊系統之接收器時之傳輸效率，使得光通訊接收端可使用任意種類之太陽能板，提高了本發明之通用性，亦可以使得接收器不需要有解調變單元，達到提高效能及節省成本之功效。

接著說明本發明之第三實施例之光通訊系統，請參閱第六圖，其為本發明之第三實施例之光通訊系統之方塊圖，如圖所示，本實施例與第二實施例之差異在於，更包含有一電子裝置90，電性連接該光通訊接收裝置50。該電子裝置90為可依據該至少一數位訊號70產生動作之電子裝置，該蓄電單元503供應該電子裝置90所需之電能。

舉例而言，該電子裝置90可為太陽能熱水器，使用者可以藉由該光通訊發送裝置10發送訊號控制或設定太陽能熱水器，該蓄電單元503則供應太陽能熱水器於熱水時所需之電能。

舉例而言，該電子裝置90可為太陽能板之轉動裝置，使用者可以藉由該光通訊發送裝置10發送訊號調整太陽能板之方向及姿態，該蓄電單元503則供應轉動裝置於轉動時所需之電能。

舉例而言，該電子裝置90可為另一個光通訊發送裝置10，使用者可以藉由此另一光通訊發送裝置10加長數位訊號傳輸之距離，該 蓄電單元503則供應此另一光通訊發送裝置10於發送光訊號時所需之電能。

於本發明之一實施例中，實際使用時，該至少一數位訊號70可為複數個數位訊號70，該調變單元101調變該些數位訊號70成為複數個調變訊號80，該光源單元103依據該些調變訊號80發出複數個光訊號30，該太陽能板501收受該些光訊號產生複數個電訊號，透過該些電訊號變化取得該些數位訊號70。舉例而言，於實際使用時，複數個數位訊號70為0101，透過該調變單元101調變後經由該光源單元103發出複數個光訊號30，該太陽能板501收受該些光訊號30時所產生複數個電訊號為；低電壓、高電壓、低電壓、高電壓，透過該些電訊號變化可取得該些數位訊號70為0101。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10‧‧‧光通訊發送裝置

101‧‧‧調變單元

103‧‧‧光源單元

105‧‧‧電源供應單元

30‧‧‧光訊號

50‧‧‧光通訊接收裝置

501‧‧‧太陽能板

503‧‧‧蓄電單元

Claims (13)

1. 一種光通訊系統，其包含：一光通訊發送裝置，包含一調變單元及一光源單元及一控制單元，該調變單元接收至少一數位訊號，輸出至少一調變訊號至該光源單元，該光源單元依據該至少一調變訊號發送至少一光訊號，其中該至少一數位訊號包含一第一區間及一第二區間，其中當該至少一數位訊號為高準位訊號時，該調變單元將該第二區間之振幅降低，當該至少一數位訊號為低準位訊號時，該調變單元將該第二區間之振幅提高，其中該控制單元發送一控制訊號至該調變單元，該調變單元依據該控制訊號調整該第一區間與該第二區間之比例或/及振幅；以及一光通訊接收裝置，包含一太陽能板，其中該太陽能板收受該至少一光訊號產生至少一電訊號，透過該至少一電訊號變化取得該至少一數位訊號。
2. 如專利申請範圍第1項所述之光通訊系統，其中該至少一電訊號為電壓或電流。
3. 如專利申請範圍第2項所述之光通訊系統，其中當該至少一電訊號為高電壓或高電流時，該至少一數位訊號為高準位訊號，當該至少一電訊號為低電壓或低電流時，該至少一數位訊號為低準位訊號。
4. 如專利申請範圍第2項所述之光通訊系統，其中當該至少一電訊號為高電壓或高電流時，該至少一數位訊號為低準位訊號，當該至少一電訊號為低電壓或低電流時，該至少一數位訊號為高準位訊號。
5. 如專利申請範圍第1項所述之光通訊系統，其中該控制單元是依據該太陽能板之頻寬限制調整該第一區間與該第二區間之比例或/及振幅。
6. 如專利申請範圍第1項所述之光通訊系統，其中該光通訊接收裝置更包含一蓄電單元，該蓄電單元藉由該至少一電訊號充電。
7. 如專利申請範圍第6項所述之光通訊系統，其中更包含一電子裝置，該電子裝置電性連接該光通訊接收裝置。
8. 如專利申請範圍第7項所述之光通訊 系統，其中該電子裝置接收該至少一數位訊號，該蓄電單元供應該電子裝置於運作時所需之電能。
9. 如專利申請範圍第1項所述之光通訊系統，其中該光源單元將該至少一光訊號以可見光或不可見光之形式發出。
10. 如專利申請範圍第1項所述之光通訊系統，其中該蓄電單元為電容器或電池。
11. 一種光通訊發送裝置，其包含：一調變單元，接收至少一數位訊號，輸出至少一調變訊號，其中該至少一數位訊號包含一第一區間及一第二區間，當該至少一數位訊號為高準位訊號時，該調變單元將該第二區間之振幅降低，當該至少一數位訊號為低準位訊號時，該調變單元將該第二區間之振幅提高；一控制單元，該控制單元發送一控制訊號至該調變單元，該調變單元依據該控制訊號調整該第一區間與該第二區間之比例或/及振幅大小；以及一光源單元，接收該至少一調變訊號，依據該至少一調變訊號發送一光訊 號。
12. 如專利申請範圍第11項所述之光通訊發送裝置，其中該控制單元是依據一接收端之頻寬限制調整該第一區間與該第二區間之比例或/及振幅，該接收端為一太陽能板。
13. 如專利申請範圍第11項所述之光通訊發送裝置，其中該光源單元將該至少一光訊號以可見光或不可見光之形式發出。