TWI737080B

TWI737080B - 分集性光通訊解調系統、方法及非暫存性電腦可讀取記錄媒體

Info

Publication number: TWI737080B
Application number: TW108145716A
Authority: TW
Inventors: 林義雄; 陳浩銘
Original assignee: 香港商吉達物聯科技股份有限公司
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-08-21
Also published as: TW202123629A

Abstract

本發明提供一種分集性光通訊解調系統，包括至少二光濾波器、至少二對應於該光濾波器數量的光感測器、至少二對應於該光濾波器數量的解調變器以及一決策運算模組。該光濾波器於接收到光訊號後輸出一單色訊號，該光感測器於接收到該單色訊號後輸出一色階訊號，該解調變器分別於接收到該色階訊號後依據該色階訊號判定該色階高、低或等於該色階訊號的中間值，輸出一解調單位元訊號，以及該決策運算模組於接收到各別該解調變器的該解調單位元訊號後進行加總以獲得一加總值，並以數值1為閾值訊號與該加總值比對以決定輸出一決策單位元訊號。

Description

分集性光通訊解調系統、方法及非暫存性電腦可讀取記錄媒體

本發明有關於一種光通訊解調系統，尤指一種分集性光通訊解調系統。

光通訊是一種利用光來攜帶資訊的通訊技術，也稱為遠程光通訊，光經過調變(Modulation)後便能攜帶資訊，自1980年代起，光通訊系統對於電信工業產生了革命性的作用，同時也在數位時代裡扮演非常重要的角色。

而光通訊具有傳輸容量大、保密性好等許多優點，並且已經成為當今最主要的有線通訊方式。將需傳送的資訊在發送端輸入到發送機中，將資訊疊加或調變到作為資訊訊號載體的載波上，然後將已調變的載波通過傳輸媒介傳送到遠處的接收端，由接收機解調出原來的資訊。

在光通訊領域中，如同一般的資料傳輸，傳輸的資料會有訊息錯誤的問題，而其中訊息錯誤也意指位元錯誤(bit errors)，傳輸過程中的位元會由於雜訊、干擾、失真或位元同步錯誤而更改位元，致使解調後的訊息因此不正確，而這樣不正確的訊息，會使接收端進行解碼時如同一般軟體程式出現解碼錯誤。

本發明提供一種分集性光通訊解調系統，包括至少二光濾波器、至少二對應於該光濾波器數量且分別與該光濾波器連結或耦接的光感測器、至少二對應於該光濾波器數量且分別與該光感測器連結或耦接的解調變器以及一連結或耦接至該解調變器決策運算模組。該光濾波器於接收到光訊號後輸出一單色訊號，該光感測器分別於接收到該單色訊號後輸出一色階訊號，該解調變器分別於接收到該色階訊號後依據該色階訊號判定該色階高、低或等於該色階訊號的中間值，輸出一解調單位元訊號，該決策運算模組於接收到各別該解調變器的該解調單位元訊號後進行加總以獲得一加總值，並以數值1為閾值訊號與該加總值比對以決定輸出一決策單位元訊號。

本發明的另一目的，在於提供一種分集性光通訊解調方法，包括將依據一的訊息因此不正確體的載波上，然後將已調變的載波通過傳輸媒質由複數個光濾波器收到的光訊號轉換為複數個單色訊號；將各該單色階訊號轉換為各色階訊號；判定各該色階訊號的色階高、低或等於該色階訊號的中間值，並依據判定的結果輸出對應於各該色階訊號的解調變單位訊號；將該解調變單位元訊號加總以獲得一加總值，並以數值1為閾值訊號與該加總值比對以決定輸出一決策單位元訊號。

本發明的另一目的，在於提供一種非暫存性電腦可讀取記錄媒體，係用於儲存一程式，當一訊號處理晶片載入該程式後將可執行如上述的方法。

本發明比起習知技術具有以下優勢功效：

1. 本發明所提供的映射方式可以使光階的歐幾里得距離(Euclidean Distance)達到最大，藉以使光通訊傳輸的訊息錯誤率到達最低。

2. 本發明透過最佳決策運算，使最後產生的訊息更為正確。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本發明之範圍，在此先行敘明。

請一併參閱「圖1」及「圖2」，係為光發射器的方塊示意圖、以及本發明分集性光通訊解調系統的方塊示意圖，如圖所示：

本發明分集性光通訊解調系統100主要係用於光通訊系統的光接收器RX，透過分集接收的方式將收到的光訊號進行解調，藉此降低光訊號解條的錯誤率。

本發明分集性光通訊解調系統100主要是配合以光的三原色作為變異性調變技術的光發射器(TX)設置，用以透過傳輸媒介(例如光纖)將所接收到的訊號進行解調並獲得解調訊號。

其中，調變系統(光發射器)的設計如「圖1」所示，光發射器TX主要包括一訊號產生器10、複數個連接至該訊號產生器10的色階映射器11、12、13、以及對應於該色階映射器數量的光產生器21、22、23。

所述的訊號產生器10用以輸出初始訊號，該初始訊號係為數位訊號，且該初始訊號可以為但不限定於預先進行加密處理的訊號，於本發明中不予以限制。

所述的光產生器21、22、23分別構成一色階通道，各該色階通道以不同的光譜作為訊號的媒介傳遞訊號。於一可行的實施態樣中，該色階通道可以分別以傳統光的三原色紅(Red)、綠(Green)、藍(Blue)作為媒介並分割為三個通道，該等色階通道的選擇及數量非屬本發明所欲限制的範圍，亦即使用上述三個通道中兩個通道的組合也包含在本發明保護的範圍。該色階映射器11、12、13主要是用於將接收到的數位訊號的位元值轉換為對應的光階訊號，以藉由不同光譜的光產生器生成光訊號。

具體而言，光通訊的生成係依據以下的表格進行映射：

位元值	映射光階
0	0
1	255

由上面的表格可知，當輸入的位元值為0時，所映射獲得的光階訊號對應光階為0；當輸入的位元值為1時，所映射獲得的光階訊號對應光階為255。

以上為光發射器(TX)的工作方式，以下針對光接收器(RX)亦即本發明中所揭示的分集性光通訊解調系統100進行說明，如「圖2」所示，該分集性光通訊解調系統100係配合該光發射器端而設置有相同數量及對應光譜的色階通道。該分集性光通訊解調系統100包括複數個分別對應至該等色階通道的光濾波器31、32、33、光感測器41、42、43、與該等光濾波器及該光感測器相同數量並分別連結或耦接至該光感測器41、42、43的解調變器51、52、53，以及與該等解調變器51、52、53連結或耦接的一決策運算模組60。

所述的光濾波器、光感測器與各別的解調變器分別構成色階通道，且數量及種類對應至該光發射器；以三原色而言，分為紅光色階通道、綠光色階通道、以及藍光色階通道。於本發明所揭示的實施態樣中，該光濾波器31、32、33的數量為三個，且分別為紅光濾波器31、綠光濾波器32及藍光濾波器33。在此必須說明的是，該等光濾波器的數量及種類係對應至該光發射器端的數量，但不一定以此為限。

所述的光濾波器31、32、33為一濾光器(Filter)。具體而言，該光濾波器31、32、33例如可以為但不限定於濾光片(Optical Filter)、濾色片、光學過濾器、光學濾鏡或其他可將吸收光波長並使光穿透之元件，例如紅光濾波器用以吸收其他波長的光並供紅光穿過、綠光濾波器用以吸收其他波長的光並供綠光穿過、藍光濾波器用以吸收其他波長的光並供藍光穿過，於本發明中不欲限制該等濾波器的種類。

所述的光感測器41、42、43係用以將接收到的光訊號轉換為電訊號。該光感測器41、42、43可以為但不限定於光敏電阻(Light Sensitive Resistor)、光電二極體(Photodiode)、光感電晶體或其他類此的裝置，於本發明中不予以限制。

所述的解調變器對應於色階通道的數量為三個，分別為對應於紅光色階通道的解調變器51、對應於綠光色階通道的解調變器52以及對應於藍光色階通道的解調變器53。

所述的解調變器51、52、53係用以將光感測器所接收到的類比訊號轉換為數位訊號以輸出解調單位元訊號。具體而言，該解調變器51、52、53可以為但不限定於一類比-數位調變器(Analog-to-digital converter, ADC)、訊號處理器(Digital Signal Processor)等或其他可將訊號處理轉換的裝置，於本發明中不予以限制。

所述的決策運算模組60用以將複數個色階通道所接收到的訊號進行解調以執行光譜分集接收。具體而言，該決策運算模組60例如可以為但不限定於中央處理器(Central Processing Unit, CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device, PLD)或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的其他類似裝置或這些裝置的組合，於本發明中不予以限制。

有關於本發明的硬體架構設計係如上所述，為方便後面說明演算法的計算，下面先針對會應用到的名詞解釋先行進行詳細的定義：

於本發明中所述之色階訊號原則上依據標準規範設定為0~255，該色階訊號標準規範的中間值為127。惟該中間值並非硬性規定必須為數值127，在該中間值±10%區間範圍內均屬可以接受的誤差範圍，於本發明中並不以此為限。所述的該解調變單位元訊號為0與1所構成的位元串，該決策單位元訊號為0與1所構成的位元串。

以上已將名詞進行詳細的定義，後面將針對本發明分集性光通訊解調系統具體的運算方式進行詳細的說明。

本實施態樣中，光發射器所輸出的光訊號係分別進入不同的色階通道並由該紅光濾波器31、綠光濾波器32及藍光濾波器33進行濾波。經過紅光濾波器31濾波後將輸出紅光訊號；經過綠光濾波器32濾波後將輸出綠光訊號；經過藍光濾波器33濾波後將輸出藍光訊號。經過濾波後的光訊號係分別傳送至對應色階通道上的光感測器41、42、43，並分別輸出類比的色階訊號至對應於紅光濾波器31的解調變器51、對應於綠光濾波器32的解調變器52以及對應於藍光濾波器33的解調變器53。

該等解調變器51、52、53於接收到該色階訊號後依據下面的表格映射，以輸出解調單位元訊號，其中，如前述定義，該等中間值並非硬性規定必須為數值127。

色階訊號	映射解調單位元訊號
>127	1
127	0

依據上述表格所示，該等解調變器51、52、53判定該色階訊號大於127時，輸出解調單位元訊號1；判定該色階訊號小於或等於127時，輸出解調單位元訊號為0，輸入的訊號為位元串時，輸出一比一映射的位元串。由於色階通道有三組，於同一時點位置上各位元串分別輸出一個位元，共三個位元。

該決策運算模組60於接收到各別該等解調變器51、52、53的該解調單位元訊號後進行加總以獲得一加總值，並依據該加總值依據下面的表格進行映射。

加總值	映射決策單位元訊號
Sum>1	1
Sum 1	0

如上面的表格所示，加總值以數值1為閾值訊號進行比對以決定輸出一決策單位元訊號，當該加總值大於1時，輸出該決策單位元訊號1；當該加總值小於或等於1時，輸出該決策單位元訊號0。

以下請參閱「圖3」，係揭示本發明分集性光通訊系統的流程示意圖，本發明分集性光通訊方法如圖所示：

下述提及之數值、訊號、加總值以及該加總值與閥值的比對於前述中已定義相同，於此不在贅述。

將依據一的訊息因此不正確體的載波上，然後將已調變的載波通過傳輸媒質由複數個光濾波器收到的光訊號轉換為複數個單色訊號。(步驟S201)

將各該單色階訊號轉換為各色階訊號。(步驟S202)

判定各該色階訊號的色階高、低或等於該色階訊號的中間值，並依據判定的結果輸出對應於各該色階訊號的解調變單位訊號。(步驟S203)

將該解調變單位元訊號加總以獲得一加總值，並以數值1為閾值訊號與該加總值比對以決定輸出一決策單位元訊號。(步驟S204)

本發明之方法亦可記錄於電腦可讀取記錄媒體，所述的「電腦可讀取記錄媒體」包括(但不限於)攜帶型或非攜帶型儲存裝置、光儲存器件，及能夠儲存、含有或攜載指令及/或資料之各種其他媒體。電腦可讀取記錄媒體可包括非暫存性媒體，其中可儲存資料並且不包括載波及/或無線地或經由有線連接傳播之暫時電子信號。

非暫存性媒體之實例可包括(但不限於)磁碟或磁帶、諸如緊密光碟(CD)或數位化通用光碟(DVD)之光學儲存媒體、快閃記憶體、記憶體或記憶體器件。

電腦可讀取記錄媒體可具有儲存於其上之代碼及/或機器可執行指令，該等代碼及/或機器可執行指令可表示程序、函數、子程式、程式、常式、次常式、模組、軟體套件、類別，或指令、資料結構或程式語句之任何組合。一個碼段可藉由傳遞及/或接收資訊、資料、引數、參數或記憶體內容耦接至另一碼段或硬體電路。資訊、引數、參數、資料等可經由包括記憶體共用、訊息傳遞、符記傳遞、網路傳輸或類似者之任何合適方式傳遞、轉遞或傳輸。

此外，可由硬體、軟體、韌體、中間軟體、微碼、硬體描述語言或其任何組合實施實施例。當實施於軟體、韌體、中間軟體或微碼中時，用以執行必要任務之程式碼或碼段(例如電腦程式產品)可儲存於電腦可讀或機器可讀媒體中。處理器可執行必要任務。

綜上所述，本發明所提供的映射方式可以使光階的歐幾里得距離(Euclidean Distance)達到最大，藉以使光通訊傳輸的訊息錯誤率到達最低。再者，本發明透過最佳決策運算，使最後產生的訊息更為正確。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

100 分集性光通訊解調系統 10 訊號產生器 11 色階映射器 12 色階映射器 13 色階映射器 21 光產生器 22 光產生器 23 光產生器 31 紅光濾波器 32 綠光濾波器 33 藍光濾波器 41 光感測器 42 光感測器 43 光感測器 51 解調變器 52 解調變器 53 解調變器 60 決策運算模組 LS 光訊號 DS 決策單位元訊號步驟S201-S204

圖1，光發射器的方塊示意圖。

圖2，分集性光通訊解調系統的方塊示意圖。

圖3，分集性光通訊解調系統的流程示意圖。

100 分集性光通訊解調系統 31 紅光濾波器 32 綠光濾波器 33 藍光濾波器 41 光感測器 42 光感測器 43 光感測器 51 解調變器 52 解調變器 53 解調變器 60 決策運算模組 LS 光訊號 DS 決策單位元訊號

Claims

一種分集性光通訊解調系統，包括：至少二光濾波器，該光濾波器於接收到光訊號後輸出一單色訊號；至少二對應於該光濾波器數量的光感測器，該光感測器分別與該光濾波器連結或耦接，並分別於接收到該單色訊號轉換輸出一色階訊號；至少二對應於該光濾波器數量的解調變器，該解調變器分別與該光感測器連結或耦接，並分別於接收到該色階訊號後依據該色階訊號判定該色階高、低或等於該色階訊號中間值，輸出一解調單位元訊號；以及一決策運算模組，連結或耦接至該解調變器，該決策運算模組於接收到各別該解調變器的該解調單位元訊號後進行加總以獲得一加總值，並以數值1為閾值訊號與該加總值比對以決定輸出一決策單位元訊號。
如申請專利範圍第1項所述的分集性光通訊解調系統，其中，該至少二光濾波器係選自由紅光濾波器、綠光濾波器或藍光濾波器所構成的群組中的其中兩種。
如申請專利範圍第1項所述的分集性光通訊解調系統，其中，該光濾波器的數量為三個，且分別為紅光濾波器、綠光濾波器及藍光濾波器。
如申請專利範圍第1項所述的分集性光通訊解調系統，其中，該色階訊號係為0~255。
如申請專利範圍第4項所述的分集性光通訊解調系統，其中，該中間值係為127。
如申請專利範圍第1項所述的分集性光通訊解調系統，其中，該解調變單位元訊號係為0與1。
如申請專利範圍第1項所述的分集性光通訊解調系統，其中，該決策單位元訊號係為0與1。
一種分集性光通訊解調方法，包括：將依據一的訊息因此不正確體的載波上，然後將已調變的載波通過傳輸媒質由複數個光濾波器收到的光訊號轉換為複數個單色訊號；將各該單色階訊號轉換為各色階訊號；判定各該色階訊號的色階高、低或等於該色階訊號的中間值，並依據判定的結果輸出對應於各該色階訊號的解調變單位訊號；將該解調變單位元訊號加總以獲得一加總值，並以數值1為閾值訊號與該加總值比對以決定輸出一決策單位元訊號。
如申請專利範圍第8項所述的分集性光通訊解調方法，其中，該色階訊號係為0~255。
如申請專利範圍第9項所述的分集性光通訊解調方法，其中，該中間值係為127。
如申請專利範圍第8項所述的分集性光通訊解調方法，其中，該解調變單位元訊號係為0與1。
如申請專利範圍第8項所述的分集性光通訊解調方法，其中，該決策單位元訊號係為0與1。
一種非暫存性電腦可讀取記錄媒體，係用於儲存一程式，當一訊號處理晶片載入該程式後將可執行如申請專利範圍第8至12項中任一項所述的方法。