一种无线光通信系统的制作方法

本发明涉及无线光通信技术领域，尤其涉及一种无线光通信系统。

背景技术

随着生产生活对高速率、大容量数据传输的需求日益增长，光通信也逐渐得到了人们越来越多的关注。

光通信通常可以分为光纤通信和无线光通信两种。其中，无线光通信技术通常是将信息经过编码和调制形成电信号，然后利用发光二极管等发出的高速明暗闪烁信号来将电信号转换为光信号并以空气为介质来进行传输的。与传统的无线通信相比，无线光通信具有数据传输速率快、不抢占频谱资源、频带宽、适用于多种通信协议、信息保密性好、实现简单等优点，是对现有无线通信技术的又一重大补充，被广泛应用到了各行各业。

但是，发明人在实现本发明的过程中发现，现有的无线光通信技术在进行信息传输时往往容易受到外界环境的干扰，导致信息的传输质量较差，无法满足人们的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种无线光通信系统，以解决现有技术中无线光通信抗干扰能力较弱的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无线光通信系统，包括发射机和接收机，其中，

所述发射机分别与第一客户端设备以及所述接收机相连，用于获取所述第一客户端设备待传输的原始数据，生成携带有所述原始数据的红外光信号，并通过无线信道将所述红外光信号发送给所述接收机；

所述接收机与第二客户端设备相连，用于接收并解析所述红外光信号，得到所述原始数据，并将所述原始数据发送给第二客户端设备。

优选的，所述发射机包括编码器、调制器、驱动器和信号发生源，其中，所述编码器分别与第一客户端设备以及所述调制器相连，用于获取第一客户端设备待传输的原始数据，对所述原始数据进行编码，并将编码得到数据信息发送给所述调制器；所述调制器与所述驱动器相连，用于对所述数据信息进行调制，并将调制生成的待传输数据发送给所述驱动器；所述驱动器与所述信号发生源相连，用于根据所述待传输数据生成驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述信号发生源；所述信号发生源与所述接收机相连，用于基于所述驱动信号生成红外光信号，并将所述红外光信号通过无线信道发送给所述接收机。

优选的，所述接收机包括光电探测模块、放大器、解调器和解码器，其中，所述光电探测模块分别与所述信号发生源以及所述放大器相连，用于接收所述红外光信号，将所述红外光信号转换为电流信号，并将所述电流信号发送给所述放大器；所述放大器与所述解调器相连，用于将所述电流信号转换为原始电压信号，对所述原始电压信号进行放大处理，并将放大得到的目标电压信号发送给所述解调器；所述解调器与所述解码器相连，用于对所述目标电压信号进行解调，并将解调得到的数据信息发送给所述解码器；所述解码器与所述第二客户端设备相连，用于对所述数据信息进行解码，得到第一客户端设备待传输的原始数据，并将所述原始数据发送给第二客户端设备。

优选的，所述编码器包括多输入多输出系统mimo编码器，所述解码器包括mimo解码器。

优选的，所述调制器包括正交相移键控qpsk调制器和正交频分复用ofdm调制器，所述qpsk调制器分别与所述编码器以及所述ofdm调制器相连，所述ofdm调制器与所述驱动器相连；相应的，所述解调器包括ofdm解调器和qpsk解调器，所述ofdm解调器分别与所述放大器和所述qpsk解调器相连，所述qpsk解调器与所述解码器相连。

优选的，所述信号发生源为由多个激光器构成的激光器阵列；所述光电探测模块为由多个光电探测器构成的光电探测器阵列。

优选的，所述激光器为垂直腔面发射激光器。

优选的，所述光电探测器为pin光电二极管或雪崩光电二极管。

优选的，所述发射机还包括由多个聚光透镜构成的第一透镜阵列，所述聚光透镜安装于所述激光器的输出端并与所述激光器一一对应设置。

优选的，所述接收机还包括由多个非球面准直透镜构成的第二透镜阵列，所述非球面准直透镜阵列安装于所述光电探测器的输入端并与所述光电探测器一一对应设置。

本发明实施例提供的无线光通信系统，将无线光通信系统的发射机分别与需要发送信息的第一客户端设备以及接收机相连，将接收机与接收第一客户端设备发送的信息的第二客户端设备相连，通过发射机获取第一客户端设备待发送的原始数据，生成携带有该原始数据的红外光信号，并通过无线信道将该红外光信号发送给接收机；通过接收机并解析该发射机发射的红外光信号，得到红外光信号中携带的原始数据，并将该原始数据方给第二客户端设备。本发明实施例通过采用上述技术方案，利用红外光传输数据，能够提高无线光通信的抗干扰能力，避免电磁辐射或其他可见光对人眼造成的视觉干扰，提高数据传输的质量和安全性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的一种无线光通信系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种无线光通信系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第三种无线光通信系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种激光器阵列的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第四种无线光通信系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第五种无线光通信系统的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种数据在无线光通信系统中的传输路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

本实施例提供一种无线光通信系统。该无线光通信系统可通过无线光通信的方式传输数据。图1是本实施例提供的一种无线光通信系统的结构示意图。如图1所示，所述无线光通信系统包括发射机1和接收机2，其中，

所述发射机1分别与第一客户端设备以及所述接收机2相连，用于获取所述第一客户端设备3待传输的原始数据，生成携带有所述原始数据的红外光信号，并通过无线信道将所述红外光信号发送给所述接收机2；

所述接收机2与第二客户端设备4相连，用于接收并解析所述红外光信号，得到所述原始数据，并将所述原始数据发送给第二客户端设备4。

在此，发射机1可以为任意能够基于待传输的原始数据生成红外光信号(即生成携带有待传输的原始数据的红外光信号)的设备，接收机2可以为任意能够接收红外光信号并解析获得红外光信号中携带的数据信息的设备，反射机1与接收机2之间可以通过无线信道相连。其中，发射机1所生成红外光信号的波长可以根据需要设置，如可以为850nm、940nm、1310nm或1550nm等等。考虑到各波长红外光信号携带数据时的通信质量，以及对人眼所造成伤害的大小，优选的，红外光信号的波长可以大于或等于1400nm，如可以为1550nm。

本实施例中，发射机1在获取到第一客户端设备3待传输的原始数据后，可以直接基于该原始数据生成红外光信号，并将该红外光信号通过无线信道发送给接收机2；也可以对首先对该原始数据进行编码和/或调制等处理，基于处理得到的数据生成红外光信号，并将该红外光信号通过一个或多个无线信道发送给接收机2，此处不作限制。为了进一步提高数据的传输速度，优选的，发射机1可以在发送任意原始数据时或在检测到待传输的原始数据所占传输资源的大小大于设定阈值时，对该原始进行编码和/或调制处理，并基于处理后的数据生成红外光信号。相应的，接收机2在接收到发射机1发送的红外光信号后，可以基于发射机1在发送信号前对原始数据的处理过程的逆过程，获取该红外光信号中携带的数据，对该数据进行解调或解码等处理，得到第一客户端设备3待传输的原始数据，并将该原始数据发送给第二客户端设备4，或者，在发射机1未对原始数据进行编码和调制处理时，直接获取该红外光信号中携带的原始数据并将该原始数据发送给第二客户端设备4。其中，编码、调制、解码、解调处理可以基于软件实现，也可以由编码器、调制器、解码器和解调器等硬件实现，即各器件可以分立设置，也可以集成在相同的印制电路板(printedcircuitboard，pcb)上。

在此，需要说明的是，本实施例所提供的无线光通信系统既可以对数字信号进行传输，也可以对模拟信号进行传输，即第一客户端设备3待传输的原始数据即可以为数字信号，也可以为模拟信号。当该原始数据为模拟信号时，可以在发射机1中设置模数转换器并在接收机2中设置数模转换器，通过发射机1中的模数转换器获取第一客户端设备3待传输的原始数据并将该原始数据转换为数字信号以进行后续处理，以及，通过接收机2中的数模转换器将进行处理后的数字信号格式的原始数据转换为模拟信号格式的原始数据，并将转换后的原始数据发送给第二客户端设备4即可。本实施例以下实施方式以第一客户端设备3待传输的原始数据为数字信号为例进行说明。

在本实施例的一个具体实施方式中，如图2所示，所述发射机可以包括编码器11、调制器12、驱动器13和信号发生源14，其中，所述编码器11分别与第一客户端设备3以及所述调制器12相连，用于获取第一客户端设备3待传输的原始数据，对所述原始数据进行编码，并将编码得到数据信息发送给所述调制器12；所述调制器12与所述驱动器13相连，用于对所述数据信息进行调制，并将调制生成的待传输数据发送给所述驱动器13；所述驱动器13与所述信号发生源14相连，用于根据所述待传输数据生成驱动信号，并将所述驱动信号发送给所述信号发生源14；所述信号发生源14与所述接收机2相连，用于基于所述驱动信号生成红外光信号，并将所述红外光信号通过无线信道发送给所述接收机2。

示例性的，发射机发送红外光信号的过程可以为：通过编码器11获取第一客户端设备3待传输的原始数据，对该原始数据进行编码，得到该原始数据编码后的数据信息，并将该数据信息发送给调制器12；通过调制器12对编码器11发送的数据信息进行调制，得到待传输数据，并将该待传输数据发送给用于驱动信号发生源14的驱动器13；通过驱动器13根据调制器12发送的待传输数据生成用于控制信号发生源14生成携带有该待传输数据的红外光信号的驱动信号，并将该驱动信号发送给信号发生源14；通过信号发生源14基于驱动器13发送的驱动信号生成携带有待传输数据的红外光信号，并将所生成的红外光信号发送给接收机2，以完成对第一客户端设备3待传输的原始数据的发送。

其中，编码器和调制器可以根据需要选取，本实施例并不对此进行限制。举例而言，如图3所示，编码器可以包括多输入多输出系统(multiple-inputmultiple-output，mimo)编码器111，还可以包括信道编码器112和/或交织编码器113；调制器可以包括正交相移键控(quadraturephaseshiftkeying，qpsk)调制器121和正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)调制器122，所述qpsk调制器121分别与所述编码器以及所述ofdm调制器122相连，所述ofdm调制器122与所述驱动器13相连。其中，各编码器的数量可以为一个，各调制器的数量可以为多个。此时，示例性的，第一客户端设备3待传输的原始数据可以依次经过信道编码器112进行编码、交织编码器113进行交织后进入mimo编码器111；mimo编码器111将接收到的数据进一步编码为以空-时块、空-频块或者空-时-频块进行表示的多路信号，并将各路信号分别输入到各qpsk调制器121中，各qpsk调制器121分别对接收到的信号进行qpsk调制，并将调制后的信号发送给与自身对应的ofdm调制器122；各ofdm调制器122分别对接收到的信号进行ofdm调制，将信号分成若干正交的子信号，并将调制后的信号发送驱动器13，以通过驱动器13驱动信号发生源生成与接收到的信号对应的红外光信号。在此，qpsk调制与ofdm调制可以基于硬件或软件实现，即qpsk调制器121与ofdm调制器122可以分立设置，也可以集成在同一数字信号处理(digitalsignalprocessing，dsp)芯片或现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)处理器中。ofdm调制器122与qpsk调制器121优选一一对应设置，且mimo编码器111所编码而成的多路信号的数量优选与ofdm调制器122及qpsk调制器121的数量相等，以提高原始数据的编码与调制速度，进而提高无线光通信系统的数据传输速率。

此外，本实施例还可以在ofdm调制器122与驱动器13之间设置均衡器(如单抽头均衡器)，从而进一步改善信道的平坦程度，减轻信号衰减。

可选的，本实施例还可以在ofdm调制器122与驱动器13之间设置空时分组编码(spacetimeblockcoding，stbc)器，使得每个支付发送的数据流彼此正交。

为了进一步提高本实施例所提供无线光通信系统的数据传输速率，优选的，如图3所以，所述信号发生源可以为由多个激光器141构成的激光器阵列，以增大无线光通信系统传输数据时的带宽。此时，驱动器13的数量优选为多个且与各激光器141一一对应设置，激光器141的数量优选与qpsk调制器121的数量相同，即优选在发射机中设置数量相等的ofdm调制器122、qpsk调制器121、驱动器13和激光器141，并将ofdm调制器122、qpsk调制器121、驱动器13和激光器141一一对应设置。或者，也可以通过软件实现qpsk调制器121与ofdm调制器122的调制功能，此时，实现qpsk调制器121与ofdm调制器122调制功能的软件可以配置在一个具备多输出的硬件平台上。本实施例中，激光器的型号可以根据实际情况的不同选取不同的材料、结构、波长和/或封装方式，此处不作限制。

由于与传统的led相比，垂直腔面发射激光器(vertical-cavitysurface-emittinglaser，vcsel)具有极低的频谱半高全宽，且光电转换效率高、工作电流低、光束发散角度小、准直性好、使用寿命长的优点；与以往的边发射激光器相比，vcsel从器件表面垂直发射出红外光束，能更好地实现单模传输，具有阈值电流低、稳定性好、寿命长、功耗低、调制速度快、光束发散角小、耦合效率稿、体积小、易于集成及易于实现二维平面阵列结构等优点，因此，所述激光器优选可以为垂直腔面发射激光器，以提高激光器所发射红外光信号的稳定性，并降低激光器集成到发射机时的难度，减小集成后发射机的体积。其中，激光器阵列可以由各自分立的vcsel(如图4所示)构成，也可以是由设置在同一个衬底60上的vcsel61构成(如图5所示)。

参见图4，各自独立的vcsel通常由光发射区51、上反射层52、下反射层53、p接触层54、n接触层55、间隔层56和衬底构成57，其中，光发射区51(即有源区)由多层量子阱(图中未示出)构成，光发射区51的上侧为上反射层52，光发射区51的下侧为下反射层53，上反射层52和下发射层53分别由多层分布式布拉格反射镜(distributedbraggreflection，dbr)构成；光发射区51与上反射层52之间通过间隔层56隔离，为了限制电流流通区域的横街面积，避免电流在较大横截面区域流通时所存在的较大的电阻以及所产生的过多的热量，隔离层56优选可以由位于中心区域的电流限制孔和位于电流限制孔外侧的氧化层构成；上反射层52上设置有p接触层，下反射层上设置有n接触层，两接触层分别与驱动器的正负极电连接(图中未示出)。当驱动器向vcsel发送驱动信号时，光发射区51与上反射层52、下反射层53之间构成谐振腔，生成相干性极强的红外光束，并将该红外光束从其顶部输出。

在本实施例的一个具体实施方式中，如图6所示，所述接收机可以包括光电探测模块21、放大器22、解调器23和解码器24，其中，所述光电探测模块21分别与所述信号发生源14以及所述放大器22相连，用于接收所述红外光信号，将所述红外光信号转换为电流信号，并将所述电流信号发送给所述放大器22；所述放大器22与所述解调器23相连，用于将所述电流信号转换为原始电压信号，对所述原始电压信号进行放大处理，并将放大得到的目标电压信号发送给所述解调器23；所述解调器23与所述解码器24相连，用于对所述目标电压信号进行解调，并将解调得到的数据信息发送给所述解码器24；所述解码器24与所述第二客户端设备4相连，用于对所述数据信息进行解码，得到第一客户端设备3待传输的原始数据，并将所述原始数据发送给第二客户端设备4。

示例性的接收机接收红外光信号并对红外光信号进行处理的过程可以为：通过光电探测模块21接收红外光信号，将所接收到的红外光信号转换为电流信号，并将转换得到的电流信号发送给放大器22；通过放大器22将光电探测模块21发送的电流信号转换为原始电压信号，对转换得到的原始电压信号进行放大处理，得到目标电压信号，并将该目标电压信号发送给解调器23；通过解调器23对放大器22发送的目标电压信号进行解调，并将解调得到的数据信息发送给解码器24；通过解码器24对解调器23发送的数据信息进行解码，得到第一客户端设备3待传输的原始数据，并将该原始数据发送给第二客户端设备4，以完成对第一客户端设备3原始数据的传输。

其中，解调器和解码器可以基于发射机中调制器和编码器的类型选取。如图7所示，当发射机中的调制器包括ofdm调制器122和qpsk调制器121时，接收机中的解调器可以包括ofdm解调器231和qpsk解调器232，所述ofdm解调器231分别与所述放大器相和所述qpsk解调器232连，所述qpsk解调器232与所述解码器相连；当发射机中的编码器11仅包括mimo编码器111时，接收机中的解码器可以对应包括mimo解码器241；当发射机中的编码器11进一步包括交织编码器113和/或信道编码器112时，接收机中的解码器也可以进一步包括交织解码器242和/或信道解码器243。其中，各解调器的数量可以为多个，各解码器的数量可以为一个。此时，示例性的，放大器发送的目标电压信号可以依次经过ofdm解调器231解调、qpsk解调器232解调、mimo解码器解码241、交织解码器242去交织、信道解码器243解码后转换为第一客户端设备3待传输的原始数据，并通过信道解码器243将该原始数据发送给第二客户端设备4。在此，ofdm解调器231与qpsk解调器232优选一一对应设置。需要说明的是，发射机中调制器的数量与接收机中解调器的数量可以相同或不同，此处不作限制。

为了进一步提高本实施例所提供的无线光通信的数据传输速率，所述光电探测模块优选可以为由多个光电探测器211构成的光电探测器阵列，以增大无线光通信系统传输数据时的带宽。此时，放大器22的数量优选为多个且与各光电探测器211一一对应设置，光电探测器244的数量优选与ofdm解调器231的数量相同，即优选在接收机中设置数量相等的光电探测器211、放大器22、ofdm解调器231和qpsk解调器232，并将光电探测器211、放大器22、ofdm解调器231和qpsk解调器232一一对应设置。在此，光电探测器211可以为任意能够将光信号转换为电信号的器件，如光电二极管(pin光电二极管或雪崩光电二极管)，pin二极管或雪崩二极管可以是由si材料制备而成，也可以由ingan、gaas或inp等材料制备而成；放大器22可以由跨阻放大器和电压放大器组成，将跨阻放大器设置为分别与光电探测器211和电压放大器连接，将电压放大器设置为与ofdm解调器231相连，以通过跨足放大器接收光电探测器211发送的电流信号，将该电流信号转换为原始电压信号，并将该原始电压信号发送给电压放大器，通过电压放大器将跨阻放大器发送的原始电压信号放大为目标电压信号，并将该目标电压信号发送给ofdm解调器231。

在本实施例的一个具体实施方式中，所述发射机还包括由多个聚光透镜构成的第一透镜阵列，所述聚光透镜安装于所述激光器的输出端并与所述激光器一一对应设置。此时，聚光透镜可以对激光器发出的红外光信号进行聚光后发射，以进一步降低发射机所发出红外光信号的发散程度，降低传输过程中红外光信号的损耗。

为了进一步增加接收机所接收到的红外光信号的功率，优选的，所述接收机还包括由多个非球面准直透镜构成的第二透镜阵列，所述非球面准直透镜阵列安装于所述光电探测器的输入端并与所述光电探测器一一对应设置，由此，可以无线信道中的红外光信号可以经过非球面准直透镜后再进入光电探测器，从而提高光电电测器所接收到的红外光信号的功率。

示例性的，如图8所示，第一客户端设备待传输的原始数据在无线光通信系统中的传输路径可以为：第一客户端设备-信道编码器-交织编码器-mimo编码器-qpsk调制器阵列-ofdm调制器阵列-驱动器阵列-vcsel阵列-第一透镜阵列-无线信道-第二透镜阵列-光电二极管阵列-放大器组-ofdm解调器-qpsk解调器-mimo解码器-交织解码器-信道解码器-第二客户端设备。在此，需要说明的是，图8中的各器件仅为本实施例的可选器件，实际应用时，还可以根据需要对其中的某一个或多个器件进行删减或在上述各器件的基础上进一步增加其他器件，本实施例并不对此进行限制。

本施例提供的无线光通信系统，将无线光通信系统的发射机分别与需要发送信息的第一客户端设备以及接收机相连，将接收机与接收第一客户端设备发送的信息的第二客户端设备相连，通过发射机获取第一客户端设备待发送的原始数据，生成携带有该原始数据的红外光信号，并通过无线信道将该红外光信号发送给接收机；通过接收机并解析该发射机发射的红外光信号，得到红外光信号中携带的原始数据，并将该原始数据方给第二客户端设备。实施例通过采用上述技术方案，利用红外光传输数据，能够提高无线光通信的抗干扰能力，避免电磁辐射或其他可见光对人眼造成的视觉干扰，提高数据传输的质量和安全性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。