一种基于干涉效应的光通信系统及其信号发送与解码方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于干涉效应的光通信系统，所述光信号发射端包括相互连接的光强调制器和光信号发送阵列，所述光信号接收端包括色散器件、准直器件、光信号接收器，以及与光信号接收器连接的信号处理单元，所述信号处理单元对各像素元所探测到的数据进行分析处理，从而在光信号接收端通过数据分析处理，解码光信号发射端所发出的信号。本发明专利技术利用易于获得的光源组成光信号发送阵列进行多路信号的并行传输，并利用色散器件及阵列式探测芯片结合解矩阵方程的方法复原出所传输的多路信号。本发明专利技术所采用的光源可以同时用于通讯和照明，也可以只实现其中任一种功能。可在实现照明功能的同时实现大容量信号的传输，且结构简单、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种基于干涉效应的光通信系统及其信号发送与解码方法
本专利技术涉及一种基于干涉效应的光通信系统及其信号发送与解码方法，属于光通信

技术介绍
光通信就是将所要传达的信息通过调制的方式加载到光波上，以光为信息载体的这样一种通信方式。近年来，可见光通信(VLC)技术迅速发展，成为一种新型无线通信方式。可见光通信技术在中、短距离安全保密通信、高精度准确定位、交通运输通信和室内导航等领域具有很大潜力，尤其是可以替代射频(RF)解决“最后1m”的问题。和无线电波相比，可见光通信有很多优势：(1)信息量在以摩尔法则发展，无线电频谱很多频段已被占用，可见光通信技术利用的是高于3THz且尚属于空白频谱的可见光频谱，不受使用许可证限制；(2)可见光不能穿透建筑墙，相互邻近封闭单元中可见光通信信号不会相互干扰，安全性高，保密性好；(3)可见光收发器件设备简单，价格低廉；(4)可见光波长属于亚微米级，在准确方向定位上具有明显优势；(5)可见光通信技术能够替代无线电通信技术在某些电磁干扰敏感的特定场合(如飞机、医院、核电站或者石油钻探等)中的应用。为了进一步提高可见光通信技术的信号传输容量，很多课题组尝试将多输入多输出(MIMO)无线传输技术与可见光通信技术进行结合。MIMO是通信领域的一项重要技术突破，它能在不增加带宽与功率的情况下成倍地提高无线通信系统的容量。MIMO技术通过在不同的发射源发送独立的数据流以获得高速高容量数据传输，是新一代无线通信系统中的关键技术之一。因此，将MIMO技术应用于光通信具有巨大的应用前景，但也存在一些问题。比如：(1)传统MIMO可见光通信技术中不同信道采用不同的单一频率的信号光源，但这样的光源颜色单一，无法采用传统照明所用的白光光源。(2)有些MIMO可见光通信技术虽然可以采用白光光源，但要求每个白光光源的频谱互有重叠但又不完全相同，这样有多少个信道就需要有多少个不同的光源或者滤波膜，从而提高了系统的成本。(3)还有些可见光MIMO技术采用二维码技术进行信号编码，但二维码的编码规则复杂，因此对光源排列有特殊要求。而且信号发射光源只能采用点光源，而无法采用面光源，使人眼的舒适度降低。(4)还有一些课题组采用的技术中，光发射端需要精确控制光载波的波长、偏振态或入射光纤的传输模式，在光接收端需采用体积较大的探测器并放置特定的角度，或者采用复杂的解复用器将波长、偏振态、及传输模式分离开来以恢复传输数据，因此系统结构复杂、成本较高。为了克服以上缺点，我们提高了一种新型的基于干涉效应的光通信系统及其信号解码方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种多输入多输出的光通信系统及其信号复原方法，可在实现照明功能的同时实现大容量信号的传输，且结构简单、成本低廉。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：一种基于干涉效应的光通信系统，包括光信号发射端和光信号接收端：所述光信号发射端包括相互连接的光强调制器和光信号发送阵列，所述光信号发送阵列包括m×n个光源，其中每n个光源分布在一个信号发送区域内，所述光信号发送阵列共有m个信号发送区域，每个信号发送区域内的n个光源的光谱频段可以互相重叠但光谱又不完全相同，分别在不同信号发送区域内的任意两个光源的光谱可以相同，所述光强调制器将m×n路信号分别调制至m×n个光源生成相应的光调制信号，并在不同时刻调制出不同的信号，其中m、n为大于1的整数；所述光信号接收端包括色散器件、准直器件、光信号接收器，以及与光信号接收器连接的信号处理单元，所述色散器件可令光信号发送阵列发出的信号光之间发生干涉效应，且相同频率、相同强度的信号光入射到色散器件的不同部位后出射的相干光的光强互不相同，所述光信号接收器为具有相同频谱响应的至少m×n个光探测像素元所组成的阵列式探测芯片，阵列式探测芯片上至少有m个信号接收区域，其中的任一信号接收区域内至少有n个光探测像素元，所述光探测像素元对入射到像素元感光面上的信号光有响应，所述准直器件位置在所述色散器件和光信号接收器之间，它可以令从色散器件透射出的相干光通过的同时，滤除掉传输方向各异的散射光以及其它部分噪声，并且可以使光信号发送阵列不同区域所发射的信号光在经过色散器件之后，分别投射在光信号接收器所对应信号接收区域内不同的光探测像素元，所述信号处理单元对各像素元所探测到的数据进行分析处理，从而在光信号接收端通过数据分析处理，解码光信号发射端所发出的信号。优选地，在所述光信号接收端的色散器件前还设置有一光学组件，所述光学组件用于使得不同光源所发出的光射到色散器件的不同部位。优选地，所述光学组件包括第一凸透镜、第一小孔光阑和第二凸透镜，所述第一小孔光阑间隙设置于第一凸透镜和第二凸透镜之间的共同焦点处。优选地，所述光信号接收端还包括设置于所述色散器件之前或之后的光波长转换部件，所述光波长转换部件包括波长转换层，所述波长转换层中包含至少一种波长转换光学材料，所述波长转换光学材料的部分或全部吸收光谱超出所述阵列式探测芯片的探测范围，波长转换光学材料的发射光谱全部在所述阵列式探测芯片的探测范围内。优选地，所述波长转换光学材料为上转换发光材料、下转换发光材料及一切具有吸收一种波长的光，发射另一种波长的光的特性的材料，或这些材料的组合。优选地，所述准直器件包括第三凸透镜、第二小孔光阑和第四凸透镜，所述第二小孔光阑间隙设置于第三凸透镜和第四凸透镜之间的共同焦点处。优选地，所述色散器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层透明涂层，所述透明涂层中包含有一组尺寸或形状不均匀分布的气泡；或所述色散器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层纳米粒子涂层，所述纳米粒子涂层由一组纳米至微米尺度的透明粒子构成，且各透明粒子的尺寸或形状的分布不均匀；或所述色散器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面粗糙不平整，所述粗糙不平整的表面由一组大小不同的纳米或微米尺度的台阶或者凹坑构成，且大小不同的台阶或者凹坑的分布不均匀。优选地，所述光信号发射端的每个信号发送区域包括n个发射频谱相同的光源，每个光源分别贴有透射波谱互不相同的滤波膜。优选地，当所述光源需要作照明用途时，采用可见光波段白光光源，而当所述光源不需要作照明用途时，采用中红外波段光源。如上任一技术方案所述光通信系统的通讯信号发送与解码方法，包括以下步骤：步骤1：假设某t时刻通过光强调制器对m个信号发送区域内的n个光源进行调制发出信号S’1,S’2,…S’m×n，发射的信号以光的强度大小进行区分；步骤2：假设其中某个信号发送区域内n个光源所发射的经光强调制器调制的信号为S’1,S’2,…S’n；步骤3：光信号接收器接收光信号发射端所发出光经过信号传输空间，最终在光信号接收端依次经所述光学组件(可省略)、色散器件、光波长转换部件(可省略)、准直器件、光信号接收器，设t时刻步骤2中信号发送区域所对应的信号接收区域中的至少n个光探测像素元所接收到的光强分别为I1,I2,…In,…；步骤4：将步骤3中该信号发送区域所对应的信号接收区域中的各光探测像素元所接收到的光强分别去除噪声后代入到矩阵方程的增广矩阵的各行单元中，并将该信号发送区域内各个光源单独点亮条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干涉效应的光通信系统，包括光信号发射端和光信号接收端，其特征在于：所述光信号发射端包括相互连接的光强调制器和光信号发送阵列，所述光信号发送阵列包括m×n个光源，其中每n个光源分布在一个信号发送区域内，所述光信号发送阵列共有m个信号发送区域，每个信号发送区域内的n个光源的光谱频段可以互相重叠但光谱又不完全相同，分别在不同信号发送区域内的任意两个光源的光谱可以相同，所述光强调制器将m×n路信号分别调制至m×n个光源生成相应的光调制信号，并在不同时刻调制出不同的信号，其中m、n为大于1的整数；所述光信号接收端包括色散器件、准直器件、光信号接收器，以及与光信号接收器连接的信号处理单元，所述色散器件可令光信号发送阵列发出的信号光之间发生干涉效应，且相同频率、相同强度的信号光入射到色散器件的不同部位后出射的相干光的光强互不相同，所述光信号接收器为具有相同频谱响应的至少m×n个光探测像素元所组成的阵列式探测芯片，阵列式探测芯片上至少有m个信号接收区域，其中的任一信号接收区域内至少有n个光探测像素元，所述光探测像素元对入射到像素元感光面上的信号光有响应，所述准直器件位置在所述色散器件和光信号接收器之间，它可以令从色散器件透射出的相干光通过的同时，滤除掉传输方向各异的散射光以及其它部分噪声，并且可以使光信号发送阵列不同区域所发射的信号光在经过色散器件之后，分别投射在光信号接收器所对应信号接收区域内不同的光探测像素元，所述信号处理单元对各像素元所探测到的数据进行分析处理，从而在光信号接收端通过数据分析处理，解码光信号发射端所发出的信号。...

【技术特征摘要】
1.一种基于干涉效应的光通信系统，包括光信号发射端和光信号接收端，其特征在于：所述光信号发射端包括相互连接的光强调制器和光信号发送阵列，所述光信号发送阵列包括m×n个光源，其中每n个光源分布在一个信号发送区域内，所述光信号发送阵列共有m个信号发送区域，每个信号发送区域内的n个光源的光谱频段可以互相重叠但光谱又不完全相同，分别在不同信号发送区域内的任意两个光源的光谱可以相同，所述光强调制器将m×n路信号分别调制至m×n个光源生成相应的光调制信号，并在不同时刻调制出不同的信号，其中m、n为大于1的整数；所述光信号接收端包括色散器件、准直器件、光信号接收器，以及与光信号接收器连接的信号处理单元，所述色散器件可令光信号发送阵列发出的信号光之间发生干涉效应，且相同频率、相同强度的信号光入射到色散器件的不同部位后出射的相干光的光强互不相同，所述光信号接收器为具有相同频谱响应的至少m×n个光探测像素元所组成的阵列式探测芯片，阵列式探测芯片上至少有m个信号接收区域，其中的任一信号接收区域内至少有n个光探测像素元，所述光探测像素元对入射到像素元感光面上的信号光有响应，所述准直器件位置在所述色散器件和光信号接收器之间，它可以令从色散器件透射出的相干光通过的同时，滤除掉传输方向各异的散射光以及其它部分噪声，并且可以使光信号发送阵列不同区域所发射的信号光在经过色散器件之后，分别投射在光信号接收器所对应信号接收区域内不同的光探测像素元，所述信号处理单元对各像素元所探测到的数据进行分析处理，从而在光信号接收端通过数据分析处理，解码光信号发射端所发出的信号。2.根据权利要求1所述的一种基于干涉效应的光通信系统，其特征在于：在所述光信号接收端的色散器件前还设置有一光学组件，所述光学组件用于使得不同光源所发出的光射到色散器件的不同部位。3.根据权利要求2所述的一种基于干涉效应的光通信系统，其特征在于：所述光学组件包括第一凸透镜、第一小孔光阑和第二凸透镜，所述第一小孔光阑间隙设置于第一凸透镜和第二凸透镜之间的共同焦点处。4.根据权利要求1所述的一种基于干涉效应的光通信系统，其特征在于：所述光信号接收端还包括设置于所述色散器件之前或之后的光波长转换部件，所述光波长转换部件包括波长转换层，所述波长转换层中包含至少一种波长转换光学材料，所述波长转换光学材料的部分或全部吸收光谱超出所述阵列式探测芯片的探测范围，波长转换光学材料的发射光谱全部在所述阵列式探测芯片的探测范围内。5.根据权利要求4所述的一种基于干涉效应的光通信系统，其特征在于：所述波长转换光学材料为上转换发光材料、下转换发光材料及一切具有吸收一种波长的光，发射另一种波长的光的特性的材料，或这些材料的组合。6.根据权利要求1所述的一种基于干涉效应的光通信系统，其特征在于：所述准直器件包括第三凸透镜、第二小孔光阑和第四凸透镜，所述第二小孔光阑间隙设置于第三凸透镜和第四凸透镜之间的共同焦点处。7.根据权利要求1所述的一种基于干涉效应的光通信系统，其特征在于：所述色散器件包括透明基底，所述透明基底的至少一个表面上固着有至少一层透明涂层，所述透明涂层中包含有一组尺寸或形状不均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，张岳，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32