一种用于无线光通信的波分复用接收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无线光通信的波分复用接收系统，特征是包括前置光学系统(1)、光谱信号分离系统(2)、探测器阵列(3)、高压电源电路(4)、信号预处理电路(5)、解调解码电路(6)、数字电源电路(7)和信宿(8)。其中前置光学系统(1)收集大气中的多光谱信号，随后光谱信号分离系统(2)将多光谱信号的各个谱段在空间上分离，并分别聚焦至探测器阵列(3)的各个单元。探测器阵列(3)分别将各谱段的光信号转化为电信号后，信号预处理电路(5)对其进行电流/电压转换并放大至TTL电平。最后，解调解码电路(6)对预处理后的信号进行解调和解码，获取原始信息并将其传送到信宿(8)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线光通信所用的信号接收机，尤其是紫外到近红外谱段的信号接收机。
技术介绍
随着平板电脑等个人网络设备的普及和网络服务的多样化，人们对无线网络的需求和依赖不断增加，传统的WIFI无线网络已经不能满足日益增长的需求。作为新兴的无线通信技术，无线光通信可以与现有无线通信网络结合，成为下一代无线通信网络的重要组成部分。美国电气和电子工程师协会(IEEE)已经为可见光谱段的无线通信制定了标准802.15.7以指导无线光通信系统的设计，英国、日本和韩国等国家的研究者也设计了一些系统模型。与传统的射频通信技术相比，无线光通信技术具有不需要谱段授权、没有电磁干扰和不易被窃听的优点。其中可见光谱段的无线光通信，还可以在完成照明功能的同时实现高速的数据通信，以减小能耗。因此适合用于室内家居和一些对电磁干扰敏感场合如医院的无线通信。由于光信号不能穿过墙壁，也可以由光学天线控制方向，因此其具有天然的小区分隔，并可以通过空分复用来提高信道的容量，非常适用于人口密度较大场合的通信。如会议会场。值得一提的是，由于从紫外到近红外谱段的光均能承载信号，且互不干扰，因此可以利用信道的波分复用来显著提高通信速率。当前的无线光通信系统大多是分别基于紫外LED、白光LED、RGB三色LED或者红外LED，并没有出现将所有可用的LED谱段集成在一起的多光谱通信系统，大气中的光谱信道资源没有得到完全利用。与此同时，当前的多光谱LED光通信接收机大多采用半球形透镜作为前置光学系统，增益较低。在光谱分离方面，均是利用滤光片进行光谱分离，能量损失很大。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种基于光谱分离光路和探测器阵列，能够同时从紫外到近红外谱段接收多谱段无线光信号，并具有前置光学系统的多光谱无线光通信接收机。其技术解决方案是：一种用于无线光通信的波分复用接收系统，其特征在于包括前置光学系统、光谱信号分离系统、探测器阵列、高压电源电路、信号预处理电路、解调解码电路、数字电源电路和信宿8个部分。其中前置光学系统收集大气中的多光谱信号，随后光谱信号分离系统将接收到的多光谱信号在各个谱段上的子信号从空间上分离，并分别聚焦至探测器阵列的各个单元。探测器阵列分别将各谱段的光信号转化为电信号后，信号预处理电路对其进行电流/电压转换并放大至TTL电平。最后，解调解码电路对预处理后的信号进行解调和解码，获取信号所承载的原始信息并将其传送到信宿。信宿对信号的接收进行监控，并将接收的信息存储。该接收系统可以对大气中多光谱信号在各谱段的子信号进行提取和接收，以实现波分复用的无线光通信。与此同时，还能对背景光噪声的各个谱段进行提取，在多谱段提供无线光通信信道的原始数据。该接收系统的覆盖范围为300到1000纳米，可实现从紫外到近红外波段的全面覆盖。上述解调解码电路包括FPGA处理器，FLASH存储器，通信接口处理器，电源模块和信号整形模块。可将预处理电路输出的标准电平等级的信号按调制和编码方式进行解调和解码，从而得到原始的发送信号并将其发送给信宿。上述信号预处理电路包括I/V转换电路，信号放大电路和幅度控制电路。其中I/V转换电路由跨导放大器芯片及其周边元件组成，可将探测器单元输出的微弱电流信号转化为电压信号，并实现信号的放大。信号放大电路由增益可控的放大器芯片及其周边元件组成。可对电压信号进行进一步的、增益可控的放大，以保证输出信号具有稳定的电平等级。幅度控制电路由单片机及其周边电路组成。其利用单片机内置的AD对多路信号进行采样，并根据采样信号的情况利用单片机内置的DA对信号放大电路的增益进行调节，以保证输出信号的稳定。上述前置光学系统由正负透镜组组成，该光学系统可以使主面后移，负组透镜在前可以减小轴外光线对正组透镜的视场角，达到了大视场短焦距的目的。另外，信号光束近似于平行光束，被前置光学系统的负组透镜接收，所成的像为该系统正组透镜的物，正组透镜的任务就是将其成像于指定狭缝上，以便于光谱信号分离系统分光并接收信号。上述光谱信号分离系统采用光栅分光结构，由狭缝，准直系统，光栅，聚焦系统组成。准直系统将狭缝出来的多光谱信号光转化为平行光，再通过光栅将多光谱信号在空间上进行分离，最后通过聚焦系统将多个单光谱信号聚焦到APD阵列上，从而实现多光谱探测接收的目的。准直系统包括准直镜和平面反射镜，其中准直镜可以将发散信号光转化为平行光，反射镜用于折叠光路。聚焦系统包括聚焦镜和柱面反射镜，聚焦镜用于将多个单光谱信号聚焦到APD阵列上进行探测接收，柱面反射镜用于调整系统的像差，从而实现较高的光谱分辨率。本专利技术的创新点在于：(1)能够同时接收多路多光谱调制信号，谱段覆盖范围从300nm到1000nm，即紫外到近红外光的光谱范围。实现了多光谱信号中子光谱信号的多路分离和分路接收。(2)能够同时接收多路多光谱背景光信号，谱段覆盖范围从300nm到1000nm，。实现了对大气光信道背景噪声的多光谱实时监测。(3)前置光学系统可以将大视场范围内的多光谱信号聚焦于狭缝，实现了大视场、高增益的信号接收。(4)光谱信号分离系统可以在空间上将多光谱信号分为多个单光谱信号，然后用APD阵列对多个单光谱信号进行接收，从而实现多光谱多路接收探测，较大的提高了系统的信噪比和通信速率。附图说明图1为本专利技术的原理示意框图。图2为本专利技术的信号放大电路的原理示意框图图3为本专利技术实施方式一的前置光学系统的原理示意图图4为本专利技术实施方式一的光谱信号分离系统的原理示意图图5为本专利技术实施方式三的前置光学系统的原理示意图(附图中各部件尺寸和距离等没有严格按照比例画出)。具体实施方式结合附图详细描述本专利技术的优选实施方式。为了便于描述和突出显示本专利技术，附图中省略了现有技术中已有的相关部件，并将省略对这些公知部件的描述。实施方式一：结合图1，图2，图3，图4，一种用于无线光通信的波分复用接收系统。包括前置光学系统1、光谱信号分离系统2、探测器阵列3、高压电源电路4、信号预处理电路5、解调解码电路6、数字电源电路7和信宿8。其中前置光学系统收集大气中的多光谱信号，随后光谱信号分离系统将多光谱信号的各个谱段在空间上分离，并分别聚焦至探测器阵列的各个单元。探测器阵列共有8路，分别将各谱段的光信号转化为电信号后，利用8路信号预处理电路对其进行电流/电压转换并放大至TTL电平。最后，解调解码电路对预处理后的信号进行解调和解码，获取原始信息并将其传送到信宿。该接收系统可以对大气中多光谱信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线光通信的波分复用接收系统，其特征在于：该接收系统由前置光学系统、光谱信号分离系统、探测器阵列、高压电源电路、信号预处理电路、解调解码电路、数字电源电路和信宿组成；该接收系统可以对大气中的多光谱信号进行接收，并对各谱段的子信号进行分离和提取，以实现波分复用的无线光通信，与此同时，还能对背景光噪声的各个谱段进行提取，在多谱段提供无线光通信信道的原始数据。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线光通信的波分复用接收系统，其特征在于：该接收系统由前置光学系统、
光谱信号分离系统、探测器阵列、高压电源电路、信号预处理电路、解调解码电路、数字电
源电路和信宿组成；该接收系统可以对大气中的多光谱信号进行接收，并对各谱段的子信号
进行分离和提取，以实现波分复用的无线光通信，与此同时，还能对背景光噪声的各个谱段
进行提取，在多谱段提供无线光通信信道的原始数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于无线光通信的波分复用接收系统，其特征在于：上述
信宿具有人机交互界面和存储器，可对解调解码电路输出的信号状态进行监控和显示，并对
接收的数据进行存储。
3.根据权利要求1所述的一种用于无线光通信的波分复用接收系统，其特征在于：上述
解调解码电路可将预处理电路输出的标准电平等级的信号按调制和编码方式进行解调和解
码，从而得到原始的发送信号。
4.根据权利要求1所述的一种用于无线光通信的波分复用接收系统，其特征在于：上述
信号预处理电路包括I/V转换电路，信号放大电路和幅度控制电路；可将探测器阵列输出的
微弱电流信号转化为标准电平等级的电压信号，并通过自动增益控制维持输出信号的稳定。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐义，张学彬，黄河清，郭蕾，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11