光接收机面阵传感器的信号输出方法技术

针对由成像光学系统和面阵光电传感器组成的光接收机，本发明专利技术引入了一种输出选择方案。首先识别响应了有用光信号的像元位置，然后选择性地输出这些象元信号，排除那些只响应环境光的象元的输出。如果面阵光电传感器采用取样输出，对脉冲光信号将不能够保证输出信息的完整性，本发明专利技术引入同步取样技术，并给出了一种获取同步的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光无线通信领域，特别涉及一种具有成像光学系统和面阵光电传感器的光接 收机的一种信号输出方法。
技术介绍
光通信系统从信道角度看可以分为有线通信和无线通信两类。光有线通信目前的主要技 术是光纤通信，已经成为传输网中的骨干技术。光无线通信系统从所用发射光的特性上讲， 目前主要有激光通信和红外通信两种。激光通信一般用于较远距离的点对点通信中，红外通 信的主要技术之一是用于便携设备近距数据交换的IrDA (国际红外数据协会)标准。一般的光通信系统接收机主要由光学系统、光电探测器和信号处理电路组成。光学系统 收集、过滤空间的光信号，使其聚焦在光电探测器上；光电探测器将光信号转换为电信号输 出到信号处理电路；信号处理电路进行相应的放大、滤波、检测、解调、解码等最终输出数 据。在这样的光通信系统中通常是一个发射光源对应一个光电探测器，即使是复用了多路信 号的光纤通信系统最终在接收端解复用后，空间上也是一个探测器对应一路光信号。通信所 用的光电接收机一般采用直接检测模式，即不考虑光信号的相位信息，而只考虑光信号的能 量信息，探测器的输出是连续的模拟电信号，信号的形式取决于发射光的调制形式。如果是 脉冲光，则输出也是脉冲的电信号。可见光通信是继激光、红外之后的一种新兴通信技术。随着照明LED产业的快速发展， 利用照明LED实现可见光通信将成为现行通信系统的一种补充或者替代，特别是在室内短距 高速无线通信应用上。可见光通信系统的实现原理和基本构成与激光、红外通信系统类似。 应用于室内的无线通信设备通常是便携设备，如笔记本电脑、移动电话、音视频播放器、数 码照相机、游戏机等。而将这些设备通过光通信接入到通信网络的一种简便方法是利用其自 身携带的光电成像系统实现对可见光通信信号的接收，如笔记本电脑和手机上的摄像头。最 可能的应用情形之一是利用LED阵列发送多路光信号，通过各个便携设备的成像光学系统在 其图像传感器上形成这些LED的像，不同的探测像元对应着不同的LED。如果这些探测像元 能够独立检测、输出对应的LED光信号，那么就可以实现多路或者多址光通信。单元的光电探测器实现连续的光电转换，对应的输出是连续的模拟信号，其后的处理电 路通常是放大、滤波等。面阵的探测器，如果不是规模很大，比如只有32X32像元，那么可以独立对待每一像元的输出，每一探测像元及其后续电路构成独立的输出通道。对32X32面 阵探测器应该有1024个独立的并行连续输出通道。这对现代集成电路技术来说实现起来并非 是十分困难。但是现行图像传感器(包括将来的面阵传感器)，无论是CCD的还是CMOS的，如S0NY的 ICX418AKL (彩色摄像机用8咖CCD图像传感器)和KODAK的KAI-0330 (648X484 CCD图像 传感器)、KAC-9628 (648X488 CMOS图像传感器)，都是面阵光电探测器与输出取样/处理电 路的集成，其输出是探测器某一时刻的取样值，而不是连续输出。一般CCD图像传感器采用的输出方式是在同一时刻将所有探测象元的响应信号转移到与 列象元间隔设置的纵向CCD线阵上存储起来，然后再将每个纵向CCD上的信号逐一转移到一 个横向CCD线阵上，每次相当于一行信号，横向CCD再在时钟驱动下逐一串行输出。CMOS图 像传感器的输出方式与CCD图像传感器类似，只是CMOS列信号的输出并非是同一时刻的值， 而是逐行扫描后输出或者逐元扫描后输出。CCD和CMOS图像传感器的取样输出是离散的模拟信号，而非连续的模拟信号。离散的模 拟信号在随后进行的相关双采样(CDS)模数变换后，再变为数字信号。之所以采用取样输出 的方式， 一方面是因为面阵像元数量的规模太大，在集成电路里很难规划数百万甚至上千万 并行的处理与输出通道；另一个方面作为图像或者视频应用，并不需要太高的输出频率，存 储起来再串行输出或者扫描输出已经能够满足使用要求。然而，如果使用类似的图像传感器作为多路光接收机的探测器件，那么除了常规光电探 测涉及的探测灵敏度、响应时间、响应频带等参数外，将存在两个问题 一个是输出象元的 选择问题； 一个是输出采样与接收光的同步问题。当使用图像传感器探测光通信信号时，响应的像元并不是所有的像元，而可能仅仅是部 分象元，这与发送光源和光接收机的相对位置有关。那么如何屏蔽其他无关象元对环境光的 响应信号，而只输出有效的通信信号，对提高数据传输速率，减少冗余信号有很大影响。特 别是仍旧采用取样输出的方式时，如果能够对输出象元进行选择，那么在同样的输出时钟驱 动下，针对部分象元的输出速率将急剧提高。光无线通信系统发送的光信号是调制信号，通常采用脉冲幅度调制(PAM)，脉冲频率调 制(PFM)、脉冲宽度调制(P簡)或者脉冲位置调制(PPM)等。无论哪种调制方式，其表现 都是间断性的光信号。调制信号如果能够连续地输出，则能够保持信号所含信息的完整性。 但是如果探测器采用取样输出，理论上讲，只有按照奈奎斯特采样定理，将输出的取样频率 提高到光脉冲信号带宽的两倍以上才有可能保持信息的完整性。如果期望的通信数据速率很 高，相应的光脉冲频率就很高，这种采样速率很难满足。本专利技术针对面阵光电传感器的输出在空间和时间上都表现为离散性的特点，为提高通信 速率，在使用面阵光电传感器的光接收机中引入了一种输出象元选择和输出取样与照射光脉 冲同步的方法。
技术实现思路
本专利技术的主要内容是一种光无线通信系统中的接收机，其主要特征是光接收机采用面阵 光电传感器，面阵传感器中可选择特定的象元信号输出，输出的取样时刻与光照脉冲在时间 上同步。本专利技术基于一个光发送单元和一个光接收单元。基本组成包括一个光发送点源或者光发 送阵列，在接收端有一个成像光学系统， 一个面阵光电探测器以及其输出和处理电路。显然， 这样的光接收单元可以与图像/视频采集系统兼用。光发送单元按照通信系统的约定发送调制的脉冲光信号，这些信号代表着发送的数据。 光信号经过空间信道和光学系统后在面阵光电探测器上成像，面阵探测器在输出电路的控制 下输出光电转换信号，然后送处理电路对信号进行解调、解码等处理后输出最终接收的数据。在实际通信应用中，面阵探测器除了对发送端发送光源的有用信号响应外，还对环境光 响应，并且可能占用更多的像元。如果全部象元的响应信号都予输出，那么将在后续电路中 产生许多不必要的信号，使得有用信号提取变得困难，有效地传输速率也无法提高。针对这 个问题，本专利技术在接收过程中引入有用象元输出选择程序釆用两种方法确认有用象元，然 后选择输出，减少或消除非通信光信号的响应输出。一种是图像处理的方法，根据的是发送光源的物理特征。首先在初始成像时，将光源，比如发光二极管(LED)，作为整幅图像中待检测的目标，使用模式识别的方法将其在面阵传 感器中的位置确定。无论LED是亮或是暗，目前的图像处理能力都容易实现。这种方法相当 于是在空间进行处理。二是采用辅助识别方法。使发送端的LED配合接收单元的识别发送特定脉冲频率和亮度 的信号，接收端采集多幅图像。假定环境光的在短时间内没有变化，或者变化的方式不同于 LED的光脉冲频率，那么通过对采集的多幅图像进行对比，进行相关运算，就可以发现符合 特定LED光源的响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光接收单元，由成像光学系统、面阵光电传感器和相应的输出选择、控制和信号处理电路构成。

【技术特征摘要】
1.一种光接收单元，由成像光学系统、面阵光电传感器和相应的输出选择、控制和信号处理电路构成。2. 权利要求1中所述的面阵光电传感器的光敏感波段是可见光或者不可见光。3. 权利要求l中所述的面阵光电传感器的每一个象元的输出由输出选择电路选择，输出 选择电路可以选择全部像元信号输出，也可以选择特定的一个或部分像元信号输出。4. 权利要求3中所述的输出选择电路根据发送有用光信号的光源在面阵传感器上的成像 位置选择输出像元...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊凌涛，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]