CN103595471B - 一种空间光通讯的方法和***及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光通讯的方法和***，特别是一种空间光通讯的方法和***及装置。其特征是：***包括服务端和客户端，服务端至少包括光源和调制光源的调制器，客户端至少包括成像透镜、光电器件阵列、阵列控制单元、解调单元，服务端的下行信息通过调制器加载到所述光源的光波中，所述光源通过所述成像透镜在所述光电器件阵列上成像，通过所述阵列控制单元选择光电器件阵列的光电器件单元的信号输出并通过所述解调单元还原下行信息。有益效果是：利用光进行信息的空间传播，实现光线无线连接互联网络，实现多个客户端的同时使用，另外采用光电及无线互补方案实现高速下行的同时满足网络稳定的要求。

Description

一种空间光通讯的方法和***及装置

技术领域

本发明涉及一种光通讯的方法和***，特别是一种空间光通讯的方法和***及装置。

背景技术

目前光通讯应用很成熟的是光纤通讯（Fiber-optic communication），是指一种利用光与光纤（optical fiber）传递资讯的一种方式，属于有线通信的一种，光经过调制（modulation）后便能携带资讯。光纤常被电话公司用于传递电话、因特网，或是有线电视的讯号，有时候利用一条光纤就可以同时传递上述的所有讯号。

光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上，完成这一过程的器件称为调制器。现有的调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。光调制方法分直接调制、腔内调制和腔外调制三种：①直接调制法：外加信号直接控制激光器的泵浦源，如控制半导体激光器的注入电流，从而使激光的某些参量得到调制。②腔内调制：腔内调制是通过改变激光器的参数如增益、谐振腔Q值或光程等实现的，主要用于Q开关、腔测空、锁模等技术。腔内调制又分为被动式与主动式两类。③腔外调制：只改变腔外光波参数而不影响激光振荡本身的一种调制方法，主要用于光偏转、扫描、隔离、调相、调幅和斩波等方面。现有的光调制方式如：OOK（键控调制）、PPM（脉冲位置调制）、DPPM（差分脉冲位置调制）、DPIM（查分脉冲间隔调制）、DH-PIM（双头脉冲间隔调制）和MPPM（多元脉冲位置调制）等。

现有的光通讯光源有LED（发光二极管）光源和LD（激光）光源等，具有非常高的频响特征，即可以被调制为很高频率的闪光，这样为携带大量信息提供了光源条件。目前也有LED内包含了数个量子井（quantum well）的结构，使得LED可以发出不同波长的光，涵盖较宽的频谱，可以通过色散器件实现频谱复用。LED光源带宽可以达到100MHz，LD光源带宽可以达到1000MHz。对于普通光源可以采用外光调制的方法。

以上都是光纤通讯的成熟技术，属于有线通讯，即光线约束在光纤中传输，本发明的目的是实现光在空间区域传播（不同于光线的点对点空间传输），实现无线通讯。

发明内容

本发明的目的是实现光在一定范围的空间区域传播信息，特别是利用光通讯无线连接互联网络。

本发明光源包括可见光和非可见光光源。

本发明的技术方案是：

一种空间光通讯的***，其特征是：***包括服务端和客户端，服务端至少包括光源和调制光源的调制器，客户端至少包括成像透镜、光电器件阵列、解调单元，服务端的下行信息通过调制器加载到所述光源的光波中，所述光源通过所述成像透镜在所述光电器件阵列上成像，光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：客户端还包括阵列控制单元，通过所述阵列控制单元选择光电器件阵列的光电器件单元的信号输出并通过解调单元还原下行信息。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：客户端还包括IP寻址单元，所述光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给客户端计算机。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：服务端还包括成像透镜、光电器件阵列、解调单元，客户端还包括信号光源和调制信号光源的调制器，客户端通过信号光源向服务端发送上行信息，信号光源通过服务端的成像透镜在服务端的光电器件阵列上成像，服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过通过服务端的解调单元还原上行信息并提供给服务端的服务器。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：服务端还包括阵列控制单元，通过服务端的阵列控制单元选择服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出并通过服务端的解调单元还原上行信息。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：服务端还包括IP寻址单元，服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原上行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给服务端的服务器。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：服务端还包括无线接收单元，客户端还包括无线发射单元，所述无线接收单元负责接收所述无线发射单元发射的上行信息。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：光源的光线输出方向有扩光器，扩光器使光源光线向四周空间发散。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：成像透镜设置有自动对焦装置。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：成像透镜和光电器件阵列之间的光路中设置有色散器件，色散器件将不同波长的光线分离以便实现信息调制的复用。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：***还包括WiFi无线收发单元，以便和光源传输信息进行互补。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：光电器件阵列是数码相机的CCD或CMOS器件。

所述的一种空间光通讯的***，其特征是：所述光源为LED光源、或LD光源、或照明光源、或信号灯光源、或标牌灯、或广告灯光源、或霓虹灯光源、或显示器背光光源、或显示屏像素灯光源。

一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端装置至少包括成像透镜、光电器件阵列、解调单元，服务端的下行信息通过调制器加载到光源的光波中，光源通过所述成像透镜在所述光电器件阵列上成像，光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端还包括阵列控制单元，通过所述阵列控制单元选择光电器件阵列的光电器件单元的信号输出并通过解调单元还原下行信息。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端还包括IP寻址单元，所述光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给客户端计算机。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端装置还包括信号光源和调制信号光源的调制器，客户端通过调制器调制信号光源向服务端发送上行信息。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端装置还包括无线发射单元，由无线发射单元向服务端发送上行信息。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端装置还包括WiFi无线单元。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：成像透镜设置有自动对焦装置。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：成像透镜和光电器件阵列之间的光路中设置有色散器件，色散器件将不同波长的光线分离以便实现信息调制的复用。

所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：光电器件阵列是数码相机的CCD或CMOS器件。

一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：服务端装置至少包括光源和调制光源的调制器，服务端的下行信息通过调制器加载到所述光源的光波中。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：服务端装置还包括成像透镜、光电器件阵列、解调单元，客户端由信号光源向服务端发送上行信息，信号光源通过服务端的成像透镜在服务端的光电器件阵列上成像，服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过服务端的解调单元还原上行信息。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：服务端还包括阵列控制单元，通过服务端的阵列控制单元选择服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出并通过服务端的解调单元还原上行信息。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：服务端还包括IP寻址单元，服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过服务端的解调单元还原上行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给服务端的服务器。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：服务端装置还包括无线接收单元，由无线接收单元接收客户端的上行信息。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：服务端装置还包括WiFi无线单元。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：光源的光线输出方向有扩光器，扩光器使光源光线向四周空间发散。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：成像透镜设置有自动对焦装置。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：光电器件阵列是数码相机的CCD或CMOS器件。

所述的一种空间光通讯的服务端装置，其特征是：所述光源为LED光源、或LD光源、或照明光源、或信号灯光源、或标牌灯、或广告灯光源、或霓虹灯光源、或显示器背光光源、或显示屏像素灯光源。

一种空间光通讯的方法，其特征在于，包括：

（1）有服务端和客户端，服务端的服务器获取网络信号，即TCP/IP协议数据包；

（2）服务端的下行信号输入调制器，由调制器调制光源形成调制光线；

（3）光源通过客户端的成像透镜在光电器件阵列上成像，阵列控制单元根据要求选取光电器件阵列的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过解调单元由计算机接收，同时形成上行信号，上行信号通过客户端的上行信号发送单元由服务端的上行信号接收单元接收并提供给服务端的服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的上行信号发送单元发送至服务端的上行信号接收单元，并由服务端的服务器解释执行。

所述的一种空间光通讯的方法，其特征在于，包括：

步骤（3）客户端的上行信号发送单元是由调制器和信号光源组成的上行信号发送单元，相应的服务端的上行信号接收单元由成像透镜、光电器件阵列、阵列控制单元、解调单元组成，上行信号通过客户端的调制器调制信号光源，所述信号光源通过服务端的成像透镜在服务端的光电器件阵列上成像，服务端阵列控制单元根据服务器要求选取光电器件阵列的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过服务端解调单元提供给服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

步骤（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的调制器调制信号光源，所述信号光源通过服务端的成像透镜在服务端的光电器件阵列上成像，服务端阵列控制单元根据服务器要求选取光电器件阵列的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过服务端解调单元提供给服务端的服务器解释执行。

或：

步骤（3）客户端的上行信号发送单元是无线发射单元，相应的服务端的上行信号接收单元是无线接收单元，上行信号通过客户端的无线发射单元发送至服务端，通过服务端的无线接收单元接收上行信号并提供给服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

步骤（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号通过客户端的无线发射单元发送至服务端，通过服务端的无线接收单元接收上行信号并提供给服务器由服务器解释执行。

进一步：

步骤（3）客户端的上行信号发送单元是WiFi的无线发射单元，相应的服务端的上行信号接收单元是WiFi的无线接收单元，上行信号通过客户端的WiFi的无线发射单元发送至服务端，通过服务端的WiFi的无线接收单元接收上行信号并提供给服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；同时通过WiFi发送下行信号补充光源不稳定的情况。

步骤（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号通过客户端的WiFi的无线发射单元发送至服务端，通过服务端的WiFi的无线接收单元接收上行信号并提供给服务器由服务器解释执行。

一种光电IP寻址方式共同完成TCP/IP协议数据包的传送的方法：一种空间光通讯的方法，其特征在于，包括：

（1）有服务端和客户端，服务端的服务器获取网络信号，即TCP/IP协议数据包；

（2）服务端的下行信号输入调制器，由调制器调制光源形成调制光线；

（3）光源通过客户端的成像透镜在光电器件阵列上成像，光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调由IP寻址单元寻址提供给客户端计算机，客户端计算机形成上行信号，上行信号通过客户端的上行信号发送单元由服务端的上行信号接收单元接收并提供给服务端的服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的上行信号发送单元发送至服务端的上行信号接收单元，并由服务端的服务器解释执行。

本发明的有益效果是：利用光进行信息的空间传播，实现光线无线连接互联网络，通过无线发射单元或信号光源传送上行信息，实现多个客户端的同时使用，通过光电器件阵列和成像透镜提实现了信息传输的多个通道，或者提高了信息传输的速度或容纳更多的客户端，另外采用光电及无线互补方案实现高速下行的同时满足网络稳定的要求。

附图说明

图1为光调制示意图。

图2为外光调制示意图。

图3为本发明原理图。

图4为光电器件阵列原理图。

图5本发明服务端和客户端都采用成像透镜和光电器件阵列的实施方案原理图。

图6本发明客户端的上行信号采用无线发射单元发送、服务端采用无线接收单元接收的实施方案原理图。

图7为本发明采用光电、无线互补方式传输信息的实施方案。

图8为本发明采用成像透镜和光电器件阵列方案加装自动对焦的示意图。

图9为本发明采用成像透镜和光电器件阵列方案增加色散器件的原理图。

图10为图9实施方案中色散器件为棱镜。

图11为图9实施方案中色散器件为光栅。

图12以4*4光电器件阵列为例说明一种IP寻址方式实现通讯的实施方案（客户端）。

图13为图12实施方案服务端的实施方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为光调制示意图。由信号控制调制器，电源通过调制器的调制形成调制电流，由调制电流驱动光源发光形成调制光线。

光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上，完成这一过程的器件称为调制器。现有的调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。光调制方法分直接调制、腔内调制和腔外调制三种：①直接调制法：外加信号直接控制激光器的泵浦源，如控制半导体激光器的注入电流，从而使激光的某些参量得到调制。②腔内调制：腔内调制是通过改变激光器的参数如增益、谐振腔Q值或光程等实现的，主要用于Q开关、腔测空、锁模等技术。腔内调制又分为被动式与主动式两类。③腔外调制：只改变腔外光波参数而不影响激光振荡本身的一种调制方法，主要用于光偏转、扫描、隔离、调相、调幅和斩波等方面。现有的光调制方式如：OOK（键控调制）、PPM（脉冲位置调制）、DPPM（差分脉冲位置调制）、DPIM（查分脉冲间隔调制）、DH-PIM（双头脉冲间隔调制）和MPPM（多元脉冲位置调制）等。

光源可以采用LED（发光二极管）光源或LD光源（激光）。目前也有LED内包含了数个量子井（quantum well）的结构，使得LED可以发出不同波长的光，涵盖较宽的频谱，可以通过色散器件实现频谱复用。LED光源带宽可以达到100MHz，LD光源带宽可以达到1000MHz。

由于LED光源和LD光源的光束很集中，特别是LD光源是单向平行干涉光，为了使调制光线在空间散射，可以在光路上设置扩光器，扩光器可以是透镜、或菲尼儿透镜、或漫反射屏等。

光源的形式可以是：照明光源、或信号灯光源、或广告灯光源、或标牌灯、或霓虹灯光源、或显示器背光光源、或显示屏像素灯光源等一切可以调制的光源。

图2为外光调制示意图。图2为本发明采用外光调制器件调制光线实现信息传输的实施方案。图2实施方案和图1实施方案原理一致，不同之处在于信号调制采用外光调制器件，即采用外光调制器件对光源的光线进行调制。外光调制是根据某些电光或声光晶体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化的物理现象而实现的，外光调制器主要包括：利用电光效应制成的电光调制器、利用声光效应制成的声光调制器和利用磁光效应制成的磁光调制器，采用以上外调制器，可以完成对光载波的振幅、频率和相位的调制。现有的调制方式有：①线性电光调制：所用介质折射率的变化与电场强度成线性关系（泡克耳斯效应）。常见的线性电光调制又分纵向电光调制和横向电光调制两种。纵向调制装置采用磷酸二氢钾(KDP)、磷酸二氢铵(ADP)等晶体；横向调制典型装置采用钽酸锂、砷化镓等晶体。②平方电光调制：所用介质感生的光学双折射是外加电场强度的二次函数（克尔效应）。这类介质有晶体（如钽铌酸钾）和液体（如硝基苯、溴化苯等）。

图3为本发明原理图。服务端包括光源、调制器305、服务器、上行信号接收单元；客户端包括成像透镜301、光电器件阵列302、阵列控制单元303、解调单元304、计算机、上行信号发送单元。

现有的调制方式有对载波的幅度、频率或相位进行键控，如ASK、FSK、PSK等。

所述服务器可以是路由器、或交换机。

所述解调单元可以是计算机软件也可以是硬件单元。

工作步骤是：

（1）有服务端和客户端，服务端的服务器获取网络信号，即TCP/IP协议数据包；

（2）服务端的下行信号输入调制器305，由调制器305调制光源形成调制光线；

（3）光源通过客户端的成像透镜301在光电器件阵列302上成像，阵列控制单元303根据要求选取光电器件阵列302的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过解调单元304由计算机接收，同时形成上行信号，上行信号通过客户端的上行信号发送单元发送至服务端，由服务端的上行信号接收单元接收并提供给服务端的服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的上行信号发射单元发送至服务端的上行信号接收单元，并由服务端的服务器解释执行。

另外，如果服务端采用外光调制器件，其工作原理也一样。

图4为光电器件阵列原理图。光电器件阵列由若干光电器件单元组成，如401为一个光电器件单元，光电器件单元401的输出端为X1、Y1，图4以4*4阵列为例，有16个输出端，分别为：（X1，Y1）、（X1，Y2）、（X1，Y3）、（X1，Y4）、（X2，Y1）、（X2，Y2）、（X2，Y3）、（X2，Y4）、（X3，Y1）、（X3，Y2）、（X3，Y3）、（X3，Y4）、（X4，Y1）、（X4，Y2）、（X4，Y3）、（X4，Y4）。另外，和光电器件阵列配合的阵列控制单元包含有矩阵开关，光电器件阵列的输出端和矩阵开关相连，通过矩阵开关可以获取光电器件阵列的任一光电器件单元的信号，所述信号可以单独或复合输出，如叠加、相减、积分、微分等。阵列控制单元的控制信号可以来源于服务器，或计算机，或DSP控制芯片。

控制的方式如：光源单点跟踪、光源多点跟踪、光电器件单元单线程输出、光电器件单元多线程输出、光源信号分离、光源信号合成等。通过阵列控制单元跟踪光源从而建立光源与光电器件阵列中某一个或多个光电器件单元之间的通讯通道。

通过阵列控制单元可以跟踪光源图像在光电器件阵列上的位置，从而选择相应的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出，建立信号通道，通过光源的单点跟踪可以建立不同的通讯通道（如选择最强的光源），通过不同的信号通道可以实现多个客户端的连接，或通过光源多点跟踪和多线程输出可以建立多通道的大容量通讯。例如：1、假设光源1在401光电器件单元位置处成像，则由（X1，Y1）输出端输出信号，建立光源1和光电器件单元401之间的通讯通道；假设光源2在402光电器件单元位置处成像，则由（X4，Y2）输出端输出信号，建立光源2和光电器件单元402之间的通讯通道；这样不同的客户端可以跟踪不同的光源，建立自己的通讯通道，或者由阵列控制单元根据需要建立不同的通讯通道。2、同时建立光源1和光电器件单元401、光源2和光电器件单元402之间的通讯通道，由阵列控制单元控制输出（X1，Y1）和（X4，Y2）两个信号，实现两线程信号输出。

所述光电器件阵列的光电器件单元的设置密度决定获取光源图像的分辨率，光电器件单元的密度越大分辨率越高，越有利于分辨不同的光源，理论上高密度光电器件单元的光电器件阵列就是图像成像器件。

作为一种现有器件的实施方案，可以用现有数码相机的CCD或CMOS实现，特别是高速相机成像器件，可以将若干像素点合并为一个光电器件单元以便增加感光度，由阵列控制单元控制并获取光电器件单元的信号输出。

进一步，现有的配置摄像头的电子装置，如手机、谷歌眼镜等，利用摄像头获取调制光源图像，通过解调光源图像像素点的调制信号得到传输信息。再进一步，配合电子装置自带的WiFi无线单元上传上行信息，这样就可以通过摄取调制光源上网。

图5本发明服务端和客户端都采用成像透镜和光电器件阵列的实施方案原理图。服务端包括光源、调制器305、服务器、像透镜501、光电器件阵列502、阵列控制单元503、解调单元504，其中：成像透镜501、光电器件阵列502、阵列控制单元503、解调单元504组成上行信息接收单元；客户端包括成像透镜301、光电器件阵列302、阵列控制单元303、解调单元304、计算机、调制器505、信号光源，其中：调制器505、信号光源组成上行信号发送单元。

工作步骤是：

（1）有服务端和客户端，服务端的服务器获取网络信号，即TCP/IP协议数据包；

（2）服务端的下行信号输入调制器305，由调制器305调制光源形成调制光线；

（3）光源通过客户端的成像透镜301在光电器件阵列302上成像，阵列控制单元302根据要求选取光电器件阵列的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过解调单元304由计算机接收，同时形成上行信号，上行信号通过客户端的调制器505调制信号光源，所述信号光源通过服务端的成像透镜501在服务端的光电器件阵列502上成像，阵列控制单元503根据服务器要求选取光电器件阵列502的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过解调单元504提供给服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的调制器505调制信号光源，所述信号光源通过服务端的成像透镜501在服务端的光电器件阵列502上成像，阵列控制单元503根据服务器要求选取光电器件阵列的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过解调单元504提供给服务端的服务器解释执行。

另外，如果服务端采用外光调制器件，其工作原理也一样。

图6本发明客户端的上行信号采用无线发射单元发送、服务端采用无线接收单元接收的实施方案原理图。服务端包括光源、调制器305、服务器、无线接收单元即上行信号接收单元；客户端包括成像透镜301、光电器件阵列302、阵列控制单元303、解调单元304、计算机、无线发射单元即上行信号发送单元。

所述无线接收单元可以是现有的无线WiFi的接收部分。

所述无线发射单元可以是现有的无线WiFi的发射部分。

工作步骤是：

（1）有服务端和客户端，服务端的服务器获取网络信号，即TCP/IP协议数据包；

（2）服务端的下行信号输入调制器305，由调制器305调制光源形成调制光线；

（3）光源通过客户端的成像透镜301在光电器件阵列302上成像，阵列控制单元303根据要求选取光电器件阵列302的光电器件单元的输出信号，所述输出信号通过解调单元304由计算机接收，同时形成上行信号，上行信号通过客户端的上行信号发送单元发送至服务端，由服务端的上行信号接收单元接收并提供给服务端的服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的上行信号发射单元发送至服务端的上行信号接收单元，并由服务端的服务器解释执行。

另外，如果服务端采用外光调制器件，其工作原理也一样。

图7为本发明采用光电、无线互补方式传输信息的实施方案。考虑到下行信号采用光电传输，以便取得更高的传输速率，光线可能被遮住或下行信号阻塞时，可以利用无线收发单元进行信号传输，如现有的WiFi方式，这样可以实现光电及无线互补方式上网。

图8为本发明采用成像透镜和光电器件阵列方案加装自动对焦的示意图。801为成像透镜，可以是服务端的，也可以是客户端的，和成像透镜801相连的是聚焦装置，通过聚焦装置可以将光源或信号光源的图像聚焦成像在光电器件阵列上。

图9为本发明采用成像透镜和光电器件阵列方案增加色散器件的原理图。901为成像透镜，可以是服务端的，也可以是客户端的，902为色散器件，色散器件的作用是将成像透镜形成的图像像素按不同波长的光线进行分离，这样不同波长的光线可以分别调制携带不同的信息（即波分复用技术（WDM）），从而提高了信息传输容量，相应地，服务端的不同波长光线的调制由各自对应的调制器进行调制。色散器件有：滤色介质、棱镜、光栅等。

图10为图9实施方案中色散器件为棱镜。1001为棱镜阵列，棱镜阵列即数个棱镜规则排列构成，这样棱镜色散器件可以制造的比较轻薄。

图11为图9实施方案中色散器件为光栅。1101为光栅，通过光栅的衍射将成像透镜901形成的图像像素按不同波长的光线进行分离。

图12以4*4光电器件阵列为例说明一种IP寻址方式实现通讯的实施方案（客户端）。本发明实施方案中图3、图5、图6、图7所示实施方案中客户端的阵列控制单元的作用是跟踪光源从而建立光源与光电器件阵列中某一个或多个光电器件单元之间的通讯通道。采用图12所示实施方案，去除本发明实施方案图3、图5、图6、图7所示实施方案中的客户端的阵列控制单元，将解调单元应用于每一个光电器件阵列的光电器件单元，同时设置IP寻址单元，实现基于TCP/IP协议的IP数据包通讯，由IP的标识识别不同的光源设备或客户端设备及网络地址。图12中光源1、光源2、……光源n的下行信号为TCP/IP协议的封装数据包，数据包对客户端设备及网络地址进行标识，光源通过成像透镜301在光电器件阵列302成像，光源1的成像在（X1，Y3）光电器件单元处，光源2的成像在（X1，Y2）光电器件单元处，1201为解调单元集合，每一个光电器件单元对应一个解调单元，光电器件阵列302所有的输出通过1201的解调输出TCP/IP协议数据，即16个输出数据，本例中有（X1，Y3）、（X1，Y2）两个数据，其它数据为无，数据由IP寻址单元处理选择，处理选择方式有三种：1、一个光源服务于一个客户端，如光源1的（X1，Y3）输出被选择输出服务于客户端1，光源2的（X1，Y2）输出服务于客户端2，信号选择由封装数据包中的设备及地址标识（客户端设备及地址标识）进行选择；2、多个光源服务于一个客户端，如光源1的（X1，Y3）输出被选择输出服务于客户端1，光源2的（X1，Y2）输出也服务于客户端1，信号选择由封装数据包中的设备及地址标识（客户端设备及地址标识）进行选择；3、多个光源服务于多个客户端，并进行自适应优化调整。

图13为图12实施方案服务端的实施方案。服务端接收客户端的上行信号，采用图13所示实施方案，去除本发明实施方案图5所示实施方案中的服务端的阵列控制单元，将解调单元应用于每一个光电器件阵列的光电器件单元，同时设置IP寻址单元，实现基于TCP/IP协议的IP数据包通讯，由IP的标识识别不同的光源设备或客户端设备及网络地址。图13中信号光源1、信号光源2、……信号光源n的上行信号为TCP/IP协议的封装数据包，数据包对服务端设备及网络地址进行标识，信号光源通过成像透镜501在光电器件阵列502成像，信号光源1的成像在（X1，Y3）光电器件单元处，信号光源2的成像在（X1，Y2）光电器件单元处，1301为解调单元集合，每一个光电器件单元对应一个解调单元，光电器件阵列502所有的输出通过1301的解调输出TCP/IP协议数据，即16个输出数据，本例中有（X1，Y3）、（X1，Y2）两个数据，其它数据为无，数据由IP寻址单元处理选择，处理选择方式有三种： 1、一个信号光源对应一个服务端，如信号光源1的（X1，Y3）输出被选择输出对应服务端1，信号光源2的（X1，Y2）输出对应服务端2，信号选择由封装数据包中的设备及地址标识（服务端设备及地址标识）进行选择；2、多个信号光源对应一个服务端，如信号光源1的（X1，Y3）输出被选择输出对应服务端1，信号光源2的（X1，Y2）输出也对应服务端1，信号选择由封装数据包中的设备及地址标识（服务端设备及地址标识）进行选择；3、多个信号光源对应多个服务端，并进行自适应优化调整。

实际应用的光电器件阵列的光电器件单元设置密度大于4*4阵列，原理和图12、图13描述的原理一致，光电器件单元的密度越大分辨率越高，越有利于分辨不同的光源，理论上高密度光电器件单元的光电器件阵列就是图像成像器件。

图12所示客户端IP寻址方式和图13所示服务端IP寻址方式共同完成TCP/IP协议数据包的传送，原理和现有的路由器原理一致，是一种光电路由设备。IP寻址的工作原理（包括本地网络寻址和非本地网络寻址）：首先看本地网络实现IP 寻址，也就是我们所说的同一网段通信过程，现在我们假设有2个主机，他们是属于同一个网段。主机A和主机B，首先主机A通过本机的hosts表或者wins***或dns***先将主机B的计算机名 转换为Ip地址，然后用自己的 Ip地址与子网掩码计算出自己所出的网段，比较目的主机B的ip地址与自己的子网掩码，发现与自己是出于相同的网段，于是在自己的ARP缓存中查找是否有主机B 的mac地址，如果能找到就直接做数据链路层封装并且通过网卡将封装好的以太网帧发送有物理线路上去：如果arp缓存中没有主机B的的mac地址，主机A将启动arp协议通过在本地网络上的arp广播来查询主机B的mac地址，获得主机B的mac地址厚写入arp缓存表，进行数据链路层的封装，发送数据。

图12所示实施方案中，如果上行信号由无线发射单元或WiFi的无线发射单元实现上传，上行信号数据封装包由服务端的服务器进行IP寻址选择。

图12所示客户端IP寻址方式和图13所示服务端端IP寻址方式共同完成TCP/IP协议数据包的传送的方法：其特征在于，包括：

（1）有服务端和客户端，服务端的服务器获取网络信号，即TCP/IP协议数据包；

（2）服务端的下行信号输入调制器，由调制器调制光源形成调制光线；

（3）光源通过客户端的成像透镜在光电器件阵列上成像，光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调由IP寻址单元寻址提供给客户端计算机，客户端计算机形成上行信号，上行信号通过客户端的上行信号发送单元由服务端的上行信号接收单元接收并提供给服务端的服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的上行信号发送单元发送至服务端的上行信号接收单元，并由服务端的服务器解释执行。

Claims (18)

1.一种空间光通讯的***，其特征是：***包括服务端和客户端，服务端至少包括光源和调制光源的调制器，客户端至少包括成像透镜、光电器件阵列、解调单元，服务端的下行信息通过调制器加载到所述光源的光波中，所述光源通过所述成像透镜在所述光电器件阵列上成像，光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息，通过光电器件阵列和成像透镜实现信息传输的多个通道，提高信息传输的速度或容纳更多的客户端；

客户端还包括IP寻址单元，所述光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给客户端计算机，服务端和客户端传送的数据包对客户端设备及网络地址进行标识，光源通过成像透镜在光电器件阵列成像，每一个光电器件单元对应一个解调单元，光电器件阵列所有的输出通过解调输出TCP/IP协议数据，IP寻址单元输出的信号由数据包中的设备及地址标识进行选择提供给相应的客户端。

2.根据权利要求1所述的一种空间光通讯的***，其特征是：所述光源为LED光源、或LD光源、或照明光源、或信号灯光源、或标牌灯、或广告灯光源、或霓虹灯光源、或显示器背光光源、或显示屏像素灯光源。

3.根据权利要求1所述的一种空间光通讯的***，其特征是：所述光源的光线输出方向有扩光器，扩光器使光源光线向四周空间发散。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种空间光通讯的***，其特征是：客户端装置还包括WiFi无线发射单元，由WiFi无线发射单元向服务端发送上行信息，服务端装置还包括WiFi无线接收单元，由WiFi无线接收单元接收客户端的上行信息，当光线被遮住或下行信号阻塞时，利用WiFi无线收发单元进行信号传输，实现光电及无线互补方式上网。

5.根据权利要求1所述的一种空间光通讯的***的服务端装置，其特征是：服务端装置包括成像透镜、光电器件阵列、解调单元，客户端由信号光源向服务端发送上行信息，信号光源通过服务端的成像透镜在服务端的光电器件阵列上成像，服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过服务端的解调单元还原上行信息，通过光电器件阵列和成像透镜实现信息传输的多个通道，提高信息传输的速度或容纳更多的客户端；

服务端还包括IP寻址单元，服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过服务端的解调单元还原上行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给服务端的服务器。

6.根据权利要求5所述的一种空间光通讯的***的服务端装置，其特征是：服务端装置还包括WiFi无线接收单元，由WiFi无线接收单元接收客户端的上行信息，当光线被遮住或下行信号阻塞时，利用WiFi无线收发单元进行信号传输，实现光电及无线互补方式上网。

7.根据权利要求5或6所述的一种空间光通讯的***的服务端装置，其特征是：成像透镜设置有自动对焦装置。

8.根据权利要求5或6所述的一种空间光通讯的***的服务端装置，其特征是：光电器件阵列是CCD或CMOS器件。

9.根据权利要求5或6所述的一种空间光通讯的***的服务端装置，其特征是：所述光源为LED光源、或LD光源、或照明光源、或信号灯光源、或标牌灯、或广告灯光源、或霓虹灯光源、或显示器背光光源、或显示屏像素灯光源。

10.一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端装置至少包括成像透镜、光电器件阵列、解调单元，服务端的下行信息通过调制器加载到光源的光波中，光源通过所述成像透镜在所述光电器件阵列上成像，光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息，通过光电器件阵列和成像透镜实现信息传输的多个通道，提高信息传输的速度或容纳更多的客户端；

客户端还包括IP寻址单元，所述光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过解调单元还原下行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给客户端计算机，服务端和客户端传送的数据包对客户端设备及网络地址进行标识，光源通过成像透镜在光电器件阵列成像，每一个光电器件单元对应一个解调单元，光电器件阵列所有的输出通过解调输出TCP/IP协议数据，IP寻址单元输出的信号由数据包中的设备及地址标识进行选择提供给相应的客户端。

11.根据权利要求10所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端装置还包括信号光源和调制信号光源的调制器，客户端通过调制器调制信号光源向服务端发送上行信息。

12.根据权利要求10或11所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：客户端装置还包括WiFi无线发射单元，由WiFi无线发射单元向服务端发送上行信息，当光线被遮住或下行信号阻塞时，利用WiFi无线收发单元进行信号传输，实现光电及无线互补方式上网。

13.根据权利要求10或11所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：成像透镜设置有自动对焦装置。

14.根据权利要求10或11所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：成像透镜和光电器件阵列之间的光路中设置有色散器件，色散器件将不同波长的光线分离以便实现信息调制的复用。

15.根据权利要求10或11所述的一种空间光通讯的客户端装置，其特征是：光电器件阵列是CCD或CMOS器件。

16.根据权利要求1所述的一种空间光通讯***的通讯方法，其特征在于，包括：

（1）有服务端和客户端，服务端的服务器获取网络信号，即TCP/IP协议数据包；

（2）服务端的下行信号输入调制器，由调制器调制光源形成调制光线；

（3）光源通过客户端的成像透镜在光电器件阵列上成像，光电器件阵列的光电器件单元的输出信号通过解调后由IP寻址单元寻址提供给客户端计算机，客户端计算机形成上行信号，上行信号通过客户端的上行信号发送单元由服务端的上行信号接收单元接收并提供给服务端的服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证；

（4）客户端计算机的请求指令形成上行信号由客户端的上行信号发送单元发送至服务端的上行信号接收单元，并由服务端的服务器解释执行。

17.根据权利要求16所述的一种空间光通讯***的通讯方法，其特征在于，包括：

客户端的上行信号发送单元是由调制器和信号光源组成的上行信号发送单元，相应的服务端的上行信号接收单元由成像透镜、光电器件阵列、解调单元、IP寻址单元组成，上行信号通过客户端的调制器调制信号光源，所述信号光源通过服务端的成像透镜在服务端的光电器件阵列上成像，服务端的光电器件阵列的光电器件单元的信号输出通过服务端的解调单元还原上行信息并由所述IP寻址单元寻址提供给服务端的服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证。

18.根据权利要求16或17所述的一种空间光通讯***的通讯方法，其特征在于，包括：

客户端的上行信号发送单元是WiFi的无线发射单元，相应的服务端的上行信号接收单元是WiFi的无线接收单元，上行信号通过客户端的WiFi的无线发射单元发送至服务端，通过服务端的WiFi的无线接收单元接收上行信号并提供给服务器完成TCP/IP协议数据包的协议验证。