CN110417471A

CN110417471A - 一种基于光纤的能信共传***

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Publication number: CN110417471A
Application number: CN201910597383.8A
Authority: CN
Inventors: 肖子洋; 李月梅; 张治国; 李路明; 郑富永; 陈江兴; 刘兴; 吴昱丹; 顾雪亮
Original assignee: Information And Communication Branch Of Jiangxi Electric Power Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC; Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Information And Communication Branch Of Jiangxi Electric Power Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC; Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2019-11-05

Abstract

本发明实施例公开了一种基于光纤的能信共传***，即一种基于光纤的能量与信号的共传***，包括泵浦能量装置，用于提供能量光信号；第一信号收发装置，用于发射和/或接受用于通信的通信光信号；单模光纤，用于传输所述能量光信号和所述通信光信号；光电装换装置，用于将所述能量光信号转换为电信号；储能装置，用于将经由所述光电转换装置转换得到的所述电信号进行存储。方案具有铺设简单成本低，传输数据安全可靠，端点能量自供给，能量传输中抗电磁干扰能力强等优点。

Description

一种基于光纤的能信共传***

技术领域

本发明实施例涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于光纤的能信共传***，即能量与信息共同传输的***。

背景技术

现有的光纤通信***，具有单位损耗低和传输距离远、抗电磁干扰能力强，铺设组网简单，通信数据安全可靠等诸多优点，能够较大程度上满足复杂电磁环境下远距离通信的需求。利用光纤传能技术可以实现光通信网络远端节点的光纤化供给，实现能量与信息的共同传输，可以有效解决野外复杂环境中通信网络的快速布设需求，具有重要的应用价值。

然而，发明人在实现本发明的过程中发现：电力***建设与架设困难，通信网络快速铺设要求高，复杂环境下难以达到理想要求。因此具有自供电能力的光纤通信网络节点具有重要应用需求。

本专利采用一种基于通信光纤来解决电力***建设与架设困难，通信网络快速铺设要求高，有电磁干扰的复杂环境中，构建具有自供电能力的光纤通信网络节点，提供一定的能量支撑，保证安全可靠的数据通信。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于光纤的能信共传***，解决了远距离电力传输的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于光纤的能信共传***，包括：

泵浦能量装置，用于提供能量光信号；

第一信号收发装置，用于发射和/或接收用于通信的通信光信号；

单模光纤，用于传输所述能量光信号和所述通信光信号；

光电装换装置，用于将所述能量光信号转换为电信号；

储能装置，用于将经由所述光电转换装置转换得到的所述电信号进行存储。

可选的，所述***还可以包括功能装置，其中：

所述功能装置包括传感器和/或通信模块，由所述储能装置提供能量，并执行相应的功能。

可选的，所述***还可以包括中心控制装置，其中：

所述中心控制装置用于接收所述功能装置所采集的信息数据，输出控制信号对所述功能装置的操作进行控制。

可选的，所述***还可以包括第二信号收发装置，用于接收所述通信光信号，和/或，将所述功能装置所采集到的信号数据发送给所述中心控制装置。

可选的，所述中心控制装置、所述泵浦能量装置以及所述第一信号收发装置位于所述单模光纤靠近用户侧的近端；所述光电转换装置、所述储能装置以及所述第二信号收发装置位于所述单模光纤的远端。

可选的，所述输出控制信号对所述功能装置的操作进行控制，可以包括：

输出控制信号以继续/停止对所述功能装置进行供能；和/或，

输出控制信号以控制所述功能装置继续/停止对环境数据进行监测。

可选的，所述***还可以包括：

第一波分复用/解复用器和第二波分复用/解复用器，用于对所述单模光纤中的光信号进行复用和/或解复用。

可选的，所述光电转换装置可以由无机光电材料和热电材料复合而成。

可选的，所述储能装置可以包括电容和/或化学储能材料。

可选的，所述***还可以包括：

稳压装置，用于对储能装置输出的电压进行稳压控制。

本发明实施例提供的基于光纤的能信共传方法及***，能够在现有通信光纤网络的基础上，实现能量、信息共通道传输，具有自供电能力，同时，具有铺设简单成本低、传输数据安全可靠、端点能量自供给，能量传输中抗电磁干扰能力强等优点，大大提升了电力供给的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的基于光纤的能信共传***的示意图。

图中的附图标记具体含义如下：

1-泵浦能量装置；2-第一信号收发装置；3-波分复用/解复用装置；4-单模光纤；5-远端装置；6-远端通信收发装置，7-光电转换/储能装置；8-功能装置

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结构。

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。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1示出了一种基于光纤的能信共传***的示意图，如图1所示，该***包括以下装置：

泵浦能量装置1，用于提供能量光信号；

其中，所述泵浦能量装置1可以是一种激光器，更具体地，可以是半导体激光器；由于激光的相干性太好，能量密度太高，容易使得单模光纤损坏，此处的泵浦能量装置优选地，对激光器进行一定的波长展宽，这样的话，既能够传输较大功率，又不至于会有太高的能量密度，还能够保证损耗较小，在传输能量光信号时，我们优选采用波长在1450nm-1480nm之间的宽谱光。

泵浦能量装置1提供的能量功率可以根据实际情况进行设置，距离不同的情况下，需要的能量也有所不同，目前5Km能够转换的最大电功率是50mw，如果距离增加，则功率会更低，也能够满足低功耗传感的需求。

此处的“能量光信号”，是相对于“通信光信号”而言的，“通信光信号”用于传输携带有效数据的光信号，而“能量光信号”是用于通过光信号的形式传输能量。

第一信号收发装置2，用于发射和/或接收用于通信的通信光信号；

可选的，所述第一信号收发装置2与中心控制端(图中未示出)相连接，接收中心控制端发送的控制信号和数据信号，并根据所述控制信号进行通信数据的发送；进一步第，接收远端发送回来的通信数据信号，解调之后发送至中心控制端，以便进行进一步处理。

可选地，所述泵浦能量装置1与所述第一信号收发装置2、中心控制端，可以被封装在一起，放置在控制室内；中心控制端可以是PC机、笔记本电脑或监视器等，由操控人员进行操控，对能量光信号的传输功率、通信光信号的内容进行控制管理。

其中，通信光信号采用1.5微米左右波长的光信号来传输，更进一步地，可以选用1550nm波长作为通信光信号的波长；因为通信光纤的有两个低损耗窗口， 1.5微米的损耗较低，这跟光纤内部的折射率有关，目前民用通信都在1.5微米左右。信号的传输也在1.5微米左右，事实上泵浦光是个1470——1520nm附近的光，由于传输的过程中还有拉曼散射，所以通信信号选择超窄激光，例如 1570nm或1585nm。由于我们的激光器是可以调节的激光，很窄所以相干性很好，两束通信激光不会相互干扰这是由于窄波的性质，另外也保证了和宽的泵浦光也尽可能不干扰。拉曼散射和布里渊散射等效应会引起一定的通信干扰，但是我们的***保证了当通信速率大于1G/bps时，误码率在正常通信范围内。由于激光器是可调谐的，所以通信光信号选用在1.5微米附近就可以，不必局限于特别精确的某一纳米波长。

单模光纤4，用于传输所述能量光信号和所述通信光信号；

此处选择单模光纤，而不选择多模光纤，原因在于在多模光纤中，能量可以随便传，且多模光纤没法保证通信，而单模光纤的铺设非常成熟了，我们就是要在普通通信光纤的基础上做能量传输，来满足一些生活中的一些需求，极大提升便利性。

光电装换装置，用于将所述能量光信号转换为电信号；

为了减少能量在光纤传输中的损耗，对应的光电转换模块可以由无机光电材料和热电材料复合而成。针对于1550nm光的转换，因为其能量较小，光电转换采用的效率不高，一般只能达到35％左右，为了提升能量转换效率，可以再镀一层热电材料，吸收光电转换过程中释放的热量，能够提升2％-3％的效率，构成一个混合的光电转换装置。

能量经过转换之后变成电能，可以根据负载的需要选择不同的电容或者化学能存储，稳压之后供给负载使用。

可选的，采用电容附加稳压器的方式，对光电转换装置转换得到的电信号进行存储和使用，在功率较低的情况下，对其进行存储又有损耗一定电量，造成浪费，基于此，对于低功耗的应用(例如低功耗的传感器)来说，我们选择电容的方式，附加稳压器，转换的能量已经可以满足低功耗应用的使用。

在图1中，我们将光电转换装置和储能装置合并为光电转换/储能装置7，在实际工作中，可以将二者封装在一起，作为一个整体器件予以使用。

所述***还可以包括波分复用/解复用装置3，用于对光纤中传输的光信号进行复用和解复用。

所述***还可以包括功能装置8，所述功能装置8用于利用所述储能装置提供的能量来实现一定的功能，例如，其可以是传感器、控制器或通信模块，也可以具有照明功能、广播功能、录音功能等。

经由单模光纤传输的信号包括三条信号线：从泵浦能量装置1去往所述光电转换/储能装置7方向的能量光信号、从第一信号收发装置2去往所述远端通信收发装置6方向的通信光信号、以及从所述远端通信收发装置6去往所述第一信号收发装置1的通信光信号。

在本文中，我们将泵浦能量装置1、第一信号收发装置2所在一侧称为“近端”，将光电转换装置、储能装置以及功能装置所在一侧称为“远端装置5”。

远端通信收发装置6用于接收来自第一信号收发装置2的通信光信号和来自所述功能装置的数据信号；同时，我们可以在远端设置一定的远端控制模块(图中未示出)用于对所述功能装置的执行进行控制，例如可以在面包板上给芯片编辑一些功能，接收到不同的信息的时候，解调并执行命令；也可以利用位于近端的中心控制端来实现上述控制功能。

例如，在近端，该***还可以包括中心控制装置，或称为中心控制台(图中未示出)，用于对所述泵浦能量装置、第一信号收发装置的信号功率、信号内容等进行控制；同时，也基于所述第一信号收发装置接收到的、来自远端的功能数据，对功能模块的进一步操作进行控制。所述控制，可以包括：输出控制信号以继续/停止对所述功能装置进行供能；和/或，输出控制信号以控制所述功能装置继续/停止对环境数据进行监测。

在远端，该***还可以包括远端通信收发装置6，用于接收来自第一信号收发装置2的通信光信号和来自所述功能装置的数据信号，并将所述数据信号发送给所述第一信号收发装置2。

可选地，该***的远端还包括稳压装置，用于对储能装置输出的电压进行稳压控制，以更好地向功能装置输出电力。

其中的功能装置8还可以是单独的数据发送装置或者数据接收装置或者通信模块或者温度传感器或者其他传感器，几十毫瓦的传感器在几公里的范围内都可以加载，比如老人幼儿房间安全报警，功耗低但是又需要及时传输，即使是断电的话，仍然能及时通知。

通过本发明所提供的基于光纤的能信共传***，可以很方便地实现通信光信号和能量光信号的同时传输，利用共同的传输媒介，实现能量传输，极大地提升了能量传输的灵活性。本发明提出基于通信光纤的能信共传***，具有铺设简单成本低，传输数据安全可靠，端点能量自供给，能量传输中抗电磁干扰等优点。

在本发明实施例的一个可选的实施方式中，装置还包括：

本发明上述实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中，也可以是单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

本发明实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于:

(1)移动通信设备:这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备:这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括:PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

(3)便携式娱乐设备:这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括: 音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)服务器:提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器1010、硬盘、内存、***总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子装置。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

本发明实施例提供一种非易失性计算机可读存储介质，非易失性计算机可读存储介质存储有程序指令，当电子设备执行程序指令时，用于执行上述方法实施例中的方法和步骤。

本发明实施例提供了一种计算机程序产品，其中，计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，其中，当程序指令被电子设备执行时，使电子设备执行上述任意方法实施例中的方法。

在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或智能终端设备或处理器(Processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明所提供的上述实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims

1.一种基于光纤的能信共传***，其特征在于，包括：

泵浦能量装置，用于提供能量光信号；

单模光纤，用于传输所述能量光信号和所述通信光信号；

光电装换装置，用于将所述能量光信号转换为电信号；

2.根据权利要求1所述的能信共传***，其中，所述***还包括功能装置，其中：

3.根据权利要求2所述的能信共传***，其中，所述***还包括中心控制装置，其中：

4.根据权利要求3所述的能信共传***，其中，所述***还包括第二信号收发装置，用于接收所述通信光信号，和/或，将所述功能装置所采集到的信号数据发送给所述中心控制装置。

5.根据权利要求4所述的能信共传***，其中，所述中心控制装置、所述泵浦能量装置以及所述第一信号收发装置位于所述单模光纤靠近用户侧的近端；所述光电转换装置、所述储能装置以及所述第二信号收发装置位于所述单模光纤的远端。

6.根据权利要求3所述的能信共传***，其中，所述输出控制信号对所述功能装置的操作进行控制，包括：

7.根据权利要求1所述的能信共传***，其中，所述***还包括：

8.根据权利要求1所述的能信共传***，其中，所述光电转换装置由无机光电材料和热电材料复合而成。

9.根据权利要求1所述的能信共传***，其中，所述储能装置包括电容和/或化学储能材料。

10.根据权利要求1所述的能信共传***，其中，所述***还包括：

稳压装置，用于对储能装置输出的电压进行稳压控制。