CN208539904U - 一种室内无线光通信上行链路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种室内无线光通信上行链路，通过设置插拔式无线发送装置和无线接收装置，所述插拔式无线发送装置用于接收终端传输的信息，将所述信息装换为携带该信息的红外光信号发送至所述无线接收装置；所述无线接收装置用于将所述红外光信号转换为与以太网接口相匹配的电信号，使所述电信号经过所述以太网接口传输至局域网中。本实用新型实施例不仅可以实现与可见光下行链路相匹配的传输速率，而且具有较好的可移动性，大大减小设备体积，同时，不引入电磁辐射且无视觉干扰，具有较好的用户体验。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及无线光通信技术，尤其设计一种室内无线光通信上行链路。
背景技术
在室内无线光通信上行链路的研究中，通常采用基于wifi射频技术的室内通信、基于可见光建立室内通信的上行链路以及基于红外二极管建立室内通信的上行链路。
基于wifi射频技术的室内通信是目前最为成熟的室内无线通信方式，既可以作为上行链路也可以作为下行链路，但wifi射频技术会引入电磁干扰，且保密性差。
基于可见光建立室内通信的上行链路，现有技术中通常是以白光LED作为上行链路的发射器件，调制可见光作为上行信号的载体传输信息，通过在天花板上安装单一接受管或阵列接收管接收上行链路的光信号。然而，利用可见光LED作为上行链路的载体存在如下两个缺陷：其一是市面上常用的黄色荧光粉白光LED的宽带有限；其二是如果在终端安装LED灯以实现室内上行链路通信，则LED的常亮状态会对用户造成视觉干扰，影响用户体验。
基于红外二极管建立室内通信的上行链路中，目前可以实现的波长范围在780～950nm的波段，如意大利比萨圣安娜高等学校的Cossu等人应用离散多音频调制方法与响应的光学滤波器，实现了又可见光LED与850nm的红外二极管共同组成双向400Mb/s的全双工通信***。然而，780～950nm范围的红外光波段靠近可见光波段，人眼对该波段的红外光极其敏感，因此，采用该范围的红外二极管作为发射源必须严格限制调制宽带与发射功率，而对于更高波长范围的红外二极管仍需科学上的进一步突破。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种室内无线光通信上行链路，以提高内无线光通信上行链路的性能。
本实用新型实施例提供了一种室内无线光通信上行链路，包括：插拔式无线发送装置和无线接收装置，所述插拔式无线发送装置用于接收终端传输的信息，将所述信息转换为携带该信息的红外光信号发送至所述无线接收装置；
所述无线接收装置用于将所述红外光信号转换为与以太网接口相匹配的电信号，使所述电信号经过以太网接口传输至局域网中。
进一步的，所述插拔式无线发送装置包括输入接口、信号调制器、驱动器、垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)以及扩散透镜，其中：
所述输入接口的一端与终端相连，另一端与信号调制器相连，用于将终端传输的信息调制为携带所述信息、且与信道相匹配的无线传输形式的电信号；
所述驱动器的一端与所述信号调制器相连，另一端与所述VCSEL相连，用于将调制后的所述电信号加载到所述VCSEL上，使所述VCSEL将所述电信号转换为红外光信号；
所述扩散透镜，用于扩大所述红外光信号的发散角度。
进一步的，所述输入接口包括USB接口。
进一步的，所述VCSEL的波长为850nm、940nm、1310nm、1400nm或者1550nm。
进一步的，所述插拔式无线发送装置内嵌或外接于所述终端。
进一步的，所述无线接收装置包括：聚光透镜、光电转换器、跨阻放大器以及以太网接口，其中：所述光电转换器的一端接地，另一端与跨阻放大器的一端相连，所述跨阻放大器的另一端与所述以太网接口相连；
所述聚光透镜用于聚集所述红外光信号，使聚集后的红外光信号的功率与所述光电转换器的功率相匹配；所述光电转换器用于将所述聚集后的红外光信号转换为电流信号；所述跨阻放大器用于将所述电流信号转换为电压信号，以匹配所述以太网接口所需的电平。
进一步的，所述无线接收装置还包括：二级放大器，所述二级放大器的一端连接所述跨阻放大器，另一端连接所述以太网接口，用于当所述跨阻放大器转换的电压信号与以太网接口所需的电平不匹配时，对所述跨阻放大器转换的电压信号进行调整，以匹配所述以太网接口所需的电平。
进一步的，所述光电转换器包括：pin光电二极管或者APD雪崩光电二极管。
进一步的，所述光电转换器由InGaAs材料制备。
本实用新型实施例提供的一种室内无线光通信上行链路，通过设置插拔式无线发送装置和无线接收装置，所述插拔式无线发送装置用于接收终端传输的信息，将所述信息装换为携带该信息的红外光信号发送至所述无线接收装置；所述无线接收装置用于将所述红外光信号转换为与以太网接口相匹配的电信号，使所述电信号经过所述以太网接口传输至局域网中。本实用新型实施例不仅可以实现与可见光下行链路相匹配的传输速率，而且具有较好的可移动性，大大减小设备体积，同时，不引入电磁辐射且无视觉干扰，具有较好的用户体验。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种室内无线光通信上行链路的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种室内无线光通信上行链路的插拔式无线发送装置的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种具体实施方式的室内无线光通信上行链路的插拔式无线发送装置的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的一种室内无线光通信上行链路的无线接收装置的结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的另一种室内无线光通信上行链路的无线接收装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型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。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
图1为本实用新型实施例提供的一种室内无线光通信上行链路的结构示意图，本实施例可适用于在室内空间建立无线光通信的情况，该上行链路包括：插拔式无线发送装置110和无线接收装置120，其中：
插拔式无线发送装置110，用于接收终端传输的信息，将所述信息转换为携带该信息的红外光信号发送至无线接收装置120；
无线接收装置120，用于将所述红外光信号转换为与以太网接口相匹配的电信号，使所述电信号经过所述以太网接口传输至局域网中。
其中，插拔式无线发送装置110内嵌或外接于终端。插拔式无线发送装置11O是集成的单独器件，可以作为终端的外接设备，也可以将其内嵌于终端中。
示例性的，如将插拔式无线发送装置作为智能手机的外接设备，在插拔式无线发送装置上设置与智能手机匹配的外部接口，可以随用随插；也可以将插拔式无线发送装置内嵌于终端中，例如，可以在移动终端的壳体内部预留容纳该插拔式无线发送装置的空间，需要插拔时，可以移开壳体后，实现对该插拔式无线发送装置的插拔，这样设置的好处在于可以提高插拔式无线发送装置的便携性，提高用户体验。
而将红外光信号作为上行链路的信息载体，可以避免现有技术针对可见光室内通信中终端嵌入LED灯的频闪对用户视觉造成的伤害。
本实用新型实施例通过设置插拔式无线发送装置，将红外光信号作为上行链路的信息载体，不仅可以实现与在室内光通信中的可见光下行链路相匹配的传输速率，而且具有较好的可移动性，大大减小设备体积，同时，不引入电磁辐射且无视觉干扰，具有较好的用户体验。
图2是本实用新型实施例提供的一种室内无线光通信上行链路的插拔式无线发送装置的结构示意图，如图2所示，插拔式无线发送装置包括：输入接口210、信号调制器220、驱动器230、VCSEL 240以及扩散透镜250，其中：
所述输入接口210的一端与终端相连，另一端与信号调制器220相连，用于将终端传输的信息调制为携带所述信息、且与信道相匹配的无线传输形式的电信号；
所述驱动器230的一端与所述信号调制器220相连，另一端与所述VCSEL 240相连，用于将调制后的所述电信号加载到所述VCSEL 240上，使所述VCSEL 240将所述电信号转换为红外光信号；
所述扩散透镜250与所述VCSEL 240光学连接，用于扩大所述红外光信号的发散角度。
可选的，输入接口210包括USB接口。VCSEL 240的波长为850nm、940nm、1310nm、1400nm或者1550nm。
其中，所述终端可以是笔记本电脑、智能手机或者智能手表等需要接入局域网的设备。
VCSEL是一种半导体激光二极管，与常规的边发射半导体激光器不同，VCSEL从整个晶片中切割出来的单个芯片形成的表面发垂直发射出激光。VCSEL以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于发光二极管LED和激光二极管(Laser Diode，LD)等其他光源，具有体积小、圆形输出光斑、单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点。因此，采用VCSEL将携带信息的电信号转换位红外光信号传输信息，具有较好的安全性能和保密性能，并且无射频电磁辐射的干扰。
VCSEL的波长是VCSEL转换的红外光信号波长，可以根据用户需求，将VCSEL波长设置为与宽带和/或功率相匹配。同时，VCSEL发射出来的红外光束的扩散叫较小，到达室内天花板的光斑覆盖面积较小，采用扩散透镜使VCSEL发射出来的红外光束扩散角扩大，增加红外光束的照射面积。可以理解的是，扩散透镜设置于VCSEL发射红外光束的一端。
信号调制器的调制方式可以采用非归零码-二进制启闭键控(Non-Return toZero on-off Keying,NRZ-OOK),其中，NRZ二进制数字0、1分别用两种电平来标识，常用-5V表示1，+5V表示0；OOK是载波的振幅随着数字基带信号而变化的数字调制，当数字基带信号为二进制时，则为二进制振幅键控。还可以采用脉冲调制(Pulse Position Modulation，PPM),脉冲位置根据被调信号的变化而变化的调制方法，即用不同时间位置的脉波来表达0与1。还可以采用脉冲宽度调制(Pulse-width Modulation，PWM)，对开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。还可以采用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流调制再每个子信道上进行传输。
本实用新型实施例采用VCSEL作为插拔式无线发送装置的核心器件，可以避免现有技术中采用白光LED作为信息发射的载体而产生的LED频闪对用户造成的视觉干扰问题，同时，相同波长的VCSEL相较于红外二极管具有价格低廉的成本优势。
示例性的，图3是本实用新型实施例提供的一种具体实施方式的插拔式无线发送装置的结构示意图，如图3所示，该插拔式无线发送装置包括USB接口310、移动终端320、信号调制器330、驱动器340、以及扩散透镜360。
该插拔式无线发送装置采用USB接口310外接于移动终端320，移动终端320将信息通过USB接口发送到信号调制器330，信息经过信号调制器330的调制，转变为适合信道传输的格式，经过驱动器340后，信号直接加载到VCSEL 350上，VCSEL 350将电信号转换为红外光信号，红外光信号经过扩散镜360后到达天花板安装的无线接收装置。
本实用新型实施例采用USB接口的形式，将插拔式无线发送装置以即插即用的外接方式作为上行链路的发射载体，可移动性强，并且不影响现有终端的结构。
图4是本实用新型实施例提供的一种无线接收装置的结构示意图，如图4所示，该无线接收装置包括：聚光透镜410、光电转换器420、跨阻放大器430以及以太网接口440，其中：
光电转换器420的一端接地，另一端与跨阻放大器430的一端相连，跨阻放大器430的另一端与以太网接口440相连；
聚光透镜410用于聚集红外光信号，使聚集后的红外光信号的功率与光电转换器420的功率相匹配；光电转换器420用于将聚集后的红外光信号转换为电流信号；跨阻放大器430用于将电流信号转换为电压信号，以匹配以太网接口所需的电平。
其中，可选的，聚光透镜包括是凸透镜或者涅菲尔透镜，用来增加红外光信号的功率。可选的，所述光电转换器包括：pin光电二极管或者APD雪崩光电二极管。可选的，所述光电转换器由InGaAs材料制备。
其中，在室内无线光通信中采用可见光通信链路作为下行链路，InGaAs材料相较于下行链路中可见光通信采用的Si材料来制作光电转换器，在红外光束范围内具有更好的探测灵敏度与探测效率，从而可以在物理机制上避免室内无线光通信中上下行链路的串扰问题。
可以理解的是，当跨阻放大器转换的电压信号与以太网接口所需的电平不匹配时，可以通过接入二级放大器来对跨阻放大器转换的电压信号进一步调整，以匹配以太网接口所需的电平。图5是本实用新型实施例提供的另一种无线接收装置的结构示意图，如图5所示，该无线接收装置除具备上述聚光透镜410、光电转换器420、跨阻放大器430以及以太网接口440外，还包括二级放大器450，二级放大器450的一端连接所述跨阻放大器430，另一端连接所述以太网接口440。
可选的，所述无线接收装置按照预设的拓扑结构设置于天花板上，其中，预设的拓扑结构包括总线型拓扑结构。
其中，总线型拓扑结构是采用单根数据传输线作为通信介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到通信介质，而且能被所有其他的站点接收。总线型网络拓扑结构中的用户节点为服务器或工作站，通信介质为同轴电缆。可以采用载波监听多路访问/冲突检测协议(CSMA/CD)作为控制策略。
本实用新型实施例提供的无线接收装置，通过聚光透镜增加接收到的红外光信号的功率，以匹配感光面积有限的光电转换器，并经过跨阻放大器将接收到的红外光信号转换为与以太网接口的电平相匹配的电压信号，从而将接收到的终端的携带信息的红外光信号接入到局域网中，实现信息快速而准确的传输。
值得注意的是，上述室内无线光通信上行链路的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本实用新型的保护范围。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种室内无线光通信上行链路，其特征在于，包括：插拔式无线发送装置和无线接收装置，
所述插拔式无线发送装置用于接收终端传输的信息，将所述信息转换为携带该信息的红外光信号发送至所述无线接收装置；
所述无线接收装置用于将所述红外光信号转换为与以太网接口相匹配的电信号，使所述电信号经过所述以太网接口传输至局域网中。
2.根据权利要求1所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述插拔式无线发送装置包括：输入接口、信号调制器、驱动器、垂直腔面发射激光器VCSEL以及扩散透镜，其中：
所述输入接口的一端与终端相连，另一端与信号调制器相连，用于将终端传输的信息调制为携带所述信息、且与信道相匹配的无线传输形式的电信号；
所述驱动器的一端与所述信号调制器相连，另一端与所述VCSEL相连，用于将调制后的所述电信号加载到所述VCSEL上，使所述VCSEL将所述电信号转换为红外光信号；
所述扩散透镜，用于扩大所述红外光信号的发散角度。
3.根据权利要求2所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述输入接口包括USB接口。
4.根据权利要求2所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述VCSEL的波长为850nm、940nm、1310nm、1400nm或者1550nm。
5.根据权利要求1所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述插拔式无线发送装置内嵌或外接于所述终端。
6.根据权利要求1所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述无线接收装置包括：聚光透镜、光电转换器、跨阻放大器以及以太网接口，其中：
所述光电转换器的一端接地，另一端与跨阻放大器的一端相连，所述跨阻放大器的另一端与所述以太网接口相连；
所述聚光透镜用于聚集所述红外光信号，使聚集后的红外光信号的功率与所述光电转换器的功率相匹配；所述光电转换器用于将所述聚集后的红外光信号转换为电流信号；所述跨阻放大器用于将所述电流信号转换为电压信号，以匹配所述以太网接口所需的电平。
7.根据权利要求6所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述无线接收装置还包括：二级放大器，
所述二级放大器的一端连接所述跨阻放大器，另一端连接所述以太网接口，用于当所述跨阻放大器转换的电压信号与以太网接口所需的电平不匹配时，对所述跨阻放大器转换的电压信号进行调整，以匹配所述以太网接口所需的电平。
8.根据权利要求6所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述无线接收装置按照预设的拓扑结构设置于天花板上，其中，预设的拓扑结构包括总线型拓扑结构。
9.根据权利要求6所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述光电转换器包括：pin光电二极管或者APD雪崩光电二极管。
10.根据权利要求8所述的室内无线光通信上行链路，其特征在于，所述光电转换器由InGaAs材料制备。
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| CN108540220A (zh) * | 2018-06-20 | 2018-09-14 | 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 | 一种室内无线光通信上行链路 |
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2018
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221125 Address after: 518000 2nd floor, building a, Tsinghua campus, Shenzhen University Town, Xili street, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Tsinghua Shenzhen International Graduate School Address before: 518055 Nanshan Zhiyuan 1001, Xue Yuan Avenue, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong. Patentee before: TSINGHUA-BERKELEY SHENZHEN INSTITUTE |
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| TR01 | Transfer of patent right |