本發(fā)明涉及光學(xué)無線通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、li-fi(光保真)是一種新型的光學(xué)無線通信(owc)，它還包括可見光通信(vlc)。owc(以及因此li-fi和vlc)使用光作為通信媒介，用于取代線纜(有線)通信。

2、基于光的通信為設(shè)備之間具有視線的這些設(shè)備提供了高數(shù)據(jù)速率通信(例如甚至超過10gbit/s)的能力。這例如適用于辦公室環(huán)境內(nèi)的一組通信設(shè)備。

3、已知的li-fi產(chǎn)品依賴于安裝在天花板上的光學(xué)接入點(diǎn)網(wǎng)格。這些接入點(diǎn)的波束足夠?qū)?并且從而具有大的視野和/或覆蓋區(qū)域)，以在桌子下方的水平面上與相鄰的接入點(diǎn)創(chuàng)建重疊。這種系統(tǒng)中的接收設(shè)備典型地位于桌子處，或者正被手持在靠近該桌子的高度處。

4、為了便于安裝，接入點(diǎn)網(wǎng)格例如與天花板中的燈具網(wǎng)格對齊。這種安裝中的每個(gè)接入點(diǎn)必須達(dá)到(在可見光的情況下，照亮)幾平方米，并因此照亮相當(dāng)大的錐形區(qū)域。這種安裝可以利用照明光用于(到終端設(shè)備的)下行鏈路，并且可以使用不可見光(例如紅外線或紫外線)用于(朝向接入點(diǎn)的)上行鏈路，以便不打擾移動設(shè)備用戶。替代地，下行鏈路和上行鏈路都可以利用不可見光，從而至少部分地或完全地使照明和通信基礎(chǔ)設(shè)施解脫(disentangling)。

5、為了與接入點(diǎn)通信，目前將加密狗連接到用戶設(shè)備(諸如筆記本電腦或平板電腦)。這些加密狗還發(fā)射類似的寬波束，以確保至少一個(gè)接入點(diǎn)將接收來自加密狗的信號。接入點(diǎn)和加密狗的波束在方向上是固定的，因此不需要波束方向的調(diào)整。

6、每個(gè)接入點(diǎn)包括連接到一個(gè)或多個(gè)光學(xué)收發(fā)機(jī)的調(diào)制解調(diào)器。終端設(shè)備(例如，帶有加密狗的筆記本電腦)經(jīng)由光學(xué)鏈路連接到接入點(diǎn)，并且它們還包括連接到一個(gè)或多個(gè)收發(fā)機(jī)的調(diào)制解調(diào)器。

7、調(diào)制解調(diào)器的功能是處置通過可見光或不可見光連接傳輸和接收數(shù)據(jù)的協(xié)議(調(diào)制和解調(diào))。調(diào)制解調(diào)器發(fā)射機(jī)包括光學(xué)前端，該光學(xué)前端將發(fā)射數(shù)據(jù)的電信號轉(zhuǎn)換成光學(xué)信號/光信號(例如使用led)，并且調(diào)制解調(diào)器接收機(jī)將光學(xué)信號/光信號轉(zhuǎn)換成電接收數(shù)據(jù)信號(使用光電二極管)。

8、(在thz范圍內(nèi)的)大的免執(zhí)照帶寬可用于li-fi通信。li-fi典型地使用正交頻分復(fù)用(ofdm)信令來實(shí)現(xiàn)與帶寬受限的電光發(fā)射機(jī)(諸如led或垂直腔面發(fā)射激光器(vcsel))的高速通信。

9、由于ofdm信令利用了雙極性信號，因此li-fi的典型方法是使用dc偏置的光學(xué)ofdm(dco-ofdm)發(fā)射機(jī)，其將ofdm信號耦合到dc偏置上。由于ofdm信號的高峰均功率比(parr)，需要高dc偏置來實(shí)現(xiàn)低失真的光學(xué)ofdm信號。

10、已經(jīng)提出了幾種方法來創(chuàng)建單極ofdm信號，包括不對稱限幅光學(xué)ofdm、aco-ofdm、flip-ofdm等等。這些都旨在通過消除(或降低)電光組件的高dc偏置來降低功耗。

11、一種提出的解決方案在chen?chen等人的文章"color?multiplexing?basedunipolar?ofdm?for?indoor?rgb?led?visible?light?communication",procediaengineering?vol.140,2016,pp.159-165中描述。這種方法被稱為cmo-ofdm，并且涉及在兩個(gè)不同的波長上發(fā)送ofdm信號的正部分和負(fù)部分，其使用兩個(gè)具有對應(yīng)光學(xué)濾波器的光學(xué)接收機(jī)，并且在電學(xué)域中或在邏輯域中組合ofdm信號(在數(shù)字化之后，在解調(diào)之前)。

12、然而，不可能使用現(xiàn)有的ofdm芯片組來使用該cmo-ofdm方法進(jìn)行傳輸或接收。特別地，它在a/d轉(zhuǎn)換之前提供了調(diào)制信號到不同極性的分量的分離，因此需要兩個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明由權(quán)利要求書限定。

2、根據(jù)按照本發(fā)明一方面的示例，提供了一種用于使用光學(xué)無線通信傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射機(jī)電路，其包括：

3、第一發(fā)光元件，其被布置成發(fā)射具有第一光特性的光；

4、第二發(fā)光元件，其在拓?fù)渖吓c第一發(fā)光元件串聯(lián)，被布置成發(fā)射具有不同于第一光特性的第二光特性的光；

5、偏置電路，用于設(shè)置發(fā)光元件的偏置條件；

6、驅(qū)動電路，用于使用雙極性調(diào)制信號驅(qū)動第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件，使得雙極性調(diào)制信號的第一極性用于驅(qū)動通過第一發(fā)光元件到參考端子，并且雙極性調(diào)制信號的相反的第二極性用于驅(qū)動通過第二發(fā)光元件到參考端子，從而實(shí)現(xiàn)雙極性ofdm調(diào)制。ofdm信令是雙極性的，并且兩個(gè)極性都用于傳輸，使得不犧牲容量。發(fā)光元件是單向組件，諸如led、vcsel、邊緣發(fā)射激光二極管或其他二極管激光器組件，并且它們被連接成使得一個(gè)處于正向電流方向(相對于從驅(qū)動電路到發(fā)光元件的連接)并且另一個(gè)處于負(fù)向電流方向。術(shù)語“在拓?fù)渖洗?lián)”指的是發(fā)光元件的物理電布局，例如其中串聯(lián)連接為陽極1-陰極1-陽極2-陰極2。從電氣上講，這為dc信號提供了串聯(lián)連接，但對于ac信號，這種連接可以被認(rèn)為是并聯(lián)的。

7、一個(gè)發(fā)光元件用于在ofdm調(diào)制信號的一個(gè)極性期間的光生成，并且另一個(gè)用于在ofdm調(diào)制信號的相反極性期間的光生成。由偏置電路生成的偏置移動第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件的操作點(diǎn)，使得相反極性分量的分離發(fā)生在光學(xué)域中，并且單個(gè)雙極性調(diào)制信號以時(shí)間交錯的方式驅(qū)動這兩個(gè)發(fā)光元件。因此，存在單個(gè)雙極性調(diào)制信號，其需要單次a/d轉(zhuǎn)換。這意味著可以使用現(xiàn)有的ofdm芯片組。

8、雙極性調(diào)制信號的第一極性不意圖生成來自第二發(fā)光元件的任何光輸出，并且雙極性調(diào)制信號的第二極性不意圖生成來自第一發(fā)光元件的任何光輸出。

9、第一和第二光學(xué)特性允許在接收機(jī)側(cè)的調(diào)制的兩個(gè)極性的分離。

10、在單極性信道上傳輸雙極性ofdm信號的一種已知方法是添加總信號幅度一半的dc偏置。相比之下，本發(fā)明使得能夠使用不同的發(fā)光元件，每個(gè)發(fā)光元件具有最小的dc偏置，使得在正向模式中僅使用相關(guān)的一半電壓擺動。因此，在光學(xué)(波長或偏振)域中實(shí)現(xiàn)了分離，并且這通過避免需要大的偏置電壓或電流而節(jié)省了功率。特別地，由dc偏置功能需要的輸出級的總功耗的比例被降低(例如，從總功耗的大約50％降低到大約20％，但是這取決于應(yīng)用)。

11、第一和第二光學(xué)特性可以是不同的波長特性和/或不同的偏振特性。

12、不同的波長例如包括具有不同強(qiáng)度相對于波長分布的波長范圍，例如在峰值強(qiáng)度處具有不同的波長，即不同的主波長。然而，不同led的寬光譜可能重疊。這將對信噪比產(chǎn)生影響，但是系統(tǒng)不需要完美的分離以便實(shí)現(xiàn)合適的信噪比。

13、例如，對于固定的發(fā)射機(jī)接收機(jī)對，使用圓偏振調(diào)制或線性偏振來實(shí)現(xiàn)不同的偏振特性，其中偏振方向可以在設(shè)置/入網(wǎng)初始化期間正確對準(zhǔn)。

14、在所有情況下，調(diào)制信號的相反極性可以在光學(xué)域中而不是電學(xué)域中分離。

15、驅(qū)動電路例如包括ofdm調(diào)制器電路。

16、驅(qū)動電路可以包括opamp電路。例如，驅(qū)動電路包括在反相和非反相操作模式下可控的opamp。因此，可以使用雙極性ofdm調(diào)制的兩種極性。

17、驅(qū)動電路例如包括連接到opamp的反相輸入端的負(fù)反饋電路。這用于調(diào)節(jié)opamp的輸出。

18、發(fā)射機(jī)電路例如包括用于感測流向參考端子的電流的電流傳感器，并且反饋電路包括用于將電流感測電壓耦合到opamp的反相輸入端的耦合電容器。

19、這種電流反饋使電路在電流控制模式下操作，而不是在電壓控制模式下操作。至少對于led來說，光輸出強(qiáng)度(更多地)與驅(qū)動器電流相關(guān)，因此以電流控制模式操作電路避免了i-v特性的非線性和光輸出相對于電壓的非線性的問題。

20、發(fā)射機(jī)電路例如包括在驅(qū)動電路的輸出端與第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件之間的第一ac耦合電路。第二ac耦合電路也可以設(shè)置在第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件與參考端子之間。

21、發(fā)光元件包括led或vcsel。

22、本發(fā)明還提供了一種用于使用光學(xué)無線通信接收數(shù)據(jù)的接收機(jī)電路，其包括：

23、第一光感測元件，其具有用于感測入射ofdm調(diào)制光信號的第一光感測特性，并且具有第一光特性；

24、具有第二光感測特性的第二光感測元件，其在拓?fù)渖吓c具有相同極性的第一發(fā)光元件串聯(lián)，用于感測具有第二光特性的入射ofdm調(diào)制光信號，第二光感測特性不同于第一光感測特性，其中第一光感測元件和第二光感測元件在接合節(jié)點(diǎn)處連接；

25、偏置電路，用于設(shè)置第一光感測元件和第二光感測元件的偏置條件；和

26、放大器，用于從接合節(jié)點(diǎn)接收感測的電流信號，該感測的電流信號由第一或第二光感測元件取決于ofdm調(diào)制的極性生成，從而實(shí)現(xiàn)雙極性ofdm接收。

27、光感測元件以差分方式操作(因?yàn)榉糯笃鬟B接到在它們之間的節(jié)點(diǎn))，使得傳遞到放大器的信號是在兩個(gè)光感測元件的電流之間的差。這與光學(xué)濾波器組合在一起使得接收機(jī)能夠接收使用如所要求保護(hù)的發(fā)射機(jī)電路生成的ofdm信號。光感測元件例如是光電二極管或光電晶體管。

28、兩個(gè)接收到的極性作為單個(gè)調(diào)制信號被接收。

29、接收機(jī)電路例如包括ofdm解調(diào)器電路，用于接收放大的感測電流信號。

30、光感測特性例如包括不同的波長接收特性?？梢詾榈谝还飧袦y元件和第二光感測元件提供相應(yīng)的帶通光學(xué)濾波器。這為每個(gè)光感測元件提供了窄的接收帶寬。

31、例如，提供rf阻塞電路，用于接收在第一光感測元件和第二光感測元件的感測電流信號之間的任何dc不平衡。

32、光感測元件例如包括光電二極管。

33、本發(fā)明還提供了一種無線光學(xué)通信系統(tǒng)，其包括：

34、一個(gè)或多個(gè)發(fā)射機(jī)電路，每個(gè)發(fā)射機(jī)電路如上所限定；和

35、一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)電路，每個(gè)接收機(jī)電路如上所限定。

36、本發(fā)明還提供了一種用于使用光學(xué)無線通信傳輸數(shù)據(jù)的方法，其包括：

37、設(shè)置第一發(fā)光元件和第二發(fā)光元件的偏置條件，其中第一發(fā)光元件被布置成發(fā)射具有第一光學(xué)特性的光，并且第二發(fā)光元件在拓?fù)渖吓c第一發(fā)光元件串聯(lián)、并且被布置成發(fā)射具有不同于第一光學(xué)特性的第二光學(xué)特性的光；

38、通過第一發(fā)光元件將雙極性調(diào)制信號的第一極性驅(qū)動到參考端子；和

39、通過第二發(fā)光元件將雙極性調(diào)制信號的與第一極性相反的第二極性驅(qū)動到參考端子，

40、從而實(shí)現(xiàn)雙極性ofdm調(diào)制。

41、本發(fā)明還提供了一種使用光學(xué)無線通信接收數(shù)據(jù)的方法，其包括：

42、使用具有第一光感測特性的第一光感測元件感測具有第一光特性的入射ofdm調(diào)制光信號；

43、使用第二光感測元件感測具有第二光特性的入射ofdm調(diào)制光信號，該第二光感測元件在拓?fù)渖吓c具有相同極性的第一發(fā)光元件串聯(lián)，該第二感測元件具有不同于第一光感測特性的第二光感測特性；第一光感測元件和第二光感測元件在接合節(jié)點(diǎn)處連接；

44、設(shè)置第一光感測元件和第二光感測元件的偏置條件；和

45、從第一光感測元件和第二光感測元件之間的接合節(jié)點(diǎn)接收感測的電流信號，該感測的電流信號由第一或第二光感測元件取決于ofdm調(diào)制的極性生成，

46、從而實(shí)現(xiàn)雙極性ofdm接收。

47、本發(fā)明提供了用于使用通常可用的組件來設(shè)計(jì)和構(gòu)建緊湊、功率高效的ofdm發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的選項(xiàng)。

48、參考下文描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是清楚的并得到闡述。