[发明专利]光学信号发送器和使用该发送器的光学无线通信网络

说明书

技术领域

本发明涉及光学无线通信，更具体地讲，涉及一种能够通过经由自由空间发送和接收光学信号来进行数据通信的光学发送器/接收器。

背景技术

通常，在建筑物中构建能够进行光学无线通信的光学无线通信LAN(局域网)有如下三种方式：

第一种，LOS(视距)通信，需要基站(BS)与终端(TE)之间的视距状态，以便基站直接将光学信号发送到所述终端；

第二种，NLOS(非视距)通信，其中，基站将光学信号朝向墙壁和天花板发送，从而光信号可被它们向接收终端反射；以及

第三种，混合通信，组合LOS和NLOS方法，其中，基站将部分光学信号向墙壁和天花板发送以反射，并将部分光学信号直接发送到接收终端。

图1示意性地示出使用第一种传统LOS通信的传统的光学无线LAN。安装在建筑物150a中的光学无线LAN100a包括：具有光学信号发送器TX120a的基站BS110a以及具有光学信号接收器RX130a的终端TE140a。尽管没有示出，但是基站110a连接到包括高速通信网络(例如，以太网)的外部通信线路。光学信号发送器120a直接将经过数据调制的光学信号通过自由空间发送到光学信号接收器130a，其中，该自由空间提供光学信号发送器120a与光学信号接收器130a之间的LOS通信。在基站110a也包括光学信号接收器并且终端140a包括光学信号发送器(未示出)的条件下，该LOS通信能够进行双向高速数据交换。然而，这种配置存在这样的缺点：在通信路径之内穿越或移动的物体可破坏LOS连通性。因此，LOS方法为了光学效率优选地使用具有小发散角的光学信号发送器。

图2示意性地示出使用传统的NLOS通信方法的第二种传统光学无线LAN。在此情况下，安装在建筑物150b中的光学无线LAN100b包括：具有光学信号发送器TX120b的基站BS110b以及具有光学信号接收器RX140b的终端TE130b。尽管未示出，但是基站110b连接到外部通信线路。在这种情况下，在光学信号发送器120b和光学信号接收器140b之间没有建立视距通信。相反，从光学信号发送器120b通过建筑物150b的墙壁和天花板对光学信号的反射将经过数据调制的光学信号发送到光学信号接收器RX140b。当光学信号从光学信号发送器120b经过各种路径传播到光学信号接收器140b时，光学信号接收器140b需要大受光角(acceptance angle)的聚光透镜142，以提高光学信号的功率。这种NLOS通信方法是有利的，因为它最小化由于障碍物造成的阴影效应。此外，因为墙壁和天花板可提供接近Lambertian表面的理想的散射表面，所以根据墙壁或天花板的整体发散角，可认为每单位立体角的散射光学信号的功率一致。然而，NLOS通信造成光学信号被散射为多个光学信号分量，所述多个光学信号分量的每个具有在不同时间到达光学信号接收器的非常不同的路径(即，具有相同的起始点但到达接收器的时间不同)。此外，多个信号路径增加了造成接收的信号导致通信速度的下降的符号间干扰(ISI)。为了NLOS通信的光学效率，希望使用大发散角的光学信号发送器和大受光角的光学信号接收器。

图3示意性地示出使用第三种传统混合通信的另一传统的光学无线LAN。安装在建筑物150c中的光学无线LAN100c包括：具有光学信号发送器TX120c的基站BS110c以及具有光学信号接收器RX140c的终端TE130c。尽管未示出，但是基站110c连接到外部通信线路。在此情况下，发送器TX120c朝光学信号接收器140c和建筑物150c的墙壁发送经过数据调制的光学信号。因此，一部分光学信号通过自由空间直接传播到光学信号接收器140c，另一部分被墙壁反射然后被输送到光学信号接收器140c。这也导致来自光学信号发送器120c的光学信号被散射为通过不同路径到达光学信号接收器140c的光学信号分量，因此希望光学信号接收器140c使用具有大受光角的聚光透镜144，以增强接收的光学信号的功率。这种混合通信也导致像NLOS通信中一样的ISI以及通信速度的下降。

NLOS通信具有如下缺点：

第一，当天花板和墙壁的位置以及建筑物的内部空间随着天花板的高度和面积改变时，除了根据给定的建筑物环境定制服务外，很难提供标准化的光学无线通信服务。因此，现场工程师的作用是重要的，这导致了安装成本的增加，并且标准化光学无线通信服务的困难增加了光学信号发送器和接收器的生产成本。