一种无线光通信数据传输装置及方法与流程

1.本发明涉及光通信领域，具体涉及一种无线光通信数据传输装置及方法。


背景技术：

2.随着5g和大数据技术的发展，人们对网络速度产生了更高的需求。对于目前主流使用的非归零码(nrz)调制方法中，一个符号周期只能传输1bit信息，因此为了达到更高的通信速率，需要更高的带宽，而现有光器件的带宽提升十分困难。因此，多级脉幅调制(m
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pam)高阶调制方式将支持光互联向更高速率迈进。在光纤通信中，脉冲幅度调制pam4已被广泛应用，有了较为成熟的pam4光模块。在无线光通信中，由于受到光源灯的带宽限制，更加需要带宽利用率高的高阶调制方式。但是，在无线光通信中，目前尚未有成熟的支持m
‑
pam的无线光模块，限制了无线光通信进行数字基带传输的速率。
3.现有的存在用于pam调制的可见光通信光源灯具通过串并转换器将串行输入的控制信号转换成并行输出的信号，，通过点亮不同数量的灯珠发射pam信号，然而在驱动电路中，不同灯珠的点亮和熄灭都有不同的延迟时间，限制了光源调制带宽，使得该发射机不适用于高速的m
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pam通信，且光源灯具依赖接收机所在的位置角度，若接收机角度位置变化，那么接收到的光强不与灯珠的点亮数量成线性正比关系，增加了接收机复杂度。还有一种具有波形筛选功能的pam4接收机用时钟数据恢复电路及pam4接收机通过比较器和鉴相器构成时钟数据恢复电路本体，其比较器的参考阈值电压固定，导致其接收位置只能固定，且容易受到影响外部调节干扰，不能够自适应调节。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种无线光通信数据传输装置及方法，能够不受距离传输环境限制，增强无线光通信的稳定性和移动性，并能够通过高阶pam提高带宽利用率。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无线光通信数据传输装置，包括发射模块和接收模块；
6.所述发射模块包括传输门，所述发射模块用于将串行数据转换为多路控制信号控制传输门输出电信号，并将电信号转化为光信号发射至接收模块；
7.所述接收模块包括峰值检测器和比较器组，所述接收模块用于将接收的光信号转换为电信号并经过比较器组的阈值判断后输出串行数据，其中，所述峰值检测器根据接收到的电信号为比较器组提供参考电压，比较器组根据参考电压进行分压确定阈值。
8.作为本发明的进一步改进，所述传输门连接有参考电压电路，所述参考电压电路连接有电源，所述参考电压电路用于将电源分压后为传输门提供参考电压，所述传输门用于根据多路控制信号将参考电压信号输出。
9.作为本发明的进一步改进，所述发射模块包括依次连接的串并转换器和译码器，所述译码器连接所述传输门，所述串并转换器用于将串行数据转化为并行信号传输至译码器，所述译码器用于输出一路选通数据的控制信号控制所述传输门输出电信号。
10.作为本发明的进一步改进，所述发射模块还包括依次连接的脉冲整形滤波器、光源驱动电路和无线光通信光源，所述脉冲整形滤波器连接所述传输门，所述脉冲整形滤波器用于对传输门输出的电信号进行脉冲整形后输出至光源驱动电路，所述光源驱动电路用于将驱动无线光通信光源将电信号转化为光信号发射。
11.作为本发明的进一步改进，所述接收模块包括依次连接的光电转换器和尖峰消除滤波器，所述尖峰消除滤波器分别连接所述峰值检测器和所述比较器组，所述光电转换器用于将接收的光信号转化为电信号，所述尖峰消除滤波器用于对电信号进行消除尖峰噪声后输出到峰值检测器和比较器组。
12.作为本发明的进一步改进，所述峰值检测器与所述比较器之间设有低通滤波器，所述峰值检测器经过低通滤波器连接所述比较器组，所述比较器组用于根据低通滤波器提供的参考电压v
ref
进行分压，第i级阈值为并根据尖峰消除滤波器输入电信号与阈值的关系判决输出并行信号。
13.作为本发明的进一步改进，所述比较器组输出连接有并串转换器，所述并串转换器用于将并行信号转化为串行数据进行输出，所述并串转换器输出连接有误码检测器，所述误码检测器输出连接所述比较器组，所述误码检测器用于根据串行数据分析误码成分并根据分析结果调整所述比较器组的判断阈值。
14.一种无线光通信数据传输方法，采用如上所述的一种无线光通信数据传输装置进行数据传输，包括以下步骤：
15.发射模块将串行数据转换为多路控制信号控制传输门输出电信号，并将电信号转化为光信号发射至接收模块；
16.接收模块将接收的光信号转换为电信号并经过比较器组的阈值判断后输出串行数据，其中，峰值检测器根据接收到的电信号为比较器组提供参考电压，比较器组根据参考电压进行分压确定阈值。
17.作为本发明的进一步改进，所述发射模块将串行数据转化为log
2 m路并行信号，并通过译码器输出m路中的一路选通，译码器控制高速传输门将一路传输参考电压送出，参考电压由电源分压获得，电源电压为v
cc
，当第i路传输门送出的电压为当则第i路传输门送出的电压为
18.作为本发明的进一步改进，所述接收模块中经过比较器组的阈值判断后输出的串行数据连接有误码检测器，误码检测器根据误码检测到的m个码元错误率，若对应第i个码元的错误率超过误码占比的则扩大第i个码元相邻两个判决门限之差来调整比较器的判断阈值。
19.本发明的有益效果：本发明使用传输门进行高速低延迟的m
‑
pam信号发射，高效利用带宽，系统复杂度低，并采用峰值检测器和比较器组动态调整判决阈值，能够减少无线光通信中通信距离和位置对通信的影响，突破现有无线光通信只能定点通信的缺点，提高发射端和接收端的位置灵活度。
附图说明
20.图1是本发明原理结构示意图；
21.图2是本发明发射模块核心电路实施示意图；
22.图3是本发明接收模块核心电路实施示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
24.实施例一
25.参考图1，本发明实施例提供了一种无线光通信数据传输装置，包括发射模块和接收模块；
26.发射模块包括传输门，发射模块用于将串行数据转换为多路控制信号控制传输门输出电信号，并将电信号转化为光信号发射至接收模块；
27.接收模块包括峰值检测器和比较器组，接收模块用于将接收的光信号转换为电信号并经过比较器组的阈值判断后输出串行数据，其中，峰值检测器根据接收到的电信号为比较器组提供参考电压，比较器组根据参考电压进行分压确定阈值。
28.具体的，发射模块：串行数据输入连接至串并转换器，转化成log2m路并行信号；串并转换器输出的并行信号连接至译码器，使得译码器输出m路中的一路选通；译码器的输出连接至高速传输门，控制高速传输门将1路传输参考电压送出，参考电压由电源分压获得，若第i路传输门送出的电压为若则第i路传输门送出的电压为高速传输门输出信号连接至脉冲整形滤波器，脉冲整形滤波器对输入的脉冲信号进行整形，消除码间串扰；脉冲整形滤波器的输出连接至光源驱动电路，光源驱动电路将电信号转化为光信号发射；
29.接收模块：光电转换器将接收的光信号转化为电信号；光电转换器的输出连接至尖峰消除滤波器，消除尖峰噪声，保证峰值检测器检测到的是接收信号的实际峰值；尖峰消除滤波器输出连接至峰值检测器与比较器组，峰值检测器经过低通滤波器连接至比较器组，为比较器组提供参考电压；比较器根据低通滤波器提供的参考电压v
ref
进行分压，作为比较器组的阈值，第i级阈值为比较器根据输入信号与阈值的关系判决输出m路并行行信号；比较器组的输出连接至并串转换器，转化为串行数据输出；并串转换器的输出连接至误码检测器，分析误码成分；误码检测器输出连接至比较器组，根据误码分析调整比较器的判决阈值。
30.装置整体使用传输门进行高速低延迟的m
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pam信号发射，并采用峰值检测器和比较器组动态调整判决阈值的方法，能够减少无线光通信中通信距离和位置对通信的影响，突破现有无线光通信只能定点通信的缺点，本发明可以提高发射端和接收端的位置灵活度。
31.实施例二
32.参考图1和图2，本发明实施例提供了一种无线光通信数据传输装置，在实施例一的基础上，其中，发射模块进行电路设计，如图2所示，u1a为2
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4译码器，u2a、u2b、u2c、u2d为4个反相器，s1为4路传输门，q1为驱动mos管，r1为限流电阻，光源1为发光二极管。串行数据的输入以及串并转换器可由fpga中的构成时序电路实现，最终输出d1、d0两路并行数字信号，经过u1a译码器后，选通传输门中相应的电压至驱动管q1，驱动管q1为光源led1提供驱动电流。传输门参考电压由电源v
cc
经电阻r2、r3、r4、r5分压提供，其中，传输门可选用74hc4066，利用传输门的高速切换特性，只要改变数据输入的控制信号，就可以立刻完成输出电压的跳变，输入的控制信号直接由译码器控制输入，然后传输门高速输出跳变，完成高速低延迟的m
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pam数据通信，高效利用带宽，增强无线光通信的稳定性。
33.实施例三
34.参考图1和图3，本发明实施例提供了一种无线光通信数据传输装置，在实施例一的基础上，其中，接收模块进行电路设计，如图3所示，ain为经过尖峰消除滤波器的电信号，u1a、u1b、u1c构成比较器组，d1、c1、r1构成峰值检测电路，通过u3运算放大器和r2、r3、r4分压为比较器组提供阈值，u4a和u2a根据比较结果输出并行两路数字信号d1、d0，送至后续时序电路进行并串转换处理。采用峰值检测器和比较器组动态调整判决阈值的方法，能够减少无线光通信中通信距离和位置对通信的影响，提高发射端和接收端的位置灵活度。
35.实施例四
36.参考图1，本发明实施例提供了一种无线光通信数据传输方法，采用实施例一所述的一种无线光通信数据传输装置进行数据传输，包括以下步骤：
37.发射模块将串行数据转换为多路控制信号控制传输门输出电信号，并将电信号转化为光信号发射至接收模块；
38.接收模块将接收的光信号转换为电信号并经过比较器组的阈值判断后输出串行数据，其中，峰值检测器根据接收到的电信号为比较器组提供参考电压，比较器组根据参考电压进行分压确定阈值。
39.进一步的，发射模块将串行数据转化为log
2 m路并行信号，并通过译码器输出m路中的一路选通，译码器控制高速传输门将一路传输参考电压送出，参考电压由电源分压获得，电源电压为v
cc
，当第i路传输门送出的电压为当则第i路传输门送出的电压为
40.进一步的，接收模块中经过比较器组的阈值判断后输出的串行数据连接有误码检测器，误码检测器根据误码检测到的m个码元错误率，若对应第i个码元的错误率超过误码占比的则扩大第i个码元相邻两个判决门限之差来调整比较器的判断阈值，通过误码分析，调整门限阈值，使接收判断更加可靠。
41.以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。