一种室内可见光OAM组播通信系统发射端技术方案

本发明专利技术公开了一种室内可见光OAM组播通信系统，其下行链路通过激光器LD产生调制有组播信息的高斯光束，经二维激光分束器和空间光调制器，将准直的激光变成带有螺旋相位的OAM光束。空间光调制器在进行OAM螺旋相位调制的同时，通过将光束打旋的方式，扩展每一束光的覆盖面积，同时各光束照射区域重叠，以此弥补单一光束的中心暗斑，实现无盲区传输。针对组播通信系统，本发明专利技术通过LED波分复用进行上行通信，可实现系统内无盲区地双向数据交互。同时，本发明专利技术可利用OAM复用技术，大幅提高系统下行链路的通信容量，通信效率更高。

An indoor visible OAM multicast communication system transmitter

The invention discloses an indoor visible light communication system of OAM multicast, the downlink of Gauss beam generated by the laser modulation with the multicast information LD, the two-dimensional laser beam splitter and spatial light modulator, the collimated laser beams with spiral phase into OAM. The spatial light modulator in OAM spiral phase modulation at the same time, through the beam swirling, extending the coverage area of each beam, and the beam overlap areas, in order to compensate for the single beam of the dark spot, no blind transmission. In accordance with the multicast communication system, the invention carries out uplink communication through LED wavelength division multiplexing, and can realize bidirectional data interaction without blind areas in the system. At the same time, the invention can greatly improve the communication capacity of the downlink system and the communication efficiency by using the OAM multiplexing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种室内可见光OAM组播通信系统发射端
本专利技术涉及可见光通信领域，尤其涉及一种解决OAM盲区的室内可见光组播通信发射端。
技术介绍
可见光通信利用可见光波段作为信息载体，因其具有频谱资源丰富、绿色环保、安全、无需光纤等有线信道传输等优点，一直是研究的热点问题。随着近几年来工业4.0的到来，大数据时代和云平台计算的普遍应用使得可见光通信将会在物联网、智慧城市等方面带来新的体验与创新，具有更大的研究价值。衡量室内可见光通信系统性能的重要的指标是传输容量、传输距离、通信范围及能否实现双向通信。LED器件的结构限制了其系统的调制带宽，LED光学器件的功率大小决定其有效传输距离。但由于工艺问题，LED功率与带宽会相互制约：发射功率增大将带来更长通信距离，但会导致带宽的减小。LED光通信系统的通信范围与LED器件的功率、个数、布局以及发光角度有关。但目前没有成熟的LED上行通信技术，同样，也没有解决OAM通信盲区进行可见光组播传输的技术。现有技术中，为了扩展可见光通信的带宽，提出了很多调制方式。OFDM、DMT、WDM、MIMO等技术。这些调制技术在电信号上进行幅度，相位，频率等的调制，或利用波长进行调制，或利用空分复用技术，在提高系统传输容量方面都有取得了显著的成绩，但是高质量的通信取决于高质量的硬件和复杂的调制，因此也具有一定的局限性。提高可见光通信系统的传输容量仍是一个需要解决的问题。光子可以携带OAM信息，轨道角动量(0AM)光束是一种具有相位奇点和螺旋波前的特殊光场，其光强分布为中空的圆环，相位分布函数为exp(ilθ)，l是拓扑荷数，理论可以是任意值，通过改变l的大小实现不同相位状态的光波，作为新的复用维度，以此大幅度提高通信容量。理论上，OAM光束具有无限多个相互正交的本征态，可以作为新的光通信复用维度，可以在编码方式和复用方式加以利用，与传统的调制方式相结合可以实现更高带宽的光通信。但是，由于现有的OAM调制光束为准直光，无法进行照明。且，OAM光束中心存在暗斑，暗斑处无有效光信号，因而无法进行可见光通信领域的应用，也无法提供有效照明。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种室内可见光组播通信系统，包括下行链路发射端和上行链路发射端。首先，为实现上述目的，所述下行链路发射端，包括激光器LD、LD调制电路、二维激光分束器以及空间光调制器；所述LD调制电路连接所述激光器LD，用于根据组播数据信号调制所述激光器LD发出的光信号；所述激光器LD、所述二维激光分束器以及所述空间光调制器依次连接，所述二维激光分束器的每一路输出光路均对应一组空间光调制器，所述各组空间光调制器之间的轨道角动量均不相同，且，所述各组空间光调制器输出的各组光路相互交叠。本专利技术中，利用空间光调制器构成足够多相互交叠的下行光路，通过光路之间相互交叠，对单独光路中间的暗斑进行补充，解决通信盲区的问题。同时，由于通过空间光调制器调制出的各路OAM光路轨道角动量相互正交，各光路之间不会相互影响，可保证接收端无干扰地接收组播信号。更进一步，下行链路发射端中，还包括相互连接的LED调制电路以及LED发射端：所述LED调制电路用于根据组播数据信号调制所述LED发射端发出的光信号。上述下行链路发射端中，所述LED发射端的响应波段为380-780nm。同时，所述激光器LD的响应波长可包括850nm、1310nm或1550nm中的一种。并且，上述下行链路发射端中，所述激光器LD为高斯光束的单模激光器。同时，为保证下行通讯无盲区，上述下行链路发射端中，所述各组空间光调制器输出的各组光路之间的间距小于所述光路的直径，所述各组光路之间间距均匀。其次，为实现上述目的，还提出一种适用于上述室内可见光组播通信系统的上行链路发射端，包括：包括相互独立的K组上行LED调制电路以及上行LED发射端；所述上行LED调制电路用于根据终端用户信号调制本组上行LED发射端发出的光信号；且，所述K组上行LED发射端、所述LED发射端的响应波段互异，相互独立传输。进一步，上行链路发射端中，所述K组上行LED发射端的响应波段可选择在380nm至780nm之间。有益效果本专利技术，将可见光通信技术与OAM调制技术相结合，通过空间光调制器，将准直的激光变成带有螺旋相位的OAM光束，在进行相位调制的同时，通过将光束打旋的方式，扩展每一束光的覆盖面积。同时，对各光束照射区域进行重叠，弥补单一光束的中心暗斑，实现无盲区传输。为进一步对OAM调制下的暗斑进行补充，本专利技术还复用LED光通信技术，将与OAM正交的LED光束补充各路OAM光束之间的暗区。接收端可独立接收任一路OAM光束或LED光束，而无需考虑各光路之间的相互作用，保障通信质量，同时保障照明强度。更进一步，由于OAM调制方式下，调制模式理论上可达无限多种，因而，本专利技术还可通过布设激光器LD阵列的方式，实现整个室内场景下的无盲区通信。同时，也可提高室内可见光通信的容量。在上行链路中，本专利技术采用K组相互独立的LED发射端，每个发射端均根据终端用户需求，独立进行上行通信，可满足上行链路小容量的即时通信传输需求。同时，不对下行通信造成任何干扰。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本专利技术的实施例一起，用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为根据本专利技术的室内可见光OAM复用LED-LD组播通信系统发射端示意图；图2为根据本专利技术实施例所提供的OAM复用无盲区通信光束分布的示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为根据本专利技术的室内可见光OAM复用LED-LD组播通信系统发射端示意图。其中，下行链路包括激光器LD、LD调制电路、二维激光分束器以及空间光调制器：所述LD调制电路连接所述激光器LD，用于根据组播数据信号调制所述激光器发出的光信号；所述激光器、所述二维激光分束器以及所述空间光调制器依次连接，所述二维激光分束器的每一路输出光路均对应一组空间光调制器，所述各组空间光调制器之间的轨道角动量均不相同，且，所述各组空间光调制器输出的各组光路相互交叠。本专利技术中，利用空间光调制器构成足够多相互交叠的下行光路，通过光路之间相互交叠，对单独光路中间的暗斑进行补充，解决通信盲区的问题。同时，由于通过空间光调制器调制出的各路OAM光路轨道角动量相互正交，各光路之间不会相互影响，可保证接收端无干扰地接收组播信号。各光路之间的交叠关系可参见图2所示。其中，各组空间光调制器输出的各组光路之间的间距小于所述光路的直径，所述各组光路之间间距均匀。为更好地补充各光路之间的暗区，下行链路发射端中，还包括相互连接的LED调制电路以及LED发射端：所述LED调制电路用于根据组播数据信号调制所述LED发射端发出的光信号。上述下行链路发射端中，所述LED发射端的响应波段为380-780nm。所述激光器的响应波长可包括850nm、1310nm或1550nm中的一种。为保证照明效果，上述下行链路发射端中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内可见光组播通信系统下行链路发射端，其特征在于，包括激光器LD、LD调制电路、二维激光分束器以及空间光调制器；所述LD调制电路连接所述激光器LD，用于根据组播数据信号调制所述激光器LD发出的光信号；所述激光器LD、所述二维激光分束器以及所述空间光调制器依次连接，所述二维激光分束器的每一路输出光路均对应一组空间光调制器，所述各组空间光调制器的轨道角动量互异，且，所述空间光调制器输出的各组光路相互交叠。

【技术特征摘要】
1.一种室内可见光组播通信系统下行链路发射端，其特征在于，包括激光器LD、LD调制电路、二维激光分束器以及空间光调制器；所述LD调制电路连接所述激光器LD，用于根据组播数据信号调制所述激光器LD发出的光信号；所述激光器LD、所述二维激光分束器以及所述空间光调制器依次连接，所述二维激光分束器的每一路输出光路均对应一组空间光调制器，所述各组空间光调制器的轨道角动量互异，且，所述空间光调制器输出的各组光路相互交叠。2.如权利要求1所述的室内可见光组播通信系统下行链路发射端，其特征在于，还包括相互连接的LED调制电路以及LED发射端；所述LED调制电路用于根据组播数据信号调制所述LED发射端发出的光信号。3.如权利要求2所述的室内可见光组播通信系统下行链路发射端，其特征在于，所述LED发射端的响应波段为380-780nm。4.如权利要求3所述的室内可见光组播通信系统下行链路发射端...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小菡，赵永星，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32