激光廣播通信方法
【專利摘要】激光廣播通信方法屬于激光通信【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有激光通信為點對點、雙工通信，非屬廣播。本發(fā)明用電視信號通過光調(diào)制器調(diào)制激光得到激光電視信號，先經(jīng)光纖遠(yuǎn)距離傳輸?shù)郊す馔ㄐ殴鈱W(xué)發(fā)射天線，再由光學(xué)發(fā)射天線準(zhǔn)直后作為激光載波發(fā)射；通過瞄準(zhǔn)系統(tǒng)將激光通信光學(xué)接收天線瞄向光學(xué)發(fā)射天線，光學(xué)接收天線將接收到的激光載波傳送給光探測器，由光探測器將激光載波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，之后放大，最后解調(diào)還原電視信號；在所述光學(xué)發(fā)射天線中，準(zhǔn)直激光載波由光束橫向展開系統(tǒng)在方位方向上以扇面發(fā)散方式傳播，形成激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域，若干個光學(xué)接收天線位于該激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域內(nèi)及有效通信距離內(nèi)，并各自通過自己的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)瞄向同一個光學(xué)發(fā)射天線。
【專利說明】激光廣播通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光廣播通信方法，采用激光準(zhǔn)直系統(tǒng)和光束橫向展開系統(tǒng)將激光載波以扇面發(fā)散方式在有效通信距離內(nèi)傳播，在扇面?zhèn)鞑^(qū)域內(nèi)及有效通信距離內(nèi)的任意一個接收機都能夠接收該激光載波，再經(jīng)信號解調(diào)，實現(xiàn)電視節(jié)目的收看，屬于激光通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著3G、4G無線通信的推廣，現(xiàn)有2.5?2.7GHz農(nóng)村電視廣播專用電磁波頻段將被轉(zhuǎn)用于無線通信業(yè)務(wù)，通過光纖傳輸電視信號的方案成為一種替代方案。然而，當(dāng)光纖線路架設(shè)到村頭后，由于用戶分散、架線條件差，導(dǎo)致分戶架線方案，也就是最后一公里信號介入成本大幅提高，并且之后的線路維護(hù)也將頻繁和困難，因此，電視廣播的運營投入難以盡快收回,且運營成本高。
[0003]激光通信技術(shù)已經(jīng)十分成熟，該技術(shù)不僅具有容量大、通信速率高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，還具有機動靈活、無需改變通信區(qū)域現(xiàn)有其他設(shè)施、運行成本低等特點，因此，激光通信易于推廣。然而，現(xiàn)有激光通信方式為點對點，也就是一對通信機之間相互通信，雙方的通信機硬件相同，均含有信號發(fā)送與接收部分。這些特點對于農(nóng)村電視廣播擬采取的光纖通信最后一公里信號介入方案來說存在三方面的問題。一是電視廣播方式為點對面通信方式，也就是一部信號發(fā)送裝置與多部信號接收裝置通信。二是電視廣播方式為單工通信方式，也就是通信系統(tǒng)由一部單純的信號發(fā)送裝置與多部單純的信號接收裝置構(gòu)成。因此，現(xiàn)有激光通信技術(shù)不能實現(xiàn)電視廣播，將其通信機硬件用于電視廣播存在嚴(yán)重的硬件方面的浪費。三是激光通信中的激光載波為高斯光波，光強在方位方向和俯仰方向分布相同，然而，針對地面的廣播通信而言俯仰方向的激光輸出功率無疑被浪費，有限的激光輸出功率沒有得到充分利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于將激光通信以廣播的方式應(yīng)用于農(nóng)村電視廣播擬采取的光纖通信最后一公里信號介入中，為此，我們發(fā)明了一種激光廣播通信方法。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，用電視信號通過光調(diào)制器調(diào)制激光得到激光電視信號，該激光電視信號先經(jīng)光纖遠(yuǎn)距離傳輸?shù)郊す馔ㄐ殴鈱W(xué)發(fā)射天線，再由光學(xué)發(fā)射天線準(zhǔn)直后作為激光載波發(fā)射；通過瞄準(zhǔn)系統(tǒng)將激光通信光學(xué)接收天線瞄向激光通信光學(xué)發(fā)射天線，激光通信光學(xué)接收天線將接收到的激光載波傳送給光探測器，由光探測器將激光載波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺蠓糯?，最后解調(diào)還原電視信號；其特征在于，在所述光學(xué)發(fā)射天線中，準(zhǔn)直激光載波由光束橫向展開系統(tǒng)在方位方向上以扇面發(fā)散方式傳播，形成激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域，若干個激光通信光學(xué)接收天線位于該激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域內(nèi)及有效通信距離內(nèi)，并各自通過自己的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)瞄向同一個激光通信光學(xué)發(fā)射天線。
[0006]本發(fā)明其技術(shù)效果在于，根據(jù)本發(fā)明之方法可知，所述激光廣播通信由光纖將激光電視信號傳輸給一個位于村屯或者鄉(xiāng)村聚居點邊緣的激光通信光學(xué)發(fā)射天線，經(jīng)準(zhǔn)直后作為激光載波在方位方向上以扇面發(fā)散方式傳播，而在俯仰方向上利用激光載波激光束的自然發(fā)散現(xiàn)象實現(xiàn)小弧度角的發(fā)散，由此在村屯上方低空層面形成一個電視信號橫掃區(qū)域，也就是所述激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域，任意一個激光通信光學(xué)接收天線只要位于該區(qū)域，即可接收到電視信號，建立一點對多點，也就是所述點對面的通信方式，實現(xiàn)了具有廣播意義的激光通信，鑒于此，所使用的發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)角色單一，硬件結(jié)構(gòu)大為簡化，廣播服務(wù)的提供與接受成本大幅降低。在所述激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域中，任何一個與光的傳播方向垂直的截面都是一個寬高比很大的矩形，而該矩形的形成是通過在方位方向上使光束散射實現(xiàn)的，并非遮擋措施，因此，激光輸出功率得到充分利用。
[0007]另外，激光通信諸多優(yōu)點在激光廣播通信中得到充分發(fā)揮，如激光通信容量大，在本發(fā)明之方案中，不論先期由光纖有線傳輸激光電視信號，還是后期由激光通信光學(xué)天線發(fā)射激光載波，都能夠同時傳送多路信號，理論上能夠同時傳送1000萬路電視節(jié)目；再如本發(fā)明涉及到的硬件部分結(jié)構(gòu)簡單，輕便，易于移動和安裝；“最后一公里信號介入方案”的無線工作方式更適合村屯用戶少且分散、地形復(fù)雜易變等情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖是本發(fā)明之激光廣播通信方法“最后一公里信號介入方案”示意圖，該圖同時作為摘要附圖。
【具體實施方式】
[0009]激光光源為1550nm的半導(dǎo)體分布式反饋激光器(DFB)，經(jīng)EDFA光放大后輸出。用電視信號通過光調(diào)制器以直接調(diào)制的方式調(diào)制激光得到激光電視信號。所述激光電視信號先經(jīng)光纖I遠(yuǎn)距離傳輸?shù)郊す馔ㄐ殴鈱W(xué)發(fā)射天線2，如附圖所示，再由光學(xué)發(fā)射天線2準(zhǔn)直后作為激光載波發(fā)射。通過瞄準(zhǔn)系統(tǒng)將激光通信光學(xué)接收天線3瞄向激光通信光學(xué)發(fā)射天線2，激光通信光學(xué)接收天線3將接收到的激光載波傳送給光探測器，所述光探測器為固態(tài)光電倍增器，如固態(tài)光電倍增管，其倍增效果達(dá)到106，能夠確保弱信號探測能力。由光探測器將激光載波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，之后由跨阻放大器作為前置放大器進(jìn)行放大；最后利用鎖相技術(shù)完成時鐘提取與數(shù)據(jù)提取，從而解調(diào)還原電視信號。在所述光學(xué)發(fā)射天線2中，準(zhǔn)直激光載波由光束橫向展開系統(tǒng)在方位方向上以扇面發(fā)散方式傳播，形成激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域4，所述光束橫向展開系統(tǒng)為伽利略式平行光幕生成器或者開普勒式平行光幕生成器。若干個激光通信光學(xué)接收天線3位于該激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域4內(nèi)及有效通信距離內(nèi)，并各自通過自己的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)瞄向同一個激光通信光學(xué)發(fā)射天線2。所述激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域4的方位角為30?120° ,俯仰角為I?15mrad。激光載波波長為1550nm,最高通信傳輸速率為2.5Gbps，有效通信距離為0.5?2.0km。光學(xué)發(fā)射天線2發(fā)射的激光載波功率為3?5W，每個光學(xué)接收天線3接收的激光載波光功率密度為100?500 u W/m2，這是激光載波在大氣中經(jīng)過0.5?2.0km傳輸后的光功率密度，如果所述光學(xué)接收天線3的光學(xué)系統(tǒng)口徑為130_，那么，光學(xué)接收天線3接收的激光載波有效光功率大于5 ii W。
[0010]所述伽利略式平行光幕生成器由一片焦距為f的正透鏡、一片焦距為F的準(zhǔn)直鏡和一個全扇角為a的鮑威爾棱鏡組成，激光電視信號源位于正透鏡物方2.4f處，準(zhǔn)直鏡像面出現(xiàn)在正透鏡像方1.Sf處，正透鏡像面即是準(zhǔn)直鏡物面，鮑威爾棱鏡放在準(zhǔn)直鏡后面2mm以內(nèi)并用壓圈固定。
[0011]所述開普勒式平行光幕生成器由一片焦距為f的負(fù)透鏡，一片焦距為F的準(zhǔn)直鏡和一個全扇角為a的鮑威爾棱鏡組成，激光電視信號源放在負(fù)透鏡像方焦面上，準(zhǔn)直鏡物面與負(fù)透鏡像方焦面重合，正透鏡像面即是準(zhǔn)直鏡物面，鮑威爾棱鏡被放在準(zhǔn)直鏡后面2_以內(nèi)并用壓圈固定。
【權(quán)利要求】
1.一種激光廣播通信方法，用電視信號通過光調(diào)制器調(diào)制激光得到激光電視信號，該激光電視信號先經(jīng)光纖遠(yuǎn)距離傳輸?shù)郊す馔ㄐ殴鈱W(xué)發(fā)射天線，再由光學(xué)發(fā)射天線準(zhǔn)直后作為激光載波發(fā)射；通過瞄準(zhǔn)系統(tǒng)將激光通信光學(xué)接收天線瞄向激光通信光學(xué)發(fā)射天線，激光通信光學(xué)接收天線將接收到的激光載波傳送給光探測器，由光探測器將激光載波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，之后放大，最后解調(diào)還原電視信號；其特征在于，在所述光學(xué)發(fā)射天線中，準(zhǔn)直激光載波由光束橫向展開系統(tǒng)在方位方向上以扇面發(fā)散方式傳播，形成激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域，若干個激光通信光學(xué)接收天線位于該激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域內(nèi)及有效通信距離內(nèi)，并各自通過自己的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)瞄向同一個激光通信光學(xué)發(fā)射天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光廣播通信方法，其特征在于，所述光束橫向展開系統(tǒng)為伽利略式平行光幕生成器或者開普勒式平行光幕生成器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光廣播通信方法，其特征在于，所述激光載波扇面?zhèn)鞑^(qū)域(4)的方位角為30?120° ,俯仰角為I?15mrad。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光廣播通信方法，其特征在于，激光載波波長為1550nm，最高通信傳輸速率為2.5Gbps，有效通信距離為0.5?2.0km。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光廣播通信方法，其特征在于，光學(xué)發(fā)射天線(2)發(fā)射的激光載波功率為3?5W，每個光學(xué)接收天線(3)接收的激光載波光功率密度為100?500 u W/m2。
【文檔編號】H04B10/11GK103607241SQ201310562869
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】母一寧, 姜會林, 魏楓林, 劉濤 申請人:長春理工大學(xué), 長春威視追光科技有限責(zé)任公司