TWI694685B - 無線光通訊之雙極性分碼多工系統 - Google Patents
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Abstract
一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，包含一編碼端裝置、一光發送裝置、一光接收裝置及一解碼端裝置，藉由將雙極性分碼、光分碼多工擷取技術及無線光通訊相結合，而以低成本實現雙極性光分碼多工的架構，且能夠有效消除多重擷取干擾的問題，降低誤碼率。
Description
本發明相關於一種無線光通訊系統，特別是相關於一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統。
無線光通訊是一種利用光來攜帶資訊的無線通訊技術。有別於無線射頻(Radio frequency；RF)通訊可能有的電磁波干擾而致使在機場塔台和飛機之間的通訊、大型醫院的精密儀器等一些特殊場合的使用上被嚴格管制，無線光通訊有機會能提供更穩定的通訊服務，而成為目前相當熱門的研究課題。
光分碼多工擷取(Optical Code Division Multiple Access；OCDMA)技術是CDMA技術與光纖通訊技術相結合的一種技術，其依使用的光源及訊號疊加的形式可分為同調OCDMA系統及非同調OCDMA系統，而以非同調OCDMA系統因結構簡單、硬體要求寬鬆、成本低等而為目前的主流。非同調OCDMA系統採用光場的強度來表示訊號並進行編碼，其編碼方式以單極性分碼(0、1)為主，即，所有訊號以大於零或等於零來表示，利用光訊號的有無來得到單極性編碼的資料。
然而，非同調OCDMA系統受限於單極性編碼的使用，所能提供的編碼數目較少，系統容量顯得不足，而在使用者數量增加、傳輸速率提升的同時，會有系統成本提高及多重擷取干擾(Multiple Access Interference；MAI)等種種問題，故作為光通訊系統尚有待改善。
因此，本發明的目的即在提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，以解決習知技術的問題。
本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，包含：一編碼端裝置，包括一光源、一編碼端光耦合器、二個編碼端光循環器及一光開關，二個該編碼端光循環器之第一埠分別經由該編碼端光耦合器而光路連接於該光源，其中一個該編碼端光循環器之第二埠光路連接有形成反射光訊號之一第一編碼端光纖布拉格光柵群組，另外一個該編碼端光循環器之第二埠光路連接有形成反射光訊號之一第二編碼端光纖布拉格光柵群組，該光開關之二個輸入端分別光路連接於二個該編碼端光循環器之第三埠，而使來自該光源的光經由該光開關之切換而輸入資料並自該光開關之二個輸出端輸出光資料訊號；一光發送裝置，包括二個發送端光準直器、一垂直偏振片、一水平偏振片及一分光鏡，該垂直偏振片及該水平偏振片經由個別的該發送端光準直器而分別光路連接於該光開關之個別的該輸出端，而使自該編碼端裝置所輸出的光資料訊號分別藉由該垂直偏振片之垂直偏振及該水平偏振片之水平偏振而送至該分光鏡，而匯整成一個光傳輸訊號而予以傳輸；一光接收裝置，包括一極化分光鏡及二個接收端光準直器，該極化分光鏡
光路連接於該分光鏡，二個該接收端光準直器光路連接於該極化分光鏡，而由該極化分光鏡接收該光傳輸訊號，並將該光傳輸訊號依極化狀態而分別分光至二個該接收端光準直器；以及一解碼端裝置，包括二個解碼端光循環器、二個解碼端光耦合器及一平衡式光檢測器，二個該解碼端光循環器之第一埠經由個別的該接收端光準直器而分別光路連接於該極化分光鏡，其中一個該解碼端光耦合器分別經由形成穿透光訊號之一第二解碼端光纖布拉格光柵群組以及經由形成穿透光訊號之一第一解碼端光纖布拉格光柵群組而光路連接於個別的該解碼端光循環器之第二埠，另外一個該解碼端光耦合器光路連接於個別的該解碼端光循環器之第三埠，該平衡式光檢測器光路連接於二個該解碼端光耦合器，以對該光傳輸訊號解碼，其中該第一編碼端光纖布拉格光柵群組係波長對應於該第一解碼端光纖布拉格光柵群組，該第二編碼端光纖布拉格光柵群組係波長對應於該第二解碼端光纖布拉格光柵群組。
在本發明的一實施例中係提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該雙極性分碼多工系統包括複數個該編碼端裝置及複數個該解碼端裝置，該光發送裝置更包括二個發送端光耦合器，該光發送裝置之該垂直偏振片及該水平偏振片經由個別的該發送端光耦合器而分別光路連接於各個該編碼端裝置的光開關之個別的該輸出端，該光接收裝置更包括二個接收端光耦合器，各個該解碼端裝置之個別的該解碼端光循環器分別經由個別的該接收端光耦合器而光路連接於該極化分光鏡。
在本發明的一實施例中係提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該編碼端裝置更包括一摻鉺光纖放大器，光路連接在該光源與該編碼端光耦合器之間。
在本發明的一實施例中係提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該解碼端裝置更包括一衰減器，光路連接在該解碼端光耦合器與該平衡式光檢測器之間。
在本發明的一實施例中係提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該光源係為一超高亮度發光二極體。
在本發明的一實施例中係提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該第一編碼端光纖布拉格光柵群組包括第一波長之光纖布拉格光柵及第三波長之光纖布拉格光柵，該第二編碼端光纖布拉格光柵群組包括第二波長之光纖布拉格光柵及第四波長之光纖布拉格光柵，該第一解碼端光纖布拉格光柵群組包括該第一波長之光纖布拉格光柵及該第三波長之光纖布拉格光柵，該第二解碼端光纖布拉格光柵群組包括該第二波長之光纖布拉格光柵及該第四波長之光纖布拉格光柵。
在本發明的一實施例中係提供一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該第一波長為1543nm，該第二波長為1546nm，該第三波長為1549nm，以及該第四波長為1552nm。
經由本發明所採用之技術手段，在本發明的無線光通訊之雙極性分碼多工系統中，係將雙極性分碼(-1、1)、光分碼多工擷取技術及無線光通訊相結合，而利用簡單而低成本的結構實現雙極性光分碼多工的架構，能夠有效消除多重擷取干擾的問題，降低誤碼率(bit error rate；BER)。
100:無線光通訊之雙極性分碼多工系統
100a:無線光通訊之雙極性分碼多工系統
100b:無線光通訊之雙極性分碼多工系統
1:編碼端裝置
11:光源
12:編碼端光耦合器
13:編碼端光循環器
131:第一埠
132:第二埠
133:第三埠
14:編碼端光循環器
141:第一埠
142:第二埠
143:第三埠
15:光開關
151:輸入端
152:輸入端
153:輸出端
154:輸出端
16:摻鉺光纖放大器
2:光發送裝置
21:發送端光準直器
22:發送端光準直器
23:垂直偏振片
24:水平偏振片
25:分光鏡
26:發送端光耦合器
27:發送端光耦合器
3:光接收裝置
31:極化分光鏡
32:接收端光準直器
33:接收端光準直器
34:接收端光耦合器
35:接收端光耦合器
4:解碼端裝置
41:解碼端光循環器
411:第一埠
412:第二埠
413:第三埠
42:解碼端光循環器
421:第一埠
422:第二埠
423:第三埠
43:解碼端光耦合器
44:解碼端光耦合器
45:平衡式光檢測器
46:衰減器
FBG1:第一編碼端光纖布拉格光柵群組
FBG2:第二編碼端光纖布拉格光柵群組
FBG3:第一解碼端光纖布拉格光柵群組
FBG4:第二解碼端光纖布拉格光柵群組
L0:光
L1:光資料訊號
L2:光傳輸訊號
PD1:分支
PD2:分支
〔第1圖〕為顯示根據本發明的一實施例的無線光通訊之雙極性分碼多工系統的示意圖；〔第2圖〕為顯示根據本發明的一實施例的無線光通訊之雙極性分碼多工系統於多使用者時的示意圖；〔第3圖〕為顯示根據本發明的另一實施例的無線光通訊之雙極性分碼多工系統的示意圖。
以下根據第1圖至第3圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。
如第1圖所示，依據本發明的一實施例的一無線光通訊之雙極性分碼多工系統100，包含：一編碼端裝置1，包括一光源11、一編碼端光耦合器12、二個編碼端光循環器13、14及一光開關15，二個該編碼端光循環器13、14之第一埠131、141分別經由該編碼端光耦合器12而光路連接於該光源11，其中一個該編碼端光循環器13之第二埠132光路連接有形成反射光訊號之第一編碼端光纖布拉格光柵群組FBG1，另外一個該編碼端光循環器14之第二埠142光路連接有形成反射光訊號之一第二編碼端光纖布拉格光柵群組FBG2，該光開關15之二個輸入端151、152分別光路連接於二個該編碼端光循環器13、14之第三埠133、143，而使來自該光源11的光L0經由該光開關15之切換而輸入資料並自該光開關15之二個輸出端153、154輸出光資料訊號L1；一光發送裝置2，包括二個發送端光準直器21、22、一垂直偏振片23、一水平偏振片24及一分光鏡25，該垂直偏振片23及該水平偏振片24經由個別的該發送端光準直器21、22而分別光路連接
於該光開關15之個別的該輸出端153、154，而使自該編碼端裝置1所輸出的光資料訊號L1分別藉由該垂直偏振片23之垂直偏振及該水平偏振片24之水平偏振而送至該分光鏡25，而匯整成一個光傳輸訊號L2而予以傳輸；一光接收裝置3，包括一極化分光鏡31及二個接收端光準直器32、33，該極化分光鏡31光路連接於該分光鏡25，二個該接收端光準直器32、33光路連接於該極化分光鏡31，而由該極化分光鏡31接收該光傳輸訊號L2，並將該光傳輸訊號L2依極化狀態而分別分光至二個該接收端光準直器32、33；以及一解碼端裝置4，包括二個解碼端光循環器41、42、二個解碼端光耦合器43、44及一平衡式光檢測器45，二個該解碼端光循環器41、42之第一埠411、421經由個別的該接收端光準直器32、33而分別光路連接於該極化分光鏡31，其中一個該解碼端光耦合器43分別經由形成穿透光訊號之一第二解碼端光纖布拉格光柵群組FBG4以及經由形成穿透光訊號之一第一解碼端光纖布拉格光柵群組FBG3而光路連接於個別的該解碼端光循環器41、42之第二埠412、422，另外一個該解碼端光耦合器44光路連接於個別的該解碼端光循環器41、42之第三埠413、423，該平衡式光檢測器45光路連接於二個該解碼端光耦合器43、44，以對該光傳輸訊號L2解碼，其中該第一編碼端光纖布拉格光柵群組FBG1係分別波長對應於該第一解碼端光纖布拉格光柵群組FBG3，該第二編碼端光纖布拉格光柵群組FBG2係分別波長對應於該第二解碼端光纖布拉格光柵群組FBG4。
具體而言，在該編碼端裝置1中，該光源11係為一超高亮度發光二極體(Super Luminescent Diode；SLD)，其為一種基於放大自發放射的邊緣發光二極體光源，用以提供穩定的寬頻光線。另外，在本實施例中，該第一編碼端光纖布拉格光柵群組FBG1包括第一波長λ1之光纖布拉格光柵及第三波長λ3之
光纖布拉格光柵，該第二編碼端光纖布拉格光柵群組FBG2包括第二波長λ2之光纖布拉格光柵及第四波長λ4之光纖布拉格光柵，以此四個波長λ1、λ2、λ3、λ4表示為四個位元的使用者編碼。並且，在本實施例中，各個位元所代表的波長分別為：該第一波長λ1為1543nm，該第二波長λ2為1546nm，該第三波長λ3為1549nm，以及該第四波長λ4為1552nm。相似地，在該解碼端裝置4中，該第一編碼端光纖布拉格光柵群組FBG1係波長對應於該第一解碼端光纖布拉格光柵群組FBG3，該第二編碼端光纖布拉格光柵群組FBG2係波長對應於該第二解碼端光纖布拉格光柵群組FBG4，因此該第一解碼端光纖布拉格光柵群組FBG3包括該第一波長λ1之光纖布拉格光柵及該第三波長λ3之光纖布拉格光柵，該第二解碼端光纖布拉格光柵群組FBG4包括該第二波長λ2之光纖布拉格光柵及該第四波長λ4之光纖布拉格光柵。
以下說明本實施例的該無線光通訊之雙極性分碼多工系統100的運作。如第1圖所示，在該編碼端裝置1中，自該光源11所發出的光L0經由該編碼端光耦合器12而傳送至圖中上下兩個該編碼端光循環器13、14之第一埠131、141。光循環器(Optical circulator)係為一種具有三個埠(port)的元件，其中自光循環器第一埠所輸入的光訊號，只有第二埠可以收到，第三埠則否；自光循環器第二埠所輸入的光訊號，只有第三埠可以收到，第一埠則否。藉此，與二個該編碼端光循環器13、14之第二埠132、142分別光路連接的光纖布拉格光柵則會反射需要編碼的特定波長(即，該第一波長λ1、該第二波長λ2、該第三波長λ3及該第四波長λ4)，而由二個該編碼端光循環器13、14之第三埠133、143將反射回來的光送入該光開關15中。該光開關15係藉由切換而選擇傳送代表「Bit 1」或「Bit 0(-1)」的光訊號，藉以輸入資料。該光開關15可為一機械式光開
關，而為了提升系統速率，亦可選擇切換頻率更高的光開關。在本實施例中，在該光開關15為「OFF」時，圖中上側的該編碼端光循環器13所反射回來的光會自該輸入端151送往該輸出端153，圖中下側的該編碼端光循環器14所反射回來的光會自該輸入端152送往該輸出端154。在該光開關15為「ON」時，圖中上側的該編碼端光循環器13所反射回來的光會自該輸入端151送往該輸出端154，圖中下側的該編碼端光循環器14所反射回來的光會自該輸入端152送往該輸出端153。
在該光發送裝置2中，自該光開關15之該輸出端153所送入的光資料訊號L1經由該發送端光準直器21而送至該垂直偏振片23並極化成90°，自該光開關15之該輸出端154所送入的光資料訊號L1則經由該發送端光準直器22而送至該水平偏振片24並極化成0°。之後，兩個不同偏振態的光經過該分光鏡25而耦合成一個訊號(即，該光傳輸訊號L2)並在自由空間(Free space)中進行無線光通訊傳輸，傳送至該光接收裝置3。
在該光接收裝置3中，接收到的該光傳輸訊號L2經過該極化分光鏡31分開成90°及0°的光訊號，並經由個別的該接收端光準直器32、33而分別傳往二個該解碼端光循環器41、42。
在該解碼端裝置4中，90°的光訊號自該極化分光鏡31傳至圖中上側的該解碼端光循環器41之第一埠411，0°的光訊號則自該極化分光鏡31傳至圖中下側的該解碼端光循環器42之第一埠421。藉此，由與二個該解碼端光循環器41、42之第二埠412、422分別光路連接的光纖布拉格光柵解碼穿透至圖中上側的該解碼端光耦合器43，或者是由該解碼端光循環器41、42之第三埠413、423反射至圖中下側的該解碼端光耦合器44。傳往該解碼端光耦合器43、44的光會
分別送入該平衡式光檢測器45的二個分支PD1、PD2，而利用該平衡式光檢測器45的輸出為二個分支相減的此一特性，達成正確的解碼。舉例而言，在光訊號為「Bit 1」時，所有的光訊號皆會穿透過光纖布拉格光柵進入圖中上側的該分支PD1，而不會進行反射，從而在該平衡式光檢測器45透過二個該分支PD1、PD2相減(1-0=1)而得到「Bit 1」的結果。在光訊號為「Bit 0」時，所有的光訊號皆會被光纖布拉格光柵反射至圖中下側的該分支PD2，從而在該平衡式光檢測器45透過二個該分支PD1、PD2相減(0-1=-1)得到「Bit 0(-1)」的結果。在光訊號不正確時，通過二個該解碼端光循環器41、42的光會同時發生穿透與反射，使得在該平衡式光檢測器45之二個該分支PD1、PD2皆會有經穿透與反射的訊號，經過相減後會相消，而達到消除多重擷取干擾的效果。
如第2圖所示，根據本發明的實施例，在多使用者的情況下，無線光通訊之雙極性分碼多工系統100a包括複數個該編碼端裝置1及複數個該解碼端裝置4，該光發送裝置2更包括二個發送端光耦合器26、27，該光發送裝置2之該垂直偏振片23及該水平偏振片24經由個別的該發送端光耦合器26、27而分別光路連接於各個該編碼端裝置1的光開關15之個別的該輸出端153、154，該光接收裝置3更包括二個接收端光耦合器34、35，各個該解碼端裝置4之個別的該解碼端光循環器41、42分別經由個別的該接收端光耦合器34、35而光路連接於該極化分光鏡31。此一實施例的無線光通訊之雙極性分碼多工系統100a與前述實施例的差別在於，在多使用者的情況下，各個該編碼端裝置1會將所有屬於垂直極化狀態的部分經由該發送端光耦合器26集結至該垂直偏振片23，所有屬於垂直極化狀態的部分經由該發送端光耦合器27集結至該水平偏振片24，而由分光鏡25將多使用者的編碼訊號耦合並送入自由空間，而後由該極化分光鏡31將垂
直與水平的訊號分開，分別經由個別的該接收端光耦合器34、35而傳送至各個該解碼端裝置4，從而實現多使用者的無線光通訊。
如第3圖所示，依據本發明的一實施例的無線光通訊之雙極性分碼多工系統100b，該編碼端裝置1更包括一摻鉺光纖放大器16，光路連接在該光源11與該編碼端光耦合器12之間，以將來自該光源11的輸入功率增大，改進整體系統消耗功率過大造成最後結果功率過小的問題。另外，在本實施例中，該解碼端裝置4更包括一衰減器46，光路連接在該解碼端光耦合器43與該平衡式光檢測器45之間，以有效地消除額外的訊號穿透所造成的多餘功率。
藉由上述結構，在本發明的無線光通訊之雙極性分碼多工系統100、100a、100b中，係將雙極性分碼(-1、1)、光分碼多工擷取技術及無線光通訊相結合，而利用簡單而低成本的結構實現雙極性光分碼多工的架構，能夠有效消除多重擷取干擾的問題，降低誤碼率。
以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。
100:無線光通訊之雙極性分碼多工系統
1:編碼端裝置
11:光源
12:編碼端光耦合器
13:編碼端光循環器
131:第一埠
132:第二埠
133:第三埠
14:編碼端光循環器
141:第一埠
142:第二埠
143:第三埠
15:光開關
151:輸入端
152:輸入端
153:輸出端
154:輸出端
2:光發送裝置
21:發送端光準直器
22:發送端光準直器
23:垂直偏振片
24:水平偏振片
25:分光鏡
3:光接收裝置
31:極化分光鏡
32:接收端光準直器
33:接收端光準直器
4:解碼端裝置
41:解碼端光循環器
411:第一埠
412:第二埠
413:第三埠
42:解碼端光循環器
421:第一埠
422:第二埠
423:第三埠
43:解碼端光耦合器
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45:平衡式光檢測器
FBG1:第一編碼端光纖布拉格光柵群組
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L0:光
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L2:光傳輸訊號
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PD2:分支
Claims (7)
- 一種無線光通訊之雙極性分碼多工系統，包含：一編碼端裝置，包括一光源、一編碼端光耦合器、二個編碼端光循環器及一光開關，二個該編碼端光循環器之第一埠分別經由該編碼端光耦合器而光路連接於該光源，其中一個該編碼端光循環器之第二埠光路連接有形成反射光訊號之一第一編碼端光纖布拉格光柵群組，另外一個該編碼端光循環器之第二埠光路連接有形成反射光訊號之一第二編碼端光纖布拉格光柵群組，該光開關之二個輸入端分別光路連接於二個該編碼端光循環器之第三埠，而使來自該光源的光經由該光開關之切換而輸入資料並自該光開關之二個輸出端輸出光資料訊號；一光發送裝置，包括二個發送端光準直器、一垂直偏振片、一水平偏振片及一分光鏡，該垂直偏振片及該水平偏振片經由個別的該發送端光準直器而分別光路連接於該光開關之個別的該輸出端，而使自該編碼端裝置所輸出的光資料訊號分別藉由該垂直偏振片之垂直偏振及該水平偏振片之水平偏振而送至該分光鏡，而匯整成一個光傳輸訊號而予以傳輸；一光接收裝置，包括一極化分光鏡及二個接收端光準直器，該極化分光鏡光路連接於該分光鏡，二個該接收端光準直器光路連接於該極化分光鏡，而由該極化分光鏡接收該光傳輸訊號，並將該光傳輸訊號依極化狀態而分別分光至二個該接收端光準直器；以及一解碼端裝置，包括二個解碼端光循環器、二個解碼端光耦合器及一平衡式光檢測器，二個該解碼端光循環器之第一埠經由個別的該接收端光準直器而分別光路連接於該極化分光鏡，其中一個該解碼端光耦合器分別經由形成穿透光 訊號之一第二解碼端光纖布拉格光柵群組以及經由形成穿透光訊號之一第一解碼端光纖布拉格光柵群組而光路連接於個別的該解碼端光循環器之第二埠，另外一個該解碼端光耦合器光路連接於個別的該解碼端光循環器之第三埠，該平衡式光檢測器光路連接於二個該解碼端光耦合器，以對該光傳輸訊號解碼，其中該第一編碼端光纖布拉格光柵群組係波長對應於該第一解碼端光纖布拉格光柵群組，該第二編碼端光纖布拉格光柵群組係波長對應於該第二解碼端光纖布拉格光柵群組。
- 如請求項1所述之無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該雙極性分碼多工系統包括複數個該編碼端裝置及複數個該解碼端裝置，該光發送裝置更包括二個發送端光耦合器，該光發送裝置之該垂直偏振片及該水平偏振片經由個別的該發送端光耦合器而分別光路連接於各個該編碼端裝置的光開關之個別的該輸出端，該光接收裝置更包括二個接收端光耦合器，各個該解碼端裝置之個別的該解碼端光循環器分別經由個別的該接收端光耦合器而光路連接於該極化分光鏡。
- 如請求項1所述之無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該編碼端裝置更包括一摻鉺光纖放大器，光路連接在該光源與該編碼端光耦合器之間。
- 如請求項1或3所述之無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該解碼端裝置更包括一衰減器，光路連接在該解碼端光耦合器與該平衡式光檢測器之間。
- 如請求項1所述之無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該光源係為一超高亮度發光二極體。
- 如請求項1所述之無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該第一編碼端光纖布拉格光柵群組包括第一波長之光纖布拉格光柵及第三波長之光纖布拉格光柵，該第二編碼端光纖布拉格光柵群組包括第二波長之光纖布拉格光柵及第四波長之光纖布拉格光柵，該第一解碼端光纖布拉格光柵群組包括該第一波長之光纖布拉格光柵及該第三波長之光纖布拉格光柵，該第二解碼端光纖布拉格光柵群組包括該第二波長之光纖布拉格光柵及該第四波長之光纖布拉格光柵。
- 如請求項6所述之無線光通訊之雙極性分碼多工系統，其中該第一波長為1543nm，該第二波長為1546nm，該第三波長為1549nm，以及該第四波長為1552nm。
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