專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中語(yǔ)音跟蹤的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛涉及通信系統(tǒng)，尤其涉及無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中的語(yǔ)音跟蹤。
現(xiàn)有硬件或光纖網(wǎng)絡(luò)的另一種解決方案是使用無(wú)線(xiàn)光通信技術(shù)。無(wú)線(xiàn)光通信使用光束(如激光)作為光通信信號(hào)，不需要位置之間的電纜或光纜路由。數(shù)據(jù)或信息被編碼成為一個(gè)光束，然后經(jīng)過(guò)自由空間從發(fā)射機(jī)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)。
對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的自由空間激光通信，使用窄的光束有如下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)安全性高、用戶(hù)密度高、方向性強(qiáng)。方向性強(qiáng)可以更方便獲取高的數(shù)據(jù)速率和高的鏈路可用性，這是因?yàn)榻邮諜C(jī)端有更高的信號(hào)電平。為了充分利用此方向性，經(jīng)常會(huì)需要某些形式的跟蹤使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的天線(xiàn)保持互相對(duì)齊。例如，束發(fā)散角為1mrad的發(fā)射光束在1km范圍處的接收機(jī)處的點(diǎn)直徑約為1米。這樣，如果不采用主動(dòng)跟蹤，那么即使是很小一部分的發(fā)散范圍(或視度范圍)所引起的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的移動(dòng)都會(huì)損害鏈接。由于高速通信信道使用極度靈敏的檢測(cè)器，因此這樣的系統(tǒng)需要同樣靈敏的跟蹤系統(tǒng)。
在跟蹤系統(tǒng)中，電荷耦合設(shè)備(CCD)陣列或四象限單元光檢測(cè)器(有時(shí)稱(chēng)作象限單元)都可以用作跟蹤檢測(cè)器。在這兩種情況下，都可以使用一個(gè)電控轉(zhuǎn)向鏡、平衡環(huán)或其他轉(zhuǎn)向設(shè)備，根據(jù)跟蹤檢測(cè)器提供的信息，使射向高速通信檢測(cè)器的光信號(hào)(例如光線(xiàn))最大化。這樣是可行的，這是因?yàn)橛糜诟櫤屯ㄐ诺墓饴窂蕉际穷A(yù)先對(duì)齊的，而一個(gè)完全對(duì)齊的系統(tǒng)的跟蹤信號(hào)在本質(zhì)上是已知的。CCD跟蹤是一種廣泛應(yīng)用的跟蹤方法，它非常靈敏，可以更好地抵抗太陽(yáng)光線(xiàn)閃爍，其原因是它能夠忽略CCD陣列上的閃爍“特征”。但是，由于CCD檢測(cè)系統(tǒng)的限制，在某些波長(zhǎng)上經(jīng)常需要一個(gè)單獨(dú)的較短波長(zhǎng)的跟蹤信號(hào)。
對(duì)于已對(duì)齊的光學(xué)系統(tǒng)，在象限單元的所有四個(gè)象限的相等信號(hào)通常表示轉(zhuǎn)向鏡已經(jīng)盡可能地使光通信信號(hào)射到高速通信檢測(cè)器上-如果存在任何偏差，轉(zhuǎn)向鏡會(huì)使光學(xué)信號(hào)射回該最佳平衡位置上。
象限單元上的信號(hào)可以是直流(DC)信號(hào)。DC跟蹤可以使用來(lái)自各個(gè)象限單元的跟蹤信號(hào)的平均信號(hào)的內(nèi)容。DC的一個(gè)問(wèn)題是象限單元電子器件無(wú)法分辨真正的光信號(hào)和由于日光背景照射產(chǎn)生或不精確的發(fā)送/接收隔離產(chǎn)生的信號(hào)。因此，跟蹤系統(tǒng)在出現(xiàn)背景光時(shí)，可能會(huì)沒(méi)有對(duì)齊發(fā)射機(jī)和接收機(jī)?，F(xiàn)有跟蹤系統(tǒng)的共有缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積笨重、價(jià)格昂貴，并且有時(shí)候可靠性低。
因此，需要對(duì)無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中的跟蹤技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例使用語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行跟蹤的信號(hào)圖。
圖2是可以使用圖1的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行跟蹤的無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的功能框圖。
圖3是圖2中系統(tǒng)的光檢測(cè)器中可以處理語(yǔ)音信號(hào)的信號(hào)處理電路的優(yōu)選實(shí)施例框圖。
圖4是圖2中系統(tǒng)的通信檢測(cè)器中可以處理語(yǔ)音信號(hào)的信號(hào)處理電路的優(yōu)選實(shí)施例的框圖。
圖5是用于改進(jìn)語(yǔ)音信號(hào)處理的可調(diào)增益控制電路的優(yōu)選實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
下面詳細(xì)描述在無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中語(yǔ)音跟蹤的系統(tǒng)與方法的優(yōu)選實(shí)施例。在下面的描述中，提供了很多特定的細(xì)節(jié)，這樣可以更好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。不過(guò)，本發(fā)明所屬相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員都應(yīng)該知道，本發(fā)明的實(shí)施并不限于一個(gè)或多個(gè)特定細(xì)節(jié)，也可以用其他方法、部件、材料等實(shí)施。對(duì)于眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，本發(fā)明沒(méi)有再做詳細(xì)介紹，避免影響對(duì)本發(fā)明各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的描述。
本說(shuō)明書(shū)中所指的“一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例”表示在本發(fā)明至少一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中包括與優(yōu)選實(shí)施例一起描述的特定特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征。因此，本說(shuō)明書(shū)各處出現(xiàn)的語(yǔ)句“在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中”并不一定都表示相同的優(yōu)選實(shí)施例。此外，特定的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)或特征可以在一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中以任何合適的方式結(jié)合起來(lái)。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“跟蹤”的含義與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的含義相似。也就是說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“跟蹤”或多或少地包括監(jiān)控處理以及光接收機(jī)關(guān)于接收到的光信號(hào)的方向(與/或其部件部分方向)的調(diào)整。在這種情況下，跟蹤可以使光接收機(jī)保持與接收到的光信號(hào)基本對(duì)齊，從而保證光接收機(jī)處的最佳接收性能。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，為了獲取交流(AC)跟蹤信號(hào)而使用語(yǔ)音跟蹤，這樣AC跟蹤信號(hào)可以用于調(diào)整光接收機(jī)關(guān)于接收到的光數(shù)據(jù)通信信號(hào)的方向。數(shù)據(jù)通信信號(hào)可以包括例如1548.51nm的激光等。數(shù)據(jù)通信信號(hào)并不限于單頻或特定的波長(zhǎng)或顏色，而是可以包括波譜的可見(jiàn)光以及紫外線(xiàn)或紅外線(xiàn)(IR)部分。發(fā)射機(jī)端的數(shù)據(jù)通信信號(hào)在一些音頻處部分被調(diào)制，例如在100kHz處。該100kHz的調(diào)制深度可以只是整個(gè)數(shù)據(jù)通信信號(hào)峰峰功率的5％，或其他最小值。該調(diào)制深度通常不會(huì)大幅度增加，否則通信信道的靈敏度將受到負(fù)面影響或者數(shù)據(jù)可能丟失與/或失真。
首先參考圖1中的10，表示的是描述本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)時(shí)域信號(hào)圖。圖中出現(xiàn)的光數(shù)據(jù)通信信號(hào)12具有“開(kāi)”部分14和“關(guān)”部分16，對(duì)應(yīng)于時(shí)間段。數(shù)據(jù)通信信號(hào)12可以表示例如一個(gè)二進(jìn)制脈沖序列1和0，其中1表示“開(kāi)”部分14，而0表示“關(guān)”部分16。數(shù)據(jù)通信信號(hào)12可以通過(guò)用二進(jìn)制脈沖序列幅度調(diào)制一個(gè)高頻載波產(chǎn)生。也可以使用幅移鍵控、開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)或其他調(diào)制方式，例如調(diào)頻或調(diào)相完成。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，一個(gè)低頻跟蹤或語(yǔ)音信號(hào)18直接插入數(shù)據(jù)通信信號(hào)12中。也就是，語(yǔ)音信號(hào)18用于進(jìn)一步調(diào)制數(shù)據(jù)通信信號(hào)12，從而產(chǎn)生圖1的“輪廓”。
語(yǔ)音信號(hào)18的調(diào)制深度可以變化。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，語(yǔ)音信號(hào)18以5％-10％的深度調(diào)制數(shù)據(jù)通信信號(hào)12。這樣，數(shù)據(jù)通信信號(hào)12丟失最多5％-10％的峰值信號(hào)。盡管該優(yōu)選實(shí)施例提供的是5％-10％的調(diào)制深度，但是應(yīng)該知道，可以使用更高或更低的調(diào)制深度，這將根據(jù)特定的應(yīng)用、光通信系統(tǒng)對(duì)峰值幅度變化的靈敏度及/或可容許的數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)失真量而定。此外，應(yīng)該明白，信號(hào)圖1只是示例性的，并不表示幅度、頻率、相位等的實(shí)際規(guī)模。
語(yǔ)音信號(hào)18可以在任何可以從數(shù)據(jù)通信信號(hào)12的頻率區(qū)分開(kāi)的合適低頻上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，語(yǔ)音信號(hào)18的頻率為例如1kHz-100kHz，而數(shù)據(jù)通信信號(hào)12的頻率可以在例如MHz或GHZ的范圍內(nèi)。此外，盡管為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，此處描述的語(yǔ)音信號(hào)18為正弦信號(hào)，應(yīng)該明白的是，也可以使用其他類(lèi)型的信號(hào)，例如方形波形、三角形波形等。
圖2中的20顯示的是可以發(fā)送/接收?qǐng)D1的信號(hào)框圖10表示的信號(hào)的無(wú)線(xiàn)光系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)20可以包括一個(gè)獨(dú)立的發(fā)射機(jī)22和一個(gè)接收機(jī)24，而在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)22和接收機(jī)24可以包括一個(gè)收發(fā)機(jī)單元，能夠與其他收發(fā)機(jī)單元、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或其他系統(tǒng)部件進(jìn)行通信。
從系統(tǒng)20的發(fā)射機(jī)端開(kāi)始，表示待發(fā)送數(shù)據(jù)的一個(gè)二進(jìn)制脈沖序列26被提供給一個(gè)激光驅(qū)動(dòng)單元28。激光驅(qū)動(dòng)單元28可以包括硬件、軟件、調(diào)制器、控制單元、處理器等，對(duì)激光器30的輸入和輸出進(jìn)行控制。激光驅(qū)動(dòng)單元28使用二進(jìn)制脈沖序列26對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制，這樣激光器30可以輸出圖1的數(shù)據(jù)通信信號(hào)12。
為了給數(shù)據(jù)通信信號(hào)12提供用于跟蹤的語(yǔ)音信號(hào)18，一個(gè)語(yǔ)音生成器32被耦合到激光驅(qū)動(dòng)器單元28。例如，語(yǔ)音生成器32可以提供1kHz處的語(yǔ)音信號(hào)18，這樣激光驅(qū)動(dòng)單元28可以進(jìn)一步調(diào)制數(shù)據(jù)通信信號(hào)12。最終結(jié)果是激光器30可以輸出圖1的信號(hào)圖10所表示的信號(hào)，其中二進(jìn)制脈沖序列26和語(yǔ)音生成器32產(chǎn)生的語(yǔ)音信號(hào)18對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制。
激光器30將圖1的信號(hào)框圖10所表示的調(diào)制后的激光信號(hào)通過(guò)光纖鏈路34輸出到發(fā)射機(jī)22。光纖鏈路34可以由偏振保持光纖和其他合適的用于激光器方面的商用光纖組成。發(fā)射機(jī)22可以包括一個(gè)摻鉺光纖放大器或其他合適的放大器及相關(guān)部件，它們能夠?qū)⒄{(diào)制后的激光通過(guò)自由空間發(fā)射給接收機(jī)24。
在系統(tǒng)20的接收機(jī)端，接收機(jī)24接收發(fā)射機(jī)22發(fā)送的調(diào)制激光信號(hào)，并將激光導(dǎo)向分光片36。分光片36將激光分開(kāi)，將其第一部分發(fā)送給光檢測(cè)器38，例如在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的象限單元檢測(cè)器，并將第二部分發(fā)送給通信檢測(cè)器40。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，分光片36將多數(shù)激光發(fā)送給通信檢測(cè)器40，而將少量發(fā)送給光檢測(cè)器38。如下所述，沿著處理路徑A的有關(guān)光檢測(cè)器38的電路可以執(zhí)行跟蹤，而有關(guān)通信檢測(cè)器40的電路可以執(zhí)行各種信號(hào)處理操作，從調(diào)制后的激光信號(hào)中恢復(fù)最初的二進(jìn)制脈沖序列26。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，除了沿著處理路徑A的電路執(zhí)行的跟蹤之外，可以在通信檢測(cè)器40之后，由沿著處理路徑B的電路執(zhí)行更細(xì)一層的跟蹤。
圖3是信號(hào)處理電路42的優(yōu)選實(shí)施例的框圖，信號(hào)處理單元42可以耦合到光檢測(cè)器38執(zhí)行沿著處理路徑A的有關(guān)跟蹤的處理。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)單獨(dú)的處理電路42可以耦合到光檢測(cè)器38的每個(gè)單元上，提供單獨(dú)的處理信道，而在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，處理單元42的一些部件可以被一個(gè)或多個(gè)光檢測(cè)器38的單元共享。
在操作時(shí)，光檢測(cè)器38的單元將接收到的光信號(hào)(例如調(diào)制后的激光信號(hào))轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，例如圖1的信號(hào)圖10所表示的電信號(hào)。然后產(chǎn)生的電信號(hào)可以被電路(圖中沒(méi)有顯示)解調(diào)，將調(diào)制信號(hào)的高頻部分轉(zhuǎn)化回它們的初始低頻部分(例如，將最初的語(yǔ)音信號(hào)18轉(zhuǎn)化回1kHz，類(lèi)似于將二進(jìn)制脈沖序列26從高頻載波轉(zhuǎn)化回基帶低頻)。然后，解調(diào)后的信號(hào)傳遞給低通濾波器/放大器44。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，低通濾波器/放大器44將解調(diào)信號(hào)放大并濾出高于語(yǔ)音信號(hào)18的頻率的高頻信號(hào)與噪聲。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，處理電路42不使用/不包括低通濾波器與/或放大器44。
然后，一個(gè)窄帶濾波器46(其通帶的中央頻率為語(yǔ)音信號(hào)18的頻率)用于恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)18并過(guò)濾掉其他頻率。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，只用窄帶濾波器46可以恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)18，而不使用低通濾波器/放大器44。
然后恢復(fù)的語(yǔ)音信號(hào)18被導(dǎo)向一個(gè)電路單元48。電路單元48可以決定語(yǔ)音信號(hào)18的強(qiáng)度(例如功率、幅度等)。因此，通過(guò)了解入射在光檢測(cè)器38的各個(gè)單元上的調(diào)制激光的相對(duì)強(qiáng)度(或者更詳細(xì)的講，語(yǔ)音信號(hào)18的相對(duì)強(qiáng)度)，相對(duì)發(fā)射的激光及/或相對(duì)發(fā)射機(jī)22的接收機(jī)24的方向可以確定并進(jìn)行調(diào)整(如有必要)。
為了在各個(gè)光檢測(cè)器38的單元上確定語(yǔ)音信號(hào)18的強(qiáng)度，電路單元48可以包含絕對(duì)值電路、平方律電路和其他電路，來(lái)確定語(yǔ)音信號(hào)18的幅度或功率。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電路單元48可以包括一個(gè)鎖入檢測(cè)電路。在操作時(shí)，鎖入檢測(cè)電路將正弦語(yǔ)音信號(hào)18(可以是Acosωt的形式，其中ω是角頻率)與另一個(gè)正弦信號(hào)Bcosωt(其角頻率也為ω)相乘。如果兩個(gè)正弦信號(hào)的相位相同，那么有下列數(shù)學(xué)等式成立(Acosωt)(Bcosωt)＝AB-ABsin2ωt(1).
如果兩個(gè)正弦信號(hào)的相位差為Φ，那么可以得到下列等式[Acosωt][Bcos(ωt+Φ)]＝ABcosΦ-ABcosΦsin2ωt-ABsinΦcosωtsinωt(2).
從公式(1)和(2)中可以知道，這兩個(gè)正弦信號(hào)的乘積分別產(chǎn)生AB和ABcosΦ的直流DC分量。因此，乘法與過(guò)濾耦合起來(lái)可以分離DC分量，使鎖入檢測(cè)電路獲取表示語(yǔ)音信號(hào)18的幅度的DC分量。只要在光檢測(cè)器38中獲取并比較各個(gè)單元的語(yǔ)音信號(hào)18的強(qiáng)度，那么接收機(jī)24的對(duì)準(zhǔn)就可以確定并調(diào)整，方便跟蹤與接收。
電路42可以包括一個(gè)模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器50，將表示語(yǔ)音信號(hào)18幅度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。然后數(shù)字信號(hào)在必要時(shí)可以被控制電路52處理，改變接收機(jī)24的位置，便于光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。
圖4顯示的是可以耦合到通信檢測(cè)器40的信號(hào)處理電路54的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，信號(hào)處理電路54執(zhí)行沿處理路徑B的更細(xì)一級(jí)的有關(guān)跟蹤的處理，作為上述沿處理路徑A的有關(guān)跟蹤的處理的補(bǔ)充。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，有關(guān)跟蹤的處理只沿著處理路徑A執(zhí)行，而不必執(zhí)行沿處理路徑B的有關(guān)跟蹤的處理。
處理電路54包括數(shù)據(jù)通信電路56和其他電路，用來(lái)從調(diào)制后的激光中恢復(fù)并/或處理數(shù)據(jù)(例如二進(jìn)制脈沖序列26)。與它們?cè)趫D3中的處理電路42中的相應(yīng)部件類(lèi)似，圖4的處理電路54包括一個(gè)低通濾波器/放大器58，窄帶濾波器60、電路單元62，A/D轉(zhuǎn)換器64以及控制電路66。與電路單元48一樣，電路單元62可以使用一個(gè)鎖入檢測(cè)電路或整流器、絕對(duì)值電路等，確定語(yǔ)音信號(hào)18的幅度或功率。A/D轉(zhuǎn)換器64將表示該幅度/功率的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)提供給控制電路66。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中控制電路66可以與圖3的控制電路52相同，在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以是不同的電路。
在操作中，電路42的控制電路52可以首先觸發(fā)接收機(jī)24的基本對(duì)準(zhǔn)調(diào)整，這是根據(jù)光檢測(cè)器28的各個(gè)單元上檢測(cè)的語(yǔ)音信號(hào)18的相對(duì)幅度/功率進(jìn)行的。然后，電路54的控制電路66可以觸發(fā)更細(xì)的對(duì)準(zhǔn)調(diào)整，這是根據(jù)通信檢測(cè)器40接收并由處理電路54處理的一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)18的強(qiáng)度進(jìn)行的。例如，控制電路66可以與硬件和軟件一起工作，將語(yǔ)音信號(hào)18的功率/幅度的確定值與存儲(chǔ)在參照表中的值進(jìn)行相關(guān)，參照表中的值表示接收機(jī)24用于光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的遞增值/遞減值。
如上所述，光檢測(cè)器38接收調(diào)制后的帶有語(yǔ)音信號(hào)18的激光。調(diào)整深度可以改動(dòng)，而且，輸入信號(hào)功率可以根據(jù)自由空間光環(huán)境中的大氣衰減及其他元素在一段大范圍內(nèi)變動(dòng)。圖5是闡述此問(wèn)題的一個(gè)可調(diào)整控制增益(AGC)電路92的框圖90。使用AGC電路92，可以為光接收系統(tǒng)提供大的動(dòng)態(tài)范圍，適用于語(yǔ)音信號(hào)18與/或激光大幅度衰減的情況。
一個(gè)單獨(dú)的AGC電路92可以耦合到光檢測(cè)器38的各個(gè)單元的下方。在操作時(shí)，光檢測(cè)器38的各個(gè)單元檢測(cè)/接收語(yǔ)音信號(hào)91，語(yǔ)音信號(hào)91可能有噪聲和DC分量。光檢測(cè)器38將語(yǔ)音信號(hào)91從光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電語(yǔ)音信號(hào)93。電語(yǔ)音信號(hào)93可以包括噪聲，可以相對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)91進(jìn)行放大并且去除DC分量。然后此電語(yǔ)音信號(hào)93可以輸入AGC放大器94。
AGC放大器94將電語(yǔ)音信號(hào)93放大，獲取放大的電語(yǔ)音信號(hào)95，這可以包括噪聲。AGC放大器94將放大的語(yǔ)音信號(hào)95輸出給峰值檢測(cè)器96。峰值檢測(cè)器96檢測(cè)放大的語(yǔ)音信號(hào)95的幅度并根據(jù)此檢測(cè)的幅度觸發(fā)AGC放大器94的增益調(diào)整。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，AGC放大器94可以通過(guò)調(diào)整其增益進(jìn)行控制，保證其最大輸出值小于它能夠輸出的最大值。這保證接收機(jī)系統(tǒng)在噪聲電平很高時(shí)也不會(huì)丟失信號(hào)信息。
AGC放大器94也將放大的語(yǔ)音信號(hào)95輸出給相位/頻率鎖定乘法濾波器98。乘法濾波器98提取出放大的語(yǔ)音信號(hào)95并將其與一個(gè)基本干凈而相位鎖定的正弦信號(hào)99相乘，正弦信號(hào)99的頻率相同并有本地的振蕩器100產(chǎn)生。而相乘的結(jié)果是，噪聲被去除，而“干凈”的信號(hào)101從乘法濾波器98輸出。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，信號(hào)101可以是一個(gè)絕對(duì)值正弦信號(hào)。
信號(hào)101輸入到一個(gè)電路單元，如整流器102或其他類(lèi)似電路，來(lái)獲取一個(gè)主要是DC的信號(hào)103，其信號(hào)電平表示光檢測(cè)器38處的接收語(yǔ)音信號(hào)91的強(qiáng)度。然后控制電路52使用的DC信號(hào)103的電平通過(guò)比較對(duì)應(yīng)與光檢測(cè)器38的各個(gè)單元的各個(gè)DC信號(hào)103的電平來(lái)執(zhí)行跟蹤控制。
在AGC電路92的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，AGC放大器94將放大的語(yǔ)音信號(hào)95輸出給窄帶帶通濾波器(而不是輸出給乘法濾波器98)，其帶通濾波器的通帶中心頻率為放大的語(yǔ)音信號(hào)95的頻率。在此優(yōu)選實(shí)施例中，沒(méi)有使用本地振蕩器100與相位鎖定正弦信號(hào)99。帶通濾波器從放大的語(yǔ)音信號(hào)95中過(guò)濾出噪聲并輸出信號(hào)101，在這種情況中它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)(而不是一個(gè)絕對(duì)值正弦信號(hào))。然后正弦信號(hào)101將提供給整流器102中，用于依據(jù)上述方法進(jìn)行進(jìn)一步處理。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本地振蕩器100可以為對(duì)應(yīng)耦合到光檢測(cè)器38的各個(gè)單元的各個(gè)AGC電路92所公用。此外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，增益控制電路(例如，峰值檢測(cè)器96或其他電路)可以使用各個(gè)光檢測(cè)器38的各個(gè)單元獲取的信息(例如各個(gè)DC信號(hào)103的電平)設(shè)置各個(gè)AGC放大器94的增益，令增益電平的設(shè)置可以產(chǎn)生接收語(yǔ)音信號(hào)91最強(qiáng)單元上的最大信號(hào)電平。應(yīng)該說(shuō)明的是在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所有的AGC放大器94將有相同的增益，這樣從各個(gè)AGC放大器94的輸出得到的DC信號(hào)103的不同電平可以進(jìn)行相互比較。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，AGC放大器94能夠把電信號(hào)93在0dB(x1)和+96dB(x63000)之間放大。這樣，AGC放大器94的增益有一個(gè)寬動(dòng)態(tài)范圍。如果沒(méi)有AGC電路92，接收機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍要小一些，可以約為42dB(x200)。
總之，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例用數(shù)據(jù)信號(hào)和跟蹤信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行有利的調(diào)制。由于跟蹤信號(hào)的調(diào)制深度與峰峰幅度或調(diào)制/未調(diào)制的載波功率相比較小，因此與數(shù)據(jù)信號(hào)相關(guān)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失或失真。此外，由于跟蹤信號(hào)(例如語(yǔ)音信號(hào)18)與數(shù)據(jù)信號(hào)在同一個(gè)載波上傳輸，因此不需要另一個(gè)載波上的單獨(dú)跟蹤信號(hào)。跟蹤信號(hào)的AC特性比其他基于DC的系統(tǒng)要有優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)樗诤艽蟪潭壬喜皇芴?yáng)光閃爍影響。上述處理電路42和54的優(yōu)選實(shí)施例提供很強(qiáng)的靈敏度性能并且可以同時(shí)使噪聲影響最小化。
本發(fā)明上述優(yōu)選實(shí)施例的描述，包括摘要中的描述，都不是完全或限定本發(fā)明的形式的。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，這里描述的本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例或例子僅作為示例，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。
可以依據(jù)上述描述對(duì)本發(fā)明進(jìn)行這些修改。在權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)將本發(fā)明限定在本文本及權(quán)利要求的特定優(yōu)選實(shí)施例上。本發(fā)明的適用范圍完全由權(quán)利要求限定，而權(quán)利要求是根據(jù)現(xiàn)有的權(quán)利要求的規(guī)則制定的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括用數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制一個(gè)光信號(hào)；用一個(gè)跟蹤信號(hào)調(diào)制光信號(hào)，該跟蹤信號(hào)的調(diào)制深度基本小于光信號(hào)的峰峰幅度；發(fā)射并接收數(shù)據(jù)信號(hào)及跟蹤信號(hào)調(diào)制的光信號(hào)；以及從接收的調(diào)制光信號(hào)中恢復(fù)跟蹤信號(hào)并使用跟蹤信號(hào)確定關(guān)于接收到的調(diào)制光信號(hào)的接收機(jī)的方向。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中跟蹤信號(hào)包括一個(gè)基本上為正弦的信號(hào)，其頻率比數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率要小很多。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用跟蹤信號(hào)調(diào)制光信號(hào)包括為跟蹤信號(hào)提供的調(diào)制深度在光信號(hào)的峰峰幅度的5％到10％之間。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從接收的光信號(hào)恢復(fù)跟蹤信號(hào)包括使用一個(gè)濾波器，該濾波器的通帶范圍包括跟蹤信號(hào)的一個(gè)頻率。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括使用一個(gè)鎖入檢測(cè)電路獲取一個(gè)表示跟蹤信號(hào)幅度的直流值。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括使用整流器電路、絕對(duì)值電路和平方律電路之一來(lái)獲取表示跟蹤信號(hào)強(qiáng)度的值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將接收的光信號(hào)分為第一部分和第二部分；從第一部分恢復(fù)跟蹤信號(hào)，觸發(fā)第一個(gè)跟蹤調(diào)整；以及從第二部分恢復(fù)跟蹤信號(hào)，觸發(fā)第二個(gè)跟蹤調(diào)整。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將跟蹤信號(hào)從光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；將電信號(hào)導(dǎo)向放大器電路；以及可調(diào)整地控制放大器電路的增益，來(lái)獲取表示電信號(hào)幅度的值并使用該值調(diào)整關(guān)于接收到的調(diào)制光信號(hào)的接收機(jī)的方向。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括從接收的調(diào)制光信號(hào)中恢復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)。
10.一個(gè)光信號(hào)，包括一個(gè)載波信號(hào)，同時(shí)被數(shù)據(jù)信號(hào)和跟蹤信號(hào)調(diào)制，跟蹤信號(hào)的頻率比載波信號(hào)的頻率小很多，跟蹤信號(hào)的調(diào)制深度比載波信號(hào)的峰峰幅度小很多，跟蹤信號(hào)可用于確定能夠接收調(diào)制的載波信號(hào)的接收機(jī)關(guān)于調(diào)制的載波信號(hào)的的方向。
11.如權(quán)利要求10所述的光信號(hào)，其中跟蹤信號(hào)包括一個(gè)基本上為正弦的信號(hào)。
12.如權(quán)利要求10所述的光信號(hào)，其中載波信號(hào)是跟蹤信號(hào)調(diào)制的幅度。
13.如權(quán)利要求10所述的光信號(hào)，其中載波信號(hào)是數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制的幅度。
14.如權(quán)利要求10所述的光信號(hào)，其中跟蹤信號(hào)的調(diào)制深度是載波信號(hào)峰峰幅度的5％到10％之間。
15.一種設(shè)備，包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，用于接收數(shù)據(jù)信號(hào)和跟蹤信號(hào)，并用數(shù)據(jù)和跟蹤信號(hào)調(diào)制光信號(hào)；以及一個(gè)發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射數(shù)據(jù)和跟蹤信號(hào)調(diào)制的光信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)激光器，耦合到并響應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元，產(chǎn)生數(shù)據(jù)和跟蹤信號(hào)調(diào)制的光信號(hào)。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，耦合到驅(qū)動(dòng)單元上，用于產(chǎn)生跟蹤信號(hào)。
18.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中發(fā)射機(jī)包括一個(gè)摻鉺光纖放大器。
19.一種設(shè)備，包括一個(gè)接收機(jī)，用于接收數(shù)據(jù)信號(hào)和跟蹤信號(hào)調(diào)制的光信號(hào)；一個(gè)光檢測(cè)器，用于提供一個(gè)表示接收到的光信號(hào)的電信號(hào)；以及一個(gè)處理電路，耦合到光檢測(cè)器，用于從電信號(hào)中恢復(fù)跟蹤信號(hào)并根據(jù)恢復(fù)的跟蹤信號(hào)確定關(guān)于接收到的光信號(hào)的接收機(jī)方向。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中處理電路包括一個(gè)鎖入檢測(cè)電路，用于獲取一個(gè)表示跟蹤信號(hào)幅度的直流值。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中處理單元包括一個(gè)整流器電路或一個(gè)絕對(duì)值電路或一個(gè)平方律電路，獲取一個(gè)表示跟蹤信號(hào)強(qiáng)度的值。
22.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)光耦合到接收機(jī)的分光片，將接收光信號(hào)分成第一部分和第二部分，并將第一部分導(dǎo)向光檢測(cè)器。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中耦合的分光片可以將第二部分導(dǎo)向通信檢測(cè)器。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括另一個(gè)耦合到通信檢測(cè)器的處理電路，用于恢復(fù)跟蹤信號(hào)并觸發(fā)根據(jù)恢復(fù)的跟蹤信號(hào)進(jìn)行的跟蹤調(diào)整，此外，耦合到光檢測(cè)器的處理電路觸發(fā)另一個(gè)跟蹤調(diào)整。
25.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中處理電路進(jìn)一步包括一個(gè)控制電路，用于根據(jù)恢復(fù)的跟蹤信號(hào)調(diào)整接收機(jī)關(guān)于接收的光信號(hào)的方向。
26.一個(gè)系統(tǒng)，包括一個(gè)發(fā)射機(jī)單元，擁有一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，用于用數(shù)據(jù)信號(hào)和跟蹤信號(hào)調(diào)制光信號(hào)；以及一個(gè)發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)和跟蹤信號(hào)調(diào)制的光信號(hào)；以及一個(gè)接收機(jī)單元，擁有一個(gè)接收機(jī)，用于接收數(shù)據(jù)信號(hào)和跟蹤信號(hào)調(diào)制的發(fā)送光信號(hào)；一個(gè)光檢測(cè)器，用于提供表示接收的光信號(hào)的電信號(hào)；以及一個(gè)耦合到光檢測(cè)器的處理電路，用于從電信號(hào)中恢復(fù)跟蹤信號(hào)并根據(jù)恢復(fù)的跟蹤信號(hào)確定接收機(jī)關(guān)于接收的光信號(hào)的方向。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中處理電路包括一個(gè)鎖入檢測(cè)電路，用于獲取表示跟蹤信號(hào)幅度的直流值。
28.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)光耦合到接收機(jī)的分光片，用于將接收的光信號(hào)分成第一部分和第二部分，并將第一部分導(dǎo)入光檢測(cè)器。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括另一個(gè)耦合到通信檢測(cè)器的處理電路，用于從第一部分恢復(fù)跟蹤信號(hào)并觸發(fā)根據(jù)恢復(fù)的跟蹤信號(hào)進(jìn)行的跟蹤調(diào)整，此外，耦合到光檢測(cè)器的處理電路觸發(fā)另一個(gè)跟蹤調(diào)整。
30.一種設(shè)備，包括一個(gè)發(fā)射機(jī)單元，用于產(chǎn)生并發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)和第一個(gè)跟蹤信號(hào)調(diào)制的第一個(gè)光信號(hào)；以及一個(gè)接收機(jī)單元，用于接收第二個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)和第二個(gè)跟蹤信號(hào)調(diào)制的第二個(gè)光信號(hào)，接收機(jī)單元有一個(gè)處理電路用于從接收的第二個(gè)光信號(hào)中恢復(fù)第二個(gè)跟蹤信號(hào)并確定接收機(jī)單元關(guān)于接收的第二個(gè)光信號(hào)的方向。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中處理電路包括一個(gè)鎖入檢測(cè)電路，用于獲取表示第二個(gè)跟蹤信號(hào)幅度的直流值。
32.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中接收機(jī)單元包括一個(gè)分光片，用于將接收的第二個(gè)光信號(hào)分成第一部分和第二部分，并將第一部分導(dǎo)入光檢測(cè)器。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中接收機(jī)單元進(jìn)一步包括另一個(gè)耦合到通信檢測(cè)器的處理電路，將第二個(gè)跟蹤信號(hào)從第二部分中恢復(fù)出來(lái)，并觸發(fā)根據(jù)恢復(fù)的第二個(gè)跟蹤信號(hào)進(jìn)行的跟蹤調(diào)整，此外，耦合到光檢測(cè)器的處理電路觸發(fā)另一個(gè)跟蹤調(diào)整。
34.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中接收機(jī)單元包括一個(gè)光檢測(cè)器，將接收的第二個(gè)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，處理電路包括一個(gè)可調(diào)增益放大器，用于放大電信號(hào)；一個(gè)耦合到放大器的乘法濾波器，用于接收放大的電信號(hào)并將放大的電信號(hào)與本地的振蕩器信號(hào)相乘；一個(gè)耦合到乘法濾波器的電路單元，用于從乘法濾波器中獲取表示被乘信號(hào)幅度的值；以及一個(gè)耦合到放大器的控制單元，用于根據(jù)電路單元獲取的值，可調(diào)地控制放大器的增益。
全文摘要
一個(gè)發(fā)送的光信號(hào)，例如激光，被數(shù)據(jù)信號(hào)(12)與跟蹤信號(hào)(18)調(diào)制。跟蹤信號(hào)(18)的調(diào)制深度比光信號(hào)的峰峰幅度基本要小。在接收時(shí)，跟蹤信號(hào)從調(diào)制后的光信號(hào)中恢復(fù)出來(lái)，并用于確定接收機(jī)(24)相對(duì)于所發(fā)射的光信號(hào)的方向。
文檔編號(hào)H04B10/10GK1466827SQ01816417
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月28日
發(fā)明者J·C·亞當(dāng)斯, M·普拉特, M·J·巴克萊, J C 亞當(dāng)斯, 巴克萊 申請(qǐng)人:特拉比姆公司