[发明专利]光接收机面阵传感器的信号输出方法

说明书

技术领域

本发明属于光无线通信领域，特别涉及一种具有成像光学系统和面阵光电传感器的光接收机的一种信号输出方法。

背景技术

光通信系统从信道角度看可以分为有线通信和无线通信两类。光有线通信目前的主要技术是光纤通信，已经成为传输网中的骨干技术。光无线通信系统从所用发射光的特性上讲，目前主要有激光通信和红外通信两种。激光通信一般用于较远距离的点对点通信中，红外通信的主要技术之一是用于便携设备近距数据交换的IrDA(国际红外数据协会)标准。

一般的光通信系统接收机主要由光学系统、光电探测器和信号处理电路组成。光学系统收集、过滤空间的光信号，使其聚焦在光电探测器上；光电探测器将光信号转换为电信号输出到信号处理电路；信号处理电路进行相应的放大、滤波、检测、解调、解码等最终输出数据。在这样的光通信系统中通常是一个发射光源对应一个光电探测器，即使是复用了多路信号的光纤通信系统最终在接收端解复用后，空间上也是一个探测器对应一路光信号。通信所用的光电接收机一般采用直接检测模式，即不考虑光信号的相位信息，而只考虑光信号的能量信息，探测器的输出是连续的模拟电信号，信号的形式取决于发射光的调制形式。如果是脉冲光，则输出也是脉冲的电信号。

可见光通信是继激光、红外之后的一种新兴通信技术。随着照明LED产业的快速发展，利用照明LED实现可见光通信将成为现行通信系统的一种补充或者替代，特别是在室内短距高速无线通信应用上。可见光通信系统的实现原理和基本构成与激光、红外通信系统类似。应用于室内的无线通信设备通常是便携设备，如笔记本电脑、移动电话、音视频播放器、数码照相机、游戏机等。而将这些设备通过光通信接入到通信网络的一种简便方法是利用其自身携带的光电成像系统实现对可见光通信信号的接收，如笔记本电脑和手机上的摄像头。最可能的应用情形之一是利用LED阵列发送多路光信号，通过各个便携设备的成像光学系统在其图像传感器上形成这些LED的像，不同的探测像元对应着不同的LED。如果这些探测像元能够独立检测、输出对应的LED光信号，那么就可以实现多路或者多址光通信。

单元的光电探测器实现连续的光电转换，对应的输出是连续的模拟信号，其后的处理电路通常是放大、滤波等。面阵的探测器，如果不是规模很大，比如只有32×32像元，那么可以独立对待每一像元的输出，每一探测像元及其后续电路构成独立的输出通道。对32×32面阵探测器应该有1024个独立的并行连续输出通道。这对现代集成电路技术来说实现起来并非是十分困难。

但是现行图像传感器(包括将来的面阵传感器)，无论是CCD的还是CMOS的，如SONY的ICX418AKL(彩色摄像机用8mm CCD图像传感器)和KODAK的KAI-0330(648×484 CCD图像传感器)、KAC-9628(648×488 CMOS图像传感器)，都是面阵光电探测器与输出取样/处理电路的集成，其输出是探测器某一时刻的取样值，而不是连续输出。

一般CCD图像传感器采用的输出方式是在同一时刻将所有探测象元的响应信号转移到与列象元间隔设置的纵向CCD线阵上存储起来，然后再将每个纵向CCD上的信号逐一转移到一个横向CCD线阵上，每次相当于一行信号，横向CCD再在时钟驱动下逐一串行输出。CMOS图像传感器的输出方式与CCD图像传感器类似，只是CMOS列信号的输出并非是同一时刻的值，而是逐行扫描后输出或者逐元扫描后输出。

CCD和CMOS图像传感器的取样输出是离散的模拟信号，而非连续的模拟信号。离散的模拟信号在随后进行的相关双采样(CDS)模数变换后，再变为数字信号。之所以采用取样输出的方式，一方面是因为面阵像元数量的规模太大，在集成电路里很难规划数百万甚至上千万并行的处理与输出通道；另一个方面作为图像或者视频应用，并不需要太高的输出频率，存储起来再串行输出或者扫描输出已经能够满足使用要求。

然而，如果使用类似的图像传感器作为多路光接收机的探测器件，那么除了常规光电探测涉及的探测灵敏度、响应时间、响应频带等参数外，将存在两个问题：一个是输出象元的选择问题；一个是输出采样与接收光的同步问题。

当使用图像传感器探测光通信信号时，响应的像元并不是所有的像元，而可能仅仅是部分象元，这与发送光源和光接收机的相对位置有关。那么如何屏蔽其他无关象元对环境光的响应信号，而只输出有效的通信信号，对提高数据传输速率，减少冗余信号有很大影响。特别是仍旧采用取样输出的方式时，如果能够对输出象元进行选择，那么在同样的输出时钟驱动下，针对部分象元的输出速率将急剧提高。