[发明专利]一种大功率自由空间光通信系统高速可拓展编码器

说明书

本发明专利设计了一种大功率自由空间光通信系统高速可拓展编码器。所述编码器由以太网输入接口单元、解码单元、编码模式可配置单元、TTL高速信号驱动输出单元、高速光电转换隔离单元、大功率恒流驱动单元组成。其特点在于，数据流从以太网网络接口接入，经过模块解包，使用拨码开关选择极化码编码、曼彻斯特编码等编码方式，进行高速数据编码输出高速TTL驱动信号，通过高速光电转换隔离单元驱动大功率恒流单元，输出多组恒定大电流，控制外接光源电路长时间稳定工作。本发明具有高速传输、工作稳定、驱动功率大、可自由拓展等特点，不仅能够提供高速稳定的光源驱动，而且能够通过多片编码器连接交换机进行拓展组装，来驱动不同规模的外接光源电路。

技术领域

本申请涉及自由空间光通信方面，具体设计一种大功率自由空间光通信系统高速可拓展编码器用于驱动发射端光源电路。

背景技术

自由空间光通信是以光波作为信号的传输载体，以自由空间(包括真空与大气)作为信息传播介质的一种新型通信技术，可实现空间中单点对单点、单点对多点以及多点间的互联通信。这种技术兼具了光通信与无线通信的特点，因此又称为无线光通信。与传统的微波通信技术相比较，自由空间光通信技术具有调制速率高、频带宽、不占用频谱资源等优势，并且使用的光源具有更好的指向性，有利于信息保密。与光纤通信技术相比，自由空间光通信无需铺设专用光纤，因此其成本更低、便于建设、易于推广等优势，也弥补了光纤通信技术所遗留下的“最后一公里”的问题。自由光通信使用的光源具有更好的指向性，因此其还具有良好的保密性、定向性，信息不容易泄漏、拦截；且其具有一定的扩容性，便于设备升级。但是在实际应用中，自由空间光通信系统由于对大气比较敏感，在复杂环境中容易受到干扰，因此解决干扰是此技术在实际应用中需要关注的重点问题。

我国相比国外来说，在自由空间光通信技术的研究上发展比较晚。自90年代开始，国内对于此技术的研究才逐步展开。在几十年的发展过程中，自由空间光通信技术对于传输速率、传输距离、传输可靠性等几个方面不断地进行突破。目前，自由空间光通信技术不仅仅在民用领域中具有重大价值，在军事领域上更是具有至关重要的作用，已经在局域网互联、城域网扩展、宽带网零公里接入、无线基站数据回传等方面具有广泛的应用。当电磁静默时，自由空间光通信技术更可以作为战场通信的重要保障。因此自由空间光通信技术具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。

自由空间光通信系统主要由发射端和接收端两部分组成。发射端的基本流程为：操作人员在发射端输入需要传输的信号，经过编码、信号转换等过程，使得光源发出相对应的光信号，由接收端接收。在这个过程中，即要求发射端的光源在工作时具有高速、稳定、大功率等特点，需要选择并设计合适的发射端的驱动方案和编码方案。

激光器具有单色性好、方向性强、光亮度高、色彩好、能耗低、体积小等优点，是激光通信中常用的光源选择。而当光源规模较大时，考虑到其成本较高的因素，我们可以选用性能相当、成本更低的发光二极管(LED)来作为光源。与激光器相比，发光二极管(LED)具有更低的成本、更长的使用寿命和更好的安全性，因此对自由空间光通信系统发射端光源来说，发光二极管(LED)是一个很好的选择。但发光二极管(LED)的主要问题在于，LED在发光时易受温度影响，其温度会随着发光时间的延长而逐渐升高，这会导致LED的阻抗逐渐减小，工作稳定性变弱，工作寿命缩短。因此在驱动方案中，选择发光二极管(LED)作为光源，需要充分考虑到光源的工作寿命，设计既工作稳定，又具有大功率特性的驱动电路。

曼彻斯特编码是以太网中的一种常用编码方式，通过电平的高低转换来表示“0”与“1”。在数据传输过程中，每一个比特中间必有一次电平跳变，该电平跳变既可作为时钟信号，又可作为数据信号，因此可实现自同步编码方式，无需发出单独的同步信号。但编码后的信号序列频率变成原来的二倍，数据传输速率只有原速率的一半。