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光通信系统、发射装置及接收装置
申请号	CN201210398697.3	申请日	2012-10-19	公开(公告)号	CN103684586B	公开(公告)日	2016-03-23
申请人	财团法人工业技术研究院;			发明人	陈仁智; 萧昌龙; 林俊全; 戴在霖; 钟隆斌; 陈秀香;
摘要	本发明为一种光通信系统、发射装置及接收装置。该光通信系统包括发射装置以及接收装置。该发射装置具有第一处理单元与发光组件，该第一处理单元用于产生传送信号，该发光组件用于产生承载该传送信号的光。该接收装置具有第一可变透镜、感光组件与第二处理单元，该第一可变透镜用于改变该光的行进路径，该感光组件用于感测通过该第一可变透镜的光而产生接收信号，该第二处理单元依据该接收信号的信号品质对应控制该第一可变透镜，以改变该传送信号至该接收信号间的等效信道。借此，本发明可增强该光通信系统的传输能力。
权利要求	1.一种光通信系统，其特征在于，包括：发射装置，其具有第一处理单元与发光组件，该第一处理单元用于产生传送信号，而该发光组件用于产生承载该传送信号的光；以及接收装置，其具有第一可变透镜、感光组件与第二处理单元，该第一可变透镜用于接收该发射装置产生的光以改变该光的行进路径，该感光组件用于感测通过该第一可变透镜的光而产生接收信号，该第二处理单元用于依据该接收信号的信号品质对应控制该第一可变透镜，且该第二处理单元提供反馈信号予该发射装置，以供该发射装置依据该反馈信号改变该光的行进路径，进而改变该传送信号至该接收信号间的等效信道。 2.根据权利要求1所述的光通信系统，其特征在于，该第二处理单元用于依据该接收信号的信号品质产生第一控制信号，以利用该第一控制信号对应控制该第一可变透镜的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、折射率或该第一可变透镜与该感光组件的间距，进而改变该光的行进路径而改变该等效信道。 3.根据权利要求1所述的光通信系统，其特征在于，该发射装置还具有第二可变透镜，该第一处理单元用于依据该第二处理单元的反馈信号产生第二控制信号，以利用该第二控制信号对应控制该第二可变透镜的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、折射率或该第二可变透镜与该发光组件的间距，进而改变该光的行进路径而改变该等效信道。 4.根据权利要求3所述的光通信系统，其特征在于，该第一可变透镜或该第二可变透镜为液态透镜、基于微机电的可变微透镜、或基于锆钛酸铅压电材料的可变透镜。 5.根据权利要求1所述的光通信系统，其特征在于，该信号品质包括接收信号强度指针、信号对干扰加噪声比、位错误率、帧错误率或矩阵的秩，该反馈信号包括信号品质信息、方向信息、信道信息、预编码信息或矩阵的秩信息。 6.根据权利要求1所述的光通信系统，其特征在于，该系统为单输入单输出的系统或多输入多输出的系统。 7.一种发射装置，其特征在于，包括：处理单元，其用于产生传送信号；发光组件，其用于产生承载该传送信号的光；以及可变透镜，其用于改变该光的行进路径，以使外部的接收装置接收通过该可变透镜的光而产生接收信号，其中，该处理单元依据来自该接收装置的反馈信号而产生控制信号，以利用该控制信号对应控制该可变透镜而改变该光的行进路径，进而改变该传送信号至该接收信号间的等效信道。 8.根据权利要求7所述的发射装置，其特征在于，该处理单元用于利用该控制信号控制该可变透镜的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、折射率或该可变透镜与该发光组件的间距，以改变该光的行进路径而改变该等效信道。 9.一种接收装置，其特征在于，包括：可变透镜，其用于改变外部的发射装置所发射的光的行进路径，该光承载有该发射装置所产生的传送信号；感光组件，其用于感测通过该可变透镜的光而产生接收信号；以及处理单元，其依据该接收信号的信号品质产生控制信号，以利用该控制信号对应控制该可变透镜，且该处理单元提供反馈信号予该发射装置，以供该发射装置依据该反馈信号改变该光的行进路径，进而改变该传送信号至该接收信号间的等效信道。 10.根据权利要求9所述的接收装置，其特征在于，该处理单元用于利用该控制信号控制该可变透镜的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、折射率或该可变透镜与该感光组件的间距，以改变该光的行进路径而改变该等效信道。
说明书全文	光通信系统、发射装置及接收装置技术领域 [0001] 本发明涉及一种光通信技术，特别是有关于一种光通信系统、发射装置及接收装置。背景技术 [0002] 在光通信系统及射频通信系统中，光的特性与射频的特性相当不同。在射频通信系统中，可利用「天线」的设计、选择或预编码的技术来改变等效信道，借以提升射频通信系统的传输能力。这样的设计概念在光通信系统中并未被开发，但射频通信的「天线」则可模拟成光通信的「透镜」，因透镜可作为光的传输媒介。 [0003] 在光通信系统中，发光二极管(LED)占有相当重要的地位。近年来发光二极管在效能及亮度上有很大的改善，也逐步地取代传统的光源，如荧光灯和白炽灯。同时，由于发光二极管的反应速度快，不仅可以应用于照明上，也可应用于数据传输上。 [0004] 在数据传输方面，光通信系统的发送装置与接收装置分别用于发射及接收信号。具体而言，该发送装置可利用发光二极管所发射光以承载信号，该接收装置则利用定焦透镜(fix-focus lens)搭配光二极管(photo-diode)或光侦测器(photo-detector)，以接收该发光二极管所发射的光，再自所接收的光中译码出该些信号。 [0005] 然而，在上述现有技术中，该接收装置(如移动通信装置)可于空间中自由地移动，但该定焦透镜却仅能提供固定的焦距及轴向，而无法随着该接收装置的移动而改变，使得该发送装置所发射的光只能散射或低光密度地聚焦于该发光二极管或该光侦测器上，以致该接收装置所接收的信号的品质不佳，造成该光通信系统的传输能力低下。 [0006] 因此，如何解决上述现有技术的缺失，遂成为本领域技术人员的重要课题。发明内容 [0007] 鉴于上述现有技术的种种缺失，本发明的主要目的在于提出一种光通信系统、发射装置及接收装置，可增强该光通信系统的传输能力。 [0008] 本发明提供一种光通信系统、发射装置及接收装置。借由将可变透镜(variable lens)设置于接收装置或发射装置上，当接收装置于空间中移动时，可变透镜可随之改变焦距或轴向而改变光的行进路径，并快速、连续、精准或高光密度地聚焦光于感光组件上，以改善接收信号的信号品质。同时，可依据接收信号的信号品质控制接收装置的可变透镜，或依据接收装置的反馈信号控制发射装置的可变透镜，以改变传送信号至接收信号间的等效信道(equivalent channel)，进而增强光通信系统的传输能力。 [0009] 本发明提出一种光通信系统，其包括发射装置以及接收装置。该发射装置具有第一处理单元与发光组件，该第一处理单元用于产生传送信号，该发光组件用于产生承载该传送信号的光。该接收装置具有第一可变透镜、感光组件与第二处理单元，该第一可变透镜用于接收该发光组件产生的光以改变该光的行进路径，该感光组件用于感测通过该第一可变透镜的光而产生接收信号，该第二处理单元用于依据该接收信号的信号品质对应控制该第一可变透镜，以改变该传送信号至该接收信号间的等效信道。 [0010] 本发明另提出一种发射装置，其包括处理单元、发光组件以及可变透镜。该处理单元用于产生传送信号。该发光组件用于产生承载该传送信号的光。该可变透镜用于改变该光的行进路径，使外部的接收装置接收通过该可变透镜的光而产生接收信号。该处理单元用于依据来自该接收装置的反馈信号而产生控制信号，以利用该控制信号对应控制该可变透镜而改变该光的行进路径，进而改变该传送信号至该接收信号间的等效信道。 [0011] 本发明再提出一种接收装置，其包括可变透镜、感光组件以及处理单元。该可变透镜用于改变外部的发射装置所发射的光的行进路径，该光承载有该发射装置所产生的传送信号。该感光组件用于感测通过该可变透镜的光而产生接收信号。该处理单元用于依据该接收信号的信号品质产生控制信号，以利用该控制信号对应控制该可变透镜而改变该光的行进路径，进而改变该传送信号至该接收信号间的等效信道。附图说明 [0012] 图1用于绘示本发明的单输入单输出(SISO)的光通信系统且其接收装置具有可变透镜的方块示意图。 [0013] 图2用于绘示本发明的单输入单输出(SISO)的光通信系统且其发射装置及接收装置均具有可变透镜的方块示意图。 [0014] 图3用于绘示本发明的多输入多输出(MIMO)的光通信系统且其接收装置具有可变透镜的方块示意图。 [0015] 图4用于绘示本发明的多输入多输出(MIMO)的光通信系统且其发射装置及接收装置均具有可变透镜的方块示意图。 [0016] 主要组件符号说明 [0017] 100、200-光通信系统； [0018] 110、210-发射装置； [0019] 111、211-第一处理单元； [0020] 112、212-发光组件； [0021] 113、213-第二可变透镜； [0022] 120、220-接收装置； [0023] 121、221-第一可变透镜； [0024] 122、222-感光组件； [0025] 123、223-第二处理单元； [0026] 130、230-传送信号； [0027] 131、231-光； [0028] 132、232-接收信号； [0029] 133、233-第一控制信号； [0030] 134、234-反馈信号； [0031] 135、235-第二控制信号； [0032] 140、141、240、241-平台。具体实施方式 [0033] 以下借由特定的具体实施形态说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效，也可借由其它不同的具体实施形态加以施行或应用。 [0034] 图1用于绘示本发明的单输入单输出(Single Input Single Output，SISO)的光通信系统的方块示意图，其中，接收装置具有可变透镜。 [0035] 如图所示，光通信系统100为单输入单输出(SISO)的系统，也就是该光通信系统100的发射装置110仅具有单一发光组件112，而接收装置120仅具有单一感光组件122，但本发明不以此为限。在其它实施例中，该光通信系统100也可为多输入多输出(Multi Input Multi Output，MIMO)、单输入多输出(SIMO)或多输入单输出(MISO)的系统。 [0036] 该光通信系统100可应用于无线通信系统或照明系统上，并包括一发射装置110以及一接收装置120。 [0037] 该发射装置110具有一第一处理单元111与一发光组件112。该第一处理单元111用于产生一传送信号130，该发光组件112可设置于一平台140或平面上，并用于产生承载该传送信号130的光131。 [0038] 上述的发射装置110可为发射器、发送模块、无线通信装置或照明装置等，该第一处理单元111可为处理器、控制器、编码器或转换器等，该发光组件112可为发光二极管、激光或红外线等，该传送信号130可为数字信号或模拟信号，该光131可为不同波长的可见光或非可见光。 [0039] 该接收装置120具有一第一可变透镜121、一感光组件122与一第二处理单元123。该第一可变透镜121用于搭配该感光组件122，并用于改变该发光组件112所发射的光131的行进路径。该感光组件122可设置于一平台141或平面上，并用于感测或接收通过该第一可变透镜121的光131而产生一接收信号132。 [0040] 该第二处理单元123用于依据该接收信号132的信号品质产生第一控制信号133，以利用该第一控制信号133对应地控制该第一可变透镜121的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、或该第一可变透镜121与该感光组件122的间距，进而改变该光131的行进路径，因此改变该传送信号130至该接收信号132间的等效信道。 [0041] 假设为窄带(narrow band)通信下，该传送信号130、该接收信号132与该等效信道间的数学模型可为下列函数： [0042] r(n)＝h*x(n)+v(n) [0043] 其中，r (n)为含有噪声的接收信号132，h为该传送信号130至该接收信号132间的等效信道，x (n)为传送信号130，v (n)为噪声，n为时间序列。 [0044] 然而，上述窄带通信仅为本发明的一实施例，本发明的光通信系统也可适用于宽带(broad band)通信。 [0045] 上述的接收装置120可为接收器、接收模块、移动通信装置、无线通信装置或照明装置等，该第一可变透镜121可为液态透镜(liquid lens)、用于透镜的音圈马达(voice coil motor for lens)、基于微机电的可变微透镜(MEMS-based variable micro-lens)、基于锆钛酸铅(Pb(ZrTi)O3，PZT)压电材料的可变透镜等，该感光组件122可为光二极管、光侦测器或影像传感器(image sensor)等，该第二处理单元123可为处理器、控制器、或转换器等，该接收信号132可为数字信号或模拟信号。 [0046] 上述的信号品质可包括接收信号强度指针(Received Signal Strength Indication，RSSI)、信号对干扰加噪声比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio，SINR)、位错误率(Bit Error Rate，BER)、或帧错误率(Frame Error Rate，FER)等。 [0047] 图2用于绘示本发明的单输入单输出(SISO)的光通信系统的方块示意图，其中，发射装置及接收装置均具有可变透镜。 [0048] 图2与上述图1的光通信系统100大致相同，因此相同之处不再重复赘述，其主要差异在于： [0049] 在图2的光通信系统100中，该发射装置110还具有一第二可变透镜113。该第二可变透镜113可搭配该发光组件112，并用于改变该发光组件112所发射的光131的行进路径。 [0050] 该第一处理单元111用于依据该第二处理单元123的反馈信号134产生一第二控制信号135，以利用该第二控制信号135控制该第二可变透镜113的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、折射率或该第二可变透镜113与该发光组件112的间距，进而改变该光131的行进路径而改变该等效信道。 [0051] 上述的反馈信号134可包括信号品质信息(signal quality information)、方向信息(direction information)、信道信息(channel information)、或预编码信息(precoding information)等。 [0052] 图3用于绘示本发明的多输入多输出(MIMO)的光通信系统的方块示意图，其中，接收装置具有可变透镜。 [0053] 如图所示，光通信系统200为多输入多输出(MIMO)的系统，也就是该光通信系统200的发射装置210具有多个发光组件212，而接收装置220具有多个感光组件222。 [0054] 该光通信系统200可应用于无线通信系统或照明系统上，并包括一发射装置210以及一接收装置220。 [0055] 该发射装置210具有一第一处理单元211与多个发光组件212。该第一处理单元211用于产生多个传送信号230，该些发光组件212可设置于一平台240或平面上，并用于产生承载该些传送信号230的光231。在本实施例中，该些发光组件212与该些传送信号 230均为二个。 [0056] 上述的发射装置210可为发射器、发送模块、无线通信装置或照明装置等，该第一处理单元211可为处理器、控制器、编码器或转换器等，该些发光组件212可为发光二极管、激光或红外线等，该些传送信号230可为数字信号或模拟信号，该光231可为不同波长的可见光或非可见光。 [0057] 该接收装置220具有多个第一可变透镜221、多个感光组件222与一第二处理单元223。在本实施例中，该些第一可变透镜221与该些感光组件222均为四个。 [0058] 该些第一可变透镜221分别搭配该些感光组件222，并用于改变该发光组件212所发射的光231的行进路径。该些感光组件222可设置于一平台241或平面上，并用于感测或接收通过该些第一可变透镜221的光231而产生多个接收信号232。在本实施例中，该些接收信号232为四个。 [0059] 该第二处理单元223用于依据该些接收信号232的信号品质产生多个第一控制信号233，以利用该些第一控制信号233控制该些第一可变透镜221的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、折射率或该些第一可变透镜221与该些感光组件222的间距，进而改变该光231的行进路径而改变该些传送信号230至该些接收信号232间的等效信道。 [0060] 以二个传送信号230及四个接收信号232为例，假设为窄带(narrow band)通信下，该些传送信号230、该些接收信号232与该等效信道间的数学模型可为下列矩阵： [0061] 其中，r1-r4(n)为该些含有噪声的接收信号232，h11-h42为该些传送信号230至该些接收信号232间的等效信道，x1(n)-x2(n)为该些传送信号230，v1(n)-v4(n)为噪声，n为时间序列。 [0062] 如前述内容，本发明的光通信系统也可适用于宽带通信。 [0063] 上述的接收装置220可为接收器、接收模块、移动通信装置、无线通信装置或照明装置等，该第一可变透镜221可为液态透镜、用于透镜的音圈马达、基于微机电(MEM)的可变微透镜、基于锆钛酸铅(PZT)压电材料的可变透镜等，该些感光组件222可为光二极管、光侦测器或影像传感器等，该第二处理单元223可为处理器、控制器、译码器或转换器等，该些接收信号232可为数字信号或模拟信号。 [0064] 上述的信号品质可包括接收信号强度指针(RSSI)、信号对干扰加噪声比(SINR)、位错误率(BER)、帧错误率(FER)或矩阵的秩(rank)等。 [0065] 图4用于绘示本发明多输入多输出(MIMO)的光通信系统的方块示意图，其中，发射装置及接收装置均具有可变透镜。 [0066] 图4与上述图3的光通信系统200大致相同，因此相同之处不再重复赘述，其主要差异在于： [0067] 在图4的光通信系统200中，该发射装置210还具有多个第二可变透镜213，本实施例的第二可变透镜213为二个。该些第二可变透镜213用于搭配该些发光组件212，并用于改变该发光组件212所发射的光231的行进路径。 [0068] 该第一处理单元211用于依据该第二处理单元223的反馈信号234产生多个第二控制信号235，以利用该些第二控制信号235对应控制该些第二可变透镜213的曲率、角度、厚度、焦距、轴向、或该些第二可变透镜213与该些发光组件212的间距，进而改变该光231的行进路径而改变该等效信道。 [0069] 上述的反馈信号234可包括信号品质信息、方向信息、信道信息、预编码信息或矩阵的秩(rank)信息等。 [0070] 综上所述，本发明的光通信系统、发射装置及接收装置至少具有下列的功效： [0071] (1)借由将可变透镜设置于接收装置或发射装置上，当接收装置于空间中移动时，可变透镜可随的改变焦距或轴向而改变光的行进路径，并快速、连续、精准或高光密度地聚焦光于感光组件上，以改善接收信号的信号品质。 [0072] (2)可依据接收信号的信号品质对应控制接收装置的可变透镜，或依据接收装置的反馈信号对应控制发射装置的可变透镜，以改变传送信号至接收信号间的等效信道，进而增强光通信系统的传输能力。 [0073] 上述实施形态仅例示性说明本发明的原理、特点及其功效，并非用于限制本发明的可实施范畴，本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。任何运用本发明所公开内容而完成的等效改变及修饰，均仍为本发明权利要求书所涵盖。

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