光通信发射机、光通信接收机以及光通信系统
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光通信发射机、光通信接收机以及光通信系统。
背景技术
现有的水下无线光通信系统(UWOC，Underwater Wireless OpticalCommunication)大多数采用LED进行信号传输，该方式需要足够大的光功率，并且LED的光电转换效率很低，导致整套系统功耗很高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光通信发射机、光通信接收机以及光通信系统，旨在降低光通信系统的功耗。
为实现上述目的，本发明提供一种光通信发射机，所述光通信发射机包括：
第一通信接口，所述第一通信接口用于连接第一终端设备，以与连接的第一终端设备进行通信；
第一动态随机存储器；
第一处理器，所述第一处理器分别与第一动态随机存储器以及第一通信接口连接，用于对所述第一通信接口接收到的第一数据包进行解析得到待发送数据，并将所述待发送数据存储至所述第一动态随机存储器；
调制模块，所述调制模块用于将所述第一动态随机存储器存储的待发送数据调制为电压信息；
激光器；
激光驱动器，所述激光驱动器连接于所述激光器和所述调制模块之间，所述激光驱动器根据接收到的所述电压信息调整所述激光器的电压。
可选地，所述第一处理器包括数据缓存区以及协议解析模块，所述数据缓存区用于缓存所述第一通信接口接收到的第一数据包，所述协议解析模块用于对所述数据缓存区中的第一数据包进行以得到所述待发送数据。
可选地，所述光通信发射机还包括相互连通的第一AXI主接口以及第一AXI从接口，所述第一AXI从接口与所述第一处理器连接，所述第一AXI主接口与所述第一动态随机存储器以及所述调制模块连接，所述调制模块通过所述第一AXI主接口读取所述第一动态随机存储器中存储的数据。
可选地，所述第一通信接口、所述第一处理器以及所述调制模块集成于第一可编辑逻辑阵列中。
此外，为实现上述目的，本发明提供一种光通信接收机，所述光通信接收机包括：
第二通信接口，所述第二通信接口用于连接第二终端设备，以与连接的第二终端设备进行通信；
光子探测器，所述光子探测器用于探测光信号；
解调模块，所述解调模块与所述光子探测器连接，用于将所述光子探测器检测到的光信号解调为目标数据；
第二动态随机存储器，所述第二动态随机存储器与解调模块连接，用于存储所述解调模块解调得到的目标数据；
第二处理器，所述第二处理器分别与所述第二动态随机存储器以及所述第二通信接口连接，所述第二处理器用于将所述第二动态随机存储器中的目标数据编码为第二数据包，并将所述第二数据包通过所述第二通信接口传输至所述第二终端设备。
可选地，所述光通信接收机还包括第二AXI主接口，所述第二AXI主接口连接于所述第二动态随机存储器以及所述解调模块之间。
可选地，所述光通信接收机还包括放大器和模数转换模块，所述放大器和所述模数转换模块依次串联于所述光子探测器和所述解调模块之间，所述模数转换模块用于将所述放大器放大后的光信号转换为数字信号并传输至所述解调模块。
可选地，所述第二通信接口、所述第二处理器以及所述解调模块集成于第二可编辑逻辑阵列中。
可选地，所述光子探测器为单光子雪崩二极管阵列。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种光通信系统，所述光通信系统包括：
如以上所述的光通信发射机；
如以上所述的光通信接收机。
本发明提出的光通信发射机、光通信接收机以及光通信系统，通过第一通信接口来接收第一终端设备的通信数据，并将通信数据通过激光信号发出，而激光信号功率较大在水下传输时损耗较小，数据传输功耗较小；同时，本实施例公开的技术方案中，采用第一动态随机存储器来缓存待发送数据，而动态随机存储器的容量往往较大，提高了数据的传输效率。
附图说明
图1为本发明光通信发射机的一实施的硬件架构示意图；
图2为本发明光通信发射机的另一实施的硬件架构示意图；
图3为本发明光通信接收机的一实施例的硬件架构示意图；
图4为本发明光通信接收机的另一实施的硬件架构示意图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明光通信发射机的一实施的硬件架构示意图。
如图1所示，本实施例涉及的光通信发射机包括：
第一通信接口11，所述第一通信接口11用于连接第一终端设备，以与连接的第一终端设备进行通信；
第一动态随机存储器12；
第一处理器13，所述第一处理器13分别与第一动态随机存储器12以及第一通信接口11连接，用于对所述第一通信接口11接收到的第一数据包进行解析得到待发送数据，并将所述待发送数据存储至所述第一动态随机存储器12；
调制模块14，所述调制模块14用于将所述第一动态随机存储器12存储的待发送数据调制为电压信息；
激光器15；
激光驱动器16，所述激光驱动器16连接于所述激光器15和所述调制模块14之间，所述激光驱动器16根据接收到的所述电压信息调整所述激光器15的电压。
在本实施例中，第一通信接口11可为TCP/IP接口或者RS485等有线连接接口，也可为WIFI、红外或者蓝牙等无线通信接口，光通信发射机可通过第一通信接口11与第一终端设备通信连接，以实现数据传输；在第一终端设备存在待发送数据时，可通过第一通信接口11将数据发送至光通信发射机，可以理解的是，第一通信接口11可为多个，即光通信发射机可同时连接多个第一终端设备。
在本实施例中，第一处理器13可包括数据缓存区以及协议解析模块，所述数据缓存区用于缓存所述第一通信接口11接收到的第一数据包，所述协议解析模块用于对所述数据缓存区中的第一数据包进行以得到所述待发送数据。该协议解析模块中存储的通信协议与第一通信接口11对应，比如该第一通信接口11为TCP/IP接口时，对应存储的通信协议为TCP/IP协议，通过第一通信接口11接收到第一数据包时，将接收到的第一数据包存储至数据缓存区，协议解析模块对数据缓存区中的第一数据包进行解析后得到第一数据包的数据区中的待发送数据，将数据区中的待发送数据存储至第一动态随机存储器12，以使调制模块14对第一动态随机存储器12中的待发送数据进行调制以得到电压信息。
本实施例中的所述第一通信接口11、所述第一处理器13以及所述调制模块14集成于第一可编辑逻辑阵列中，第一可编辑逻辑阵列可为ZYNQ-7020芯片，该第一处理器13可为ARM A9芯片，第一处理器13可为双核处理器。本实施例中的第一动态随机存储器12具有大容量的缓存区，例如该缓存区可为512M。
本实施例中的激光器15可为半导体激光器15，半导体激光器15的光电转换效率较大，使得系统功耗可降低；本实施例中的第一动态随机存储器12可为双倍速率同步动态随机存储器，通过设置双倍速率同步动态随机存储器使得光通信发射机的传输带宽较大，传输效率较高；经过双倍速率同步动态随机存储器存储的数据通过调制模块14调制后变成连续独立的码流去驱动激光器15。在本实施例中，可通过第一通信接口11连接的第一终端设备发送的设置指令来调整激光器15的电压，使得激光器15的电压与光子探测器22的电压对应，降低光通信系统的误码率。
在本实施例公开的技术方案中，调制模块14在对第一动态随机存储器12中的待发送数据进行调制时以字节为单位进行调制，第一处理器13将待发送数据存储值第一动态随机存储器12中时，同时存储待发送数据的起始存储地址以及待发送数据的字节长度，在调制模块14读取第一动态随机存储器12中的数据时，先确定当前读取的地址是否为起始存储地址，在当前读取的地址为起始存储地址时，可先调制起始位信号，该起始位信号可为预先设置的电平信号，比如连续8个周期的高电平或者连续多个周期的高低电平变化，在调制得到起始位信号后，将起始位信号传输至激光驱动器16，激光驱动器16根据接收到的电平信号调整激光器15的电压，在起始位信号传输成功后，调制模块14开始从起始存储地址开始对读取的数据进行单字节调制，并在读取每个字节时根据预存的字节长度来确定当前是否为末尾字符，当前字符为末尾字符时，可在对当前字节进行调制后，调制结束位的电平信号，具体原理参考起始位的电平信号的调制在此不再赘述，可以理解的是，上述确定待发送数据的起始以及结束的方式仅仅为举例说明，其它确定待发送数据的起始以及结束的方案也在本发明的保护范围内。
本实施例公开的技术方案，通过第一通信接口11来接收第一终端设备的通信数据，并将通信数据通过激光信号发出，而激光信号功率较大在水下传输时损耗较小，数据传输功耗较小；同时，本实施例公开的技术方案中，采用第一动态随机存储器12来缓存待发送数据，而动态随机存储器的容量往往较大，提高了数据的传输效率。
进一步地，参照图2，图2为本发明光通信发射机的另一实施的硬件架构示意图。
本实施例中的光通信发射机还包括相互连通的第一AXI主接口17以及第一AXI从接口18，所述第一AXI从接口18与所述第一处理器13连接，所述第一AXI主接口17与所述第一动态随机存储器12以及所述调制模块14连接，所述调制模块14通过所述第一AXI主接口17读取所述第一动态随机存储器12中存储的数据。
AXI是基于VALID/READY的握手机制数据传输协议。
在本实施例中通过设置第一AXI主接口17以及第一AXI从接口18进行数据的传输，该AXI通讯方式响应快，使得光通信发射机的数据传输效率较高。
参照图3，图3为本发明光通信接收机的一实施例的硬件架构示意图。
参照图3，本实施例提出的光通信接收机包括：
第二通信接口21，所述第二通信接口21用于连接第二终端设备，以与连接的第二终端设备进行通信；
光子探测器22，所述光子探测器22用于探测光信号；
解调模块23，所述解调模块23与所述光子探测器22连接，用于将所述光子探测器22检测到的光信号解调为目标数据；
第二动态随机存储器24，所述第二动态随机存储器24与解调模块23连接，用于存储所述解调模块23解调得到的目标数据；
第二处理器25，所述第二处理器25分别与所述第二动态随机存储器24以及所述第二通信接口21连接，所述第二处理器25用于将所述第二动态随机存储器24中的目标数据编码为第二数据包，并将所述第二数据包通过所述第二通信接口21传输至所述第二终端设备。
在本实施例中，第二通信接口21可为TCP/IP接口或者RS485等有线连接接口，也可为WIFI、红外或者蓝牙等无线通信接口，光通信接收机可通过第二通信接口21与第二终端设备通信连接，以实现数据传输，第一终端设备通过第一通信接口11与光通信发射机连接，第一终端设备将待发送数据通过光通信发射机转换为光信号并通过激光器15发出，光通信接收机光子探测器22在接收到光信号时，将光信号解调为目标数据，并通过第二通信接口21将目标数据传输至第二终端设备。
在本实施例中，第二处理器25可包括数据缓存区以及编码模块，所述编码模块用于对第二动态随机存储器24中存储的目标数据进行编码以得到第二数据包，第二处理器25中的数据缓存区用于存储编码得到的第二数据包，第二处理器25将该数据缓存区中的第二数据包通过第二通信接口21发送至第二终端设备。该编码模块中存储的通信协议与第二通信接口21对应，比如该第二通信接口21为TCP/IP接口时，对应存储的通信协议为TCP/IP协议。
本实施例中的所述第二通信接口21、所述第二处理器25以及所述解调模块23集成于第二可编辑逻辑阵列中，第二可编辑逻辑阵列可为ZYNQ-7020芯片，该第二处理器25可为ARM A9芯片，该第二处理器25可为双核处理器。本实施例中的第一动态随机存储器12具有大容量的缓存区，例如该缓存区可为512M。
本实施例中的光子探测器22为单光子雪崩二极管阵列，单光子雪崩二极管阵列灵敏度高，使得光通信系统的通信传输更加准确；本实施例中的第二动态随机存储器24可为双倍速率同步动态随机存储器，通过设置双倍速率同步动态随机存储器使得光通信接收机的传输带宽较大，传输效率较高；经过双倍速率同步动态随机存储器存储的数据通过第二处理器25编码后传输至第二通信接口21。
在本实施例中，可通过连接的第二终端设备的配置命令来更改光子探测器22的的驱动电压，从而调整光通信接收机的误码率。
在本实施例公开的技术方案中，解调模块23对接收到的光信号周期性进行调制，一个字节可对应多个周期，将每个字节的识别结果存储至第二动态随机存储器24中时。在接收到光信号时，可先识别起始位信号，该起始位信号可为预先设置的电平信号，比如连续8个周期的高电平或者连续多个周期的高低电平变化，在识别得到起始位信号后，对起始位信号之后的电平信号进行调制，直至识别到结束位信号，在识别得到结束位信号时，认为数据接收完成。
本实施例公开的技术方案，通过光子探测器22接收光通信发射机发送的光信号，并将接收到的光信号传输调制为目标数据，将目标数据编码后得到第二数据包，并通过第二通信接口21将第二数据包传输至第二终端设备，通过光子探测器22接收光信号灵敏度高，在水下传输时损耗较小，数据传输功耗较小；同时，本实施例公开的技术方案中，采用第二动态随机存储器24来目标数据，而动态随机存储器的容量往往较大，提高了数据的传输效率。
进一步地，参照图4，图4为本发明光通信接收机的另一实施的硬件架构示意图。
本实施例中，所述光通信接收机还包括放大器和模数转换模块，所述放大器和所述模数转换模块依次串联于所述光子探测器22和所述解调模块23之间，所述模数转换模块用于将所述放大器放大后的光信号转换为数字信号并传输至所述解调模块23。
在本实施例中，所述光通信接收机还包括第二AXI主接口26，所述第二AXI主接口26连接于所述第二动态随机存储器24以及所述解调模块23之间。
本实施例公开的技术方案中，光子探测器22将检测到的光信号转换为微弱的电信号，放大器对电信号进行放大处理，模数转换模块将放大处理后的电信号转换为数字信号，使得数据调制时得到的目标数据更加准确。本实施例中的放大器可为低噪声放大器，使得放大后的电信号噪声较小。
本发明还提出一种光通信系统，所述光通信系统包括：
如以上实施例所述的光通信发射机；
如以上实施例所述的光通信接收机。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，被控终端，或者网络设备等)执行本发明每个实施例的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
