高功率效率光學無線發射機的製作方法
2023-06-05 05:57:21
專利名稱：高功率效率光學無線發射機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學通信設備，且更具體地，涉及一種能夠以高功率效率傳送光學信號的光學無線發射機。
背景技術：
近來，信息技術(IT)的進步已經導致無處不在的(ubiquitous)通信環境的發展，在所述無處不在通信環境中可以在任何類型的設備之間提供各種服務，而與時間和地點無關。此外，在無處不在通信網絡中，由於諸如無繩.(coddess )可操作性和移動性而導致用於連接到不同終端的無線通信的使用已經逐漸增加。
在當前使用的無線通信技術中，RF/MW頻帶從幾MHz變化到幾十GHz，並且與有線通信技術相比，使用了相對低的服務率。此外，在無線通信技術中，需要在用戶終端、衛星、和軍事網絡之中進行頻率共享。而且，需要解決諸如信息安全、和對人體有害的電磁幹擾(EMI)之類的問題。
作為用於解決傳統無線通信的問題的有前景的技術，已經提出了其中使用通過空間傳播的光來傳遞信息的光學無線通信技術。
根據當前的研究結果，強度調製(IM) /直接檢測(DD)光學無線通信技術可以提供用於室內光學無線通信的廉價實用的光學調製方案。
圖1是圖示了傳統的IM/DD光學無線通信設備的構思圖。
參考圖1來簡要描述傳統的光學無線通信設備的操作。通過調製器10將輸入的電信號轉換為適合於光學信道的線路代碼，並通過放大器將其放大為合適的電流信號。諸如雷射二極體(LD)或發光二極體(LED)之類的發光裝置20通過使用該電流信號來輸出光學信號(光學信道)。光學信號通過光電二極體(PD) 30來檢測，並被轉換為光學電流信號。所述光學電流信號通過解調器40來解調，並輸出到接收機。
調製器IO所執行的調製被分類為時域調製和頻域調製。在時域調製中，使用了用於通過利用信號強度的開關特性來調製傳送信號的非歸零(NRZ)或歸零(RZ)碼開-關鍵控方案、和用於通過利用脈衝之間的時間差來調製傳送信號的脈沖位置調製方案。通過使用 一個副載波或多個副載波來執行所述頻域調製。
作為頻域調製方案，使用正交頻分復用(OFDM)。 OFDM被廣泛用於其中必須解決由於多徑所導致的信號幹擾的有線/無線通信，諸如，x數字訂戶線路(xDSL)、無線區域網(LAN)和無線網際網路。OFDM具有易於實現和易於進行頻帶管理的優點。
在OFDM中，輸出信號具有大的峰均功率比(PAPR: peek-to-averagepowerratio )。因此，輸出級上的功率放大器的操作效率被降低，並且通信性能由於功率放大器的非線性所導致的信號變形(deformation)而惡化。因此，在使用OFDM的IM光學無線通信中，由於高PAPR而導致降低了光學無線發射機的功率效率並發生了非線性信號變形。下面參考圖2來詳細描述這些問題。圖2是圖示了傳統的IM光學無線發射機的示意框圖。參考圖2來描述光學無線發射機的操作。利用基帶調製器201來調製輸入的電信號。基帶調製器201的輸出信號是數位訊號。所述數位訊號被數模(DA)轉換器202轉換為模擬信號。通過功率放大器203對所述模擬信號進行放大。利用放大的信號來驅動LD或LED 204,以生成與功率放大器203的輸出信號成比例的光功率信號。
如上所述，在其中OFDM方案被用於基帶調製器201的情況下，基帶調製器201的輸出信號具有高PAPR特性。因此，為了對輸出信號進行線性放大，功率放大器203需要實現為具有A類偏置狀態。通常，A類放大器的最大功率效率被限制到50%或更低。放大器的功率效率與輸入信號的PAPR成反比。例如，如果PAPR是10dB，則功率放大器203的功率效率是大約5% 。
具有高PAPR特性的信號經歷了由功率放大器的非線性所導致的信號變形。為了防止信號變形，功率放大器203需要具有比平均系統功率大10dB-20dB的輸出功率能力。根據我們的研究結果，用於1Gb/s 3Gb/s室內光學無線通信的光學無線發射機需要具有1W的平均光功率。這樣的高功率光學無線發射機比用於超寬帶(UWB)通信的典型O.lmW光學無線發射機高40dB。因此，如果通過使用傳統技術來實現1W的光學無線發射機，假設
LD/LED的電光轉換效率為50% ，則功率放大器203需要被實現為具有20W到40W的最大輸出功率。換言之，不能通過使用傳統的技術來實現有竟爭力的1W光學無線發射機。
為了光學無線通信技術針對UWB技術或802.11n技術的竟爭性，必須解決功率放大器203的這個高功耗的問題。作為實踐的方法，可以使用大量的LD或LED來生成1W光學信號，同時保持高調製速率(Gb/s)。然而，當利用高電流來操作諸如垂直空腔表面發射雷射器(VCSEL)的LD時，由於LD陣列的冷卻結構的差異而導致出現LD的光功率強度的不均勻性。因此，使用大量的LD的光學無線發射機需要應對LD的光功率強度的不均勻性。
在使用大量的LD或LED的情況下，還需要大量的驅動器來驅動LD或LED。通常，驅動器由與光學元件相比不同的材料製成。因此，單獨形成的兩個裝置必須彼此連接。然而，對於兩個裝置之間的連接，需要大量的連接線。這樣，為了實現廉價的光學無線發射機，應該減少驅動器與LD或LED之間的連接線的數量
發明內容
技術問題
本發明提供了一種高功率效率的光學無線發射機，其解決低功率效率、由於輸出的非線性而導致的信號失真、大量的連接端子、和光源的光學強度的不均勻性的問題。
技術解決方案
根據本發明的一方面，提供了一種高功率效率光學無線發射機，包括
幅度到陣列編碼器，用於將從基帶調製器輸入的電信號的幅度轉換為光源控
制信號，以生成與該電信號對應的光功率；光源驅動器組，用於基於所述幅
度到陣列編碼器的光源控制信號來驅動光源；以及MMRS (修正的混合基數
系統)或MMRR (具有冗餘的修正的混合基數系統)光源組，由光源驅動
器組驅動，以生成不同的光功率強度。
在本發明的以上方面中，MMRS光源組可包括n個光源組，其中所述n
個光源組的第一光源組包括m,-l個第一單位光源，並且第一單位光源的相
對光功率強度是1，其中所述n個光源組的第二光源組包括m2-l個第二單位光源，並且第二單位光源的相對光功率強度是mr，其中所述n個光源組的第k光源組包括mk-l個第k單位光源，並且第k單位光源的相對光功率強
度是h'm,;其中所述n個光源組的第n光源組包括nv1個第n單位光源，
/ = 1
並且第n單位光源的相對光功率強度是"riw,;以及其中n、 m" m2、 mk和
m。是任意的自然數，並且MMRS光源組通過控制單位光源的開-關來生成具
有範圍為從0到(f^,-1 )的任意整數的光功率強度。
此外，所述MMRR光源組可包括n個光源組，其中所述n個光源組的第一光源組包括m,+(Xj-l個第一單位光源，並且第一單位光源的相對光功率強度是1，其中所述n個光源組的第二光源組包括m2+oi2-l個第二單位光源，並且第二單位光源的相對光功率強度是m,;其中所述n個光源組的第k光源組包括mk+ctk-l個第k單位光源，並且第k單位光源的相對光功率強度是
Hm,;其中所述n個光源組的第n光源組包括mn+an-l個第n單位光源，並
且第n單位光源的相對光功率強度是"riw,;以及其中n、 m,、 m2、 mk、 mn、
ai、 a2、 (Xk和(Xn是任意的自然數，並且MMRR光源組通過控制單位光源的開-關來生成具有範圍為從O到(ftw,-l )的任意整數的光功率強度。
/ = 1
此外，與使用單獨驅動的光源的光學無線發射機相比，可以按指數規律
的驅動器之間的連接線的數量。此外，可以通過並聯、串聯、或者並聯和串聯二者地連接許多LD或LED，來構建每個光源組的每個單位光源。
此外，生成用於驅動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號(Dn,D,)的所述幅度到陣列編碼器301或400可包括n-1個輸入轉換器401，用於將所述電信號307轉換為MMRR/MMRS記數法電信號(Qn, Q2， R!); n個^f莫加法器(modulo adder),用於基於位信息(Qn, ...， Q2， R,)和最後周期最後接通邊界位置信息(S'n,…，S、)來計算當前周期最後接通邊界位置信息(Sn,S,); n個寄存器，用於存儲當前周期最後接通邊界位置信息；以及n個解碼器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和最後周期最後接通邊界位置信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信號。
此外，模加法器402 (k)可利用模(nvhXk-l)力。(modulo (mk+ak-l)addition )、通過將最後周期最後接通邊界位置信息(S'k)相加到電信號307的MMRR/MMRS第k位信息(Qk或R,)，來計算當前周期最後接通邊界位置信息(Sk)。
此外，生成用於驅動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號的所述幅度到陣列編碼器可包括:n-l個輸入轉換器，用於將所述電信號轉換為MMRS記數法電信號；n個模加法器，用於基於位信息(Qn,…，Q2,R,)和當前周期首先接通邊界位置信息(S;…，S'、)來計算當前周期最後接通邊界位置信息(Sn, S,); n個隨機數發生器405，用於生成當前周期首先接通邊界位置信息；n個解碼器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和當前周期首先接通邊界位置信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信號。
此外，每個才莫加法器可通過4吏用衝莫力口法方法(modulo addition method )來計算當前周期最後接通邊界位置信息，其中所述模加法方法可以是將當前周期首先接通邊界位置信息(S'k)相加到電信號的位信息(Qk或R,)、將該結果除以每個位的單位光源的數目(mk+oik-l)以獲得餘數、並將該餘數輸入到當前周期最後接通邊界位置信息(Sk)的方法。
此外，生成用於驅動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號的所述幅度到陣列編碼器可包括查找單元，用於輸出預先存儲在由電信號和最後周期最後接通邊界位置信息(S'n, S、)所指定的信息存儲器中的當前周期最後接通邊界位置信息(Sn, ...， SO; n個寄存器，用於存儲當前周期最後接通邊界位置信息；n個解碼器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和最後周期最後接通邊界位置信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信
號
此外，查找單元的查找存儲器頁面的數量可通過電信號和光源的數目來確定，其中每個查找存儲器頁面的存儲器空間是通過電信號的動態範圍來確
FT附
定的；以及其中每個查找存儲器頁面具有'=''行，並且每行存儲當前周期最後接通邊界位置信息(Sn,…，S,)。此外，所述查找單元可輸出最佳的當前周期
最後接通邊界位置信息(Sn， ...， S0，其考慮光源驅動器的驅動功率電壓信息和光源組的溫度信息。此外，當啟動高功率效率光學無線發射機時可以固定驅動功率電壓信息，以及光源組的溫度信息可以被存儲在輔助存儲器設備中，並且可以當操作溫度改變時被加載到查找單元上。
此外，生成用於驅動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號的所述幅
度到陣列編碼器可包括隨機數發生器，用於生成用於確定查找開始位置的
信號(0 T-1);查找單元，用於輸出預先存儲在由電信號和用於確定查找開
始位置的信號(O T-l)所指定的信息存儲器中的當前周期最後接通邊界位置
信息(Sn， ...， S,)和當前周期最後接通邊界位置信息(S"n,…，S'、)；以及n個解碼
器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和當前周期首先接通邊界位置
信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信號。
此外，查找單元的查找存儲器頁面的數量可以是T,其中每個查找存儲
器頁面的存儲器空間可通過電信號的動態範圍來確定；以及其中每個查找存儲器頁面具有f[附,行，並且每行存儲當前周期最後接通邊界位置信息(Sn,…,
S,)和當前周期最後接通邊界位置信息(S"n， ...， S",)。
此外，所述隨機數發生器可以用生成用於確定查找開始位置的信號(O T-l)的並相等地輸出範圍從1到T-l的整數的、諸如計數器的設備來替換。
根據本發明的高功率效率光學無線發射機，與傳統的光學無線發射機相比，提供了驅動器與光源之間的較小數量的連接端子和線路，並且可以獲得具有高功率效率的任意電平的光學輸出功率。此外，即使在使用具有不均勻光功率強度的光源的情況下，也可以實現具有線性操作特性的光學無線。
有益效果
在根據本發明的光學無線發射機中，可通過使用小量的連接端子和線路來連接大量的光源和驅動器，從而可能實現具有簡單結構的廉價光學無線發射機。
此外，在根據本發明的光學無線發射機中，可以通過僅接通和關斷具有各種光功率強度的光源來生成任意的模擬光功率，從而可能實現高功率效率的光學無線發射機。
此外，根據本發明，即使在使用具有不均勻光功率特性的多個光源的情況下，也可能實現具有線性操作特性的光學無線發射機。
通過參考附圖來詳細描述本發明的示範實施例，本發明的以上和其它特
徵和優點將變得更明顯，在附圖中
圖l是圖示了傳統的強度調製(IM) /直接檢測(DD)光學無線通信設備的構思圖2是圖示了傳統的IM光學無線發射機的示意框圖；圖3是圖示了根據本發明的實施例的高功率效率光學無線發射機的結構的視圖4A至圖4D是根據本發明的實施例的、圖示了被用作圖3的幅度到陣列編碼器Umplitude-to-array coder)的各種幅度到陣列編碼器的結構的視圖；和
圖5A和圖5B是根據本發明的實施例的、圖示了圖4C和圖4D的查找單元的存儲器分配圖(memorymap)的配置的視圖。
具體實施例方式
下文中，將通過參考附圖來說明本發明的示範實施例，而詳細描述本發明。圖中的相同附圖標記指的是相同的元件。在說明書中，不同術語是用於描述本發明的目的，而不是想要限制由權利要求限定的本發明的範圍。
圖2的基帶調製器201的輸出(即，圖3的輸入信號307)可以用任意的自然數X來表示，其可用等式1來表達。在等式1中，ak表示第k位(digit),並且b門表示第k權數。在通常的混合基數(MR: mixed radix)記數法中，僅可以使用上至比權數少1的最大位的位。然而，如果第(k+l)權數滿足等式
l中的條件Am,,即，如果基於第k最大位來設置第(k+l)權數，則可以對任
何位使用滿足所述條件的任意自然數。因此，等式1所表達的基數系統記數法一皮稱作1奮正的混合基悽t系統(MMRS: modified mixed radix system )記數法。
現在，詳細描述MMRS記數法的特性。對於所有k,如果m屍2，則等式1變成自然數的二進位系統記數法。對於所有k，如果m^10，則等式1 變成自然數的十進位系統記數法。如果m屍10且m2=2,則第一項表達具有 權數1的十進位系統記數法，而第二項表達具有權數10的二進位系統記數法。
X= a+a2bi+a3b2+…+akbn
這裡，0^ak<mk，bk-一nV， mk是任意的自然數，並且k=l, 2, 3，…n。
用等式2來表達圖3的輸入電信號307的動態範圍，即可以用等式1表 達的自然數範圍。在等式1中唯一地確定動態範圍中的所有自然數。即，可 以用等式1來唯一地表達具有相同幅度的輸入電信號307。
生成與輸入電信號307對應的光學輸出功率的操作相同於將輸入電信號 307轉換為MMRS記數法輸入電信號X的操作。即，輸入電信號X 307的 電光轉換操作相同於以下操作，即，將輸入電信號X轉換為等式1的MMRS 記數法輸入信號，將已轉換的MMRS記數法輸入信號X的權數1， b,， b2,
bn-,對應於光源的相對光功率強度1， m，m2m,,…，H，，…，，將MMRS
記數法輸入信號X的位數ai， a2， ...， ak，...an對應於每個權數的光源的數目，以 及才妻通對應的光源。
如果輸入電信號X 307的動態範圍滿足等式2，則對輸入信號X的所有 值進行電光轉換所需要的光源的最小數目是用於對應位數的(m,-l)， (m2-l),....，(mk-l)，…，和(nvl)。根據MMRS記數法構建的光源組被稱為MMRS
光源組。即，利用具有相對光功率強度1, m,， n^m,, ...,nm,,...，和fi'm,的光
/=1 '=1
源來構建MMRS光源組，所述相對光功率強度是MMRS記數法輸入信號X 的權數，其中與光功率強度對應的光源數是(m廣l)， (m2-l),....， (mk-l),…，和 (mn-l)。利用-l)個連接線來連接MMRS光源組和用於該MMRS光源組的
驅動器。然而，在其中利用具有相同光功率強度(即，相對光功率強度為1) 的單位光源來構建MMRS光源組的情況下，必要的連接線的數目是fl， -1 。
例如，當m,=16、 m2=16、和m3=16時，通過使用具有動態範圍0到4095 的光源來構建MMRS光源組，用於驅動器的連接線的總數是45，並且用於 利用具有相對光功率強度1的單位光源構建的光源組的連接線的總數是 4095。
可以用數目極大減少了的光源-驅動器連接線來連接MMRS光源組。此
外，等式2的範圍中的所有光功率強度可以通過僅控制MMRS光源組的單
位光源的開-關來生成。即，MMRS光源組可通過對單位光源進行接通和關
斷來生成具有模擬功率強度的光，而沒有使用模擬功率放大器。相應地，可
通過使用MMRS光源組來實現廉價的高功率效率光學無線發射機。 [MMRR光源組]
MMRS光源組的單位光源的光功率強度需要具有MMRS記數法中的權 悽t 1,mbm2m,，...， fifm,，...，和fi[w,。然而，由於用於產生單位光源的處理的
不均勻性，而導致非常難以獲得單位光源的光功率強度的均勻性。作為單位 光源的光功率強度的不均勻性的應付措施，在其中與(k+l)權數對應的單
位光源的光功率強度小於特定的值ftm,的情況下，可以通過另外接通與第k
/ = 1
位對應的冗餘單位光源來補償光學無線發射機的光功率強度的減少量。相
反，在其中與(k+i)權數對應的單位光源的光功率強度大於特定的值nw,
'=1
時，可以通過另外關斷與第k位對應的冗餘單位光源來補償光學無線發射機 的光功率強度的增加量。
此外，在其中通過使用峰值驅動方案來驅動MMRS光源組的單位光源 的情況下,有利的是，鑑於熱釋放和電光轉換效率，而需要將曾經接通的單 位光源維持在關斷狀態達到一預定的時間間隔。為了獲取預定的關斷時間間隔，需要比MMRS光源組的單位光源數目更大數目的單位光源。
為了應對單位光源的光功率強度的不均勾性、並獲取單位光源的峰值可
操作性，MMRR光源組所需要的單位光源的數目大於MMRS光源組的每位
所需要的最小數目(m,-l), (m2-l)，....，(mk-l)，…，或(nvl)。
為此，如果使用比MMRS記數法輸入信號的第k最大位mk-l大ak的整
數，則可由等式3表達輸入電信號307。等式3所表達的基數系統記數法被
稱作具有冗餘的修正混合基數系統(MMRR: modified mixed radix system
with redundancy )記數法。 [等式3]
X= a'+a2bi+a3b)2+…+akbn
這裡，0^ak<mk+ak, bk-,=行，，mk和ak是任意的自然數，並且 k=l,2,3v..n。
與MMRS光源組類似，根據MMRR記數法實現的光源組被稱作MMRR 光源組。即，利用具有相對光功率強度1,m!,m2m,，…，行m,，…，和fi;,的光
源來構建MMRR光源組，所述相對光功率強度是MMRR記數法輸入信號X 的權數，其中與光功率強度對應的光源數是(m!+a廣l), (m2+a2-l),....,(mk+ak-l)，…，和(mn+an-l)。 MMRR光源組具有如下功能避 免單位光源的光功率強度的不均勻性，和單位光源的峰值可操作性，連同 MMRS光源組的所有特性。 [實施例]
圖3是圖示了根據本發明的實施例的高功率效率光學無線發射機的結構 的4見圖。
參考圖3,高功率效率光學無線發射機300包括幅度到陣列編碼器301，
信號；光源驅動器組302,具有不同的驅動力；以及MMRR光源組303到
306，具有不同的光功率強度。
更具體地，光學無線發射機300包括幅度到陣列編碼器301,用於將
來自基帶調製器的電信號輸入307轉換為光源開-關控制信號D,(l:nn+a廣l)到Dn(l:mn+an-l);光源驅動器組302(1)到302(n),具有相對驅動力1到fi，，
,=1
並用於驅動由幅度到陣列編碼器301的輸出信號D,(l:m,+a「l)到 Dn(l :mn+oin-l)控制的、MMRR光源組303到306的開-關；以及MMRR光源
組303到306，具有相對光功率強度1到，由光源驅動器組302(1)到302(n)
驅動，以生成範圍為從o (最小)到A，+t"/ri，-1 (最大)的光功率強度。
第一光源驅動器302 ( 1 )利用m,+a,-l個驅動器來構建，所述驅動器基 於m,+a,-l個光源開-關控制信號D,(l:m,+a,-l)、利用相對驅動力1來驅動光 源303(1)到303(m,+a廣l)的開-關。第二光源驅動器302 ( 2 )利用m2+a2-l個 驅動器來構建，所述驅動器基於m2+a2-l個光源開-關控制信號 D2(l:m2+a2-l)、利用相對驅動力m,來驅動光源304(1)到304(1112+012-1)的開-關。對於任意的位於3到(n-l )之間的整數k，第k光源驅動器302 (k) 利用mk+ak-l個驅動器來構建，所述驅動器基於mk+(Xk-l個光源開-關控制信
號Dk(l:mk+ak-l)、利用相對驅動力行，來驅動光源305(1)到305(mk+ak-l)的
開-關。最後，第n光源驅動器302 (n)利用mn+an-l個驅動器來構建，所 述驅動器基於mn+an-l個光源開-關控制信號Dn(l:nvKvl)、利用相對驅動力
"n'm,來驅動光源306(1)到306(mn+an-l)的開-關。
'=1
MMRR光源組303到306的每一個可以用並聯、串聯、或者並聯且串 聯的合適數量的發光裝置(諸如，LD和LED)來構建。
根據本發明，可通過僅控制具有不同光功率強度的單位光源的開-關驅. 動，來生成無線通信的光學信號。在這個情況下，用於對光學無線發射機的
功率損失。
此外，根據本發明，具有各種光功率強度的單位光源組合地使用，從而 與使用具有一個光功率強度的光源的傳統光學無線發射機相比，可以按指數
16規律地減少在MMRR光源組303(1)到306(mn+an-l)與光源驅動器組302(1) 到302(n)之間的連接端子和線路的數量。
詳細描述用作圖3的幅度到陣列編碼器的各種幅度到陣列編碼器的結構 和操作。
圖4A是圖示了被用作圖3的幅度到陣列編碼器的第一類幅度到陣列編 碼器的構造的視圖。
參考圖4A,第一類幅度到陣列編碼器400 (A)包括n-l個輸入轉換
器401(n-l)到401(1)、 n個模加法器402(n)到402(1)、 n個寄存器(403(n)到
403(1)、以及n個解碼器404(n)到404(1)。
第(n-l)輸入轉換器401(n-l)將輸入電信號307除以等式1的第n權數
"riw,，並分別輸出其商和餘數作為Qn和Rn-,。所述商Q。被輸入到第n模加
法器402(n)，而所述餘數Rn-,被輸入到第(n-2)輸入轉換器401(n-2)。類似地， 在2到(n-3)輸入轉換器之中的第k輸入轉換器將從第(1^+ l)輸入轉換器
401(k+ l)輸入的餘數Rk+，除以等式1的第(k + 1 )權數fj，，並分別輸出
其商和餘數作為Qk+,和Rk。商Qk+,被輸入到第(k + 1 )模加法器402(k+l)， 而餘數Rk被輸入到接下來的第(k-1 )輸入轉換器401 (k-1)。
最後，第一輸入轉換器401 ( 1 )將從第二輸入轉換器401(2)輸入的餘數 R2除以等式1的第二權數mp並將其商Q2和餘數R,分別輸入到第二模加 法器402(2)和第一模加法器402(1)。
對於1與(n-l )之間的任意整數k，從n-l個輸入轉換器401(n-l)到401(1) 之中的第k輸入轉換器輸出的作為結果的第k商Qk+!對應於第k位ak，而 第一輸入轉換器401(l)的餘數R,對應於第一位a,。結果，通過n-l個輸入轉 換器401(n-l)到401(1)將輸入電信號307轉換為MMRS記數法的輸入電信 號。MMRS記數法的輸入電信號的位被輸入到n個模加法器402(n)到402(1)。
第n模加法器402(n)基於第n-l輸入轉換器401(n-l)的商Q。和具有相對
光功率強度fiV (權數"riw,)的光源組306的最後周期(period)最後接通 邊界位置信息S'n，通過使用模(mn+(Xn-l)加，來生成新的當前周期最後接通邊界位置信息Sn。
新生成的當前周期最後接通邊界位置信息Sn和存儲在寄存器403(n)中 的最後周期最後接通邊界位置信息S、被輸入到解碼器404(n),以便生成具
有權數"n'w,的光源組306的光源開-關控制信號Dn(l:mn+an-l)。
模(mn+an-l)加是用於將Qn+S'n除以mn+an-l以獲得餘數並輸出餘數的處
理。數nvhxn-l表示具有相對光功率強度"n'w,的光源的數目。即，對於輸入
電信號307的MMRS記數法，光源的數目比第n位所需要的光源數目mn-l 大(Xn。類似地，對於1與(n-2)之間的任意整數k，第k模加法器402 (k)
基於第(k-l )輸入轉換器401(k-l)的商Qk和具有相對光功率強度行w,(權
/ = 1
數g，)的光源組的最後周期最後接通邊界位置信息S'k，通過使用模
(mk+(Xk-l)加，來生成新的當前周期最後接通邊界位置信息Sk。
新生成的當前周期最後接通邊界位置信息Sk和存儲在寄存器403(k)中 的最後周期最後接通邊界位置信息S'k被輸入到解碼器404(k),以便生成具
有權數行，的光源組的光源開-關控制信號Dn(l:mk+ak-l)。
,=1
最終，第一模加法器402(1)的當前周期最後接通邊界位置信息S,和最後 周期最後接通邊界位置信息S',被輸入到解碼器404(1),以便生成具有權數1 的光源組的光源開-關控制信號D,(l:mi+arl)。
第k解碼器404(k)的操作如下。
首先，將S'k和Sk增加l。即，執行操作S'k《二S'k+l和Sk〈二二Sk+l。 這裡，通過考慮第一狀態S'k為O而選擇增量l。 所述操作被分類為如下的三種情況。
在其中S'k= Sk的第一情況下，即Qk= 0，輸出光源開-關控制信號 Dk( 1 :mk+ak-1 )作為關斷狀態。
在其中S'k Sk的第三情況下，在光源開-關控制信號Dk(l:mk+ak-l)之 中，輸出信號D"S'0到Dk(mk+ak-l)和D"l)到Dk(Sk-l)作為接通狀態，並輸 出其它信號作為關斷狀態。
結果，對於1到n之間的任意整數k，通過使用生成當前周期最後接通 邊界位置信息Sk的模加法器402 (k)、生成最後周期最後接通邊界位置信息 S'k的寄存器405(k)、以及生成與Sk和S'k對應的光源開-關控制信息的解碼器 404 (k)，而生成了信號Dk(l:mk+ak-1),該信號Dk(l:mk+ak-l)用於循環地接 通與MMRS記li法輸入電信號307的第k位信息Qk對應的光源數。
圖4B是圖示了被用作圖3的幅度到陣列編碼器的第二類幅度到陣列編 碼器的構造的視圖。
參考圖4B,第二類幅度到陣列編碼器400 (B)包括n-l個輸入轉換 器401(n-l)到401(1)、n個模加法器402(n)到402(1)、n個隨機數發生器405(n) 到405 (1)、以及n個解碼器404(n)到404( 1)。
與前述的第一類幅度到陣列編碼器400 (A)相比，第二類幅度到陣列 編碼器400 (B)包括n個隨機數發生器405(n)到405(1)來替代n個寄存器 403(n)到403(1)。因此，在第二類幅度到陣列編碼器400 (B )中，隨機地選 擇當前周期首先接通邊界位置信息S'k。儘管其名稱不同，但是最後周期最 後接通邊界位置信息S'k和當前周期首先接通邊界位置信息S'k實質上是彼此 等同的。
在n個隨機數發生器405(n)到405(1)之中的任意第k隨機數發生器在每 個周期以相等的概率來生成位於0與mk+ak-2之間的一個整數。
在第二類幅度到陣列編碼器400( B )中，對於1到n之間的任意整數k, 通過使用生成當前周期最後接通邊界位置信息Sk的模加法器402 (k)、生成 當前周期首先接通邊界位置信息S'k的隨機數發生器405(k)、以及生成與Sk 和S'k對應的光源開-關控制信息的解碼器404 (k)，而每個周期以具有任意 首先接通位置的狀態來生成信號Dk(l:mk+ak-l)，該信號Dk(l :mk+ak-l)用於接 通具有光功率強度ll'm,的光源，該光源的數目對應於MMRS記數法輸入電 信號307的第k位信息Qk。
只有光源的光功率強度^L正確地維持在特定值1, m,， mzm,,…，…,
和n，，前述的第一類幅度到陣列編碼器400 (A)和第二類幅度到陣列編
,=1碼器400 (B)才操作在正常狀態。即，第一類幅度到陣列編碼器400 (A) 或第二類幅度到陣列編碼器400 (B)不具有避免光源的光功率強度的不均 勻性的功能。
圖4C是圖示了被用作圖3的幅度到陣列編碼器的第三類幅度到陣列編 碼器的構造的視圖。與第一類幅度到陣列編碼器400 (A)或第二類幅度到 陣列編碼器400 (B)不同，第三類幅度到陣列編碼器400 (C)具有避免光 源的光功率強度的不均勻性的功能。
參考圖4C，第三類幅度到陣列編碼器400 (C)包括查找單元406， 用於輸出預先存儲在由輸入電信號307指定的地址中的n個最後周期最後接 通邊界位置信息(S'n， ...， SN)和n個當前周期最後接通邊界位置信息(Sn，...， S,); n個寄存器403(n)到403(1);以及n個解碼器404(n)到404(1)。
在第三類幅度到陣列編碼器400 (C)中，n個寄存器403(n)到403(1)、
以及n個解碼器404(n)到404(1)的操作等同於圖4A的第一類幅度到陣列編
碼器400 (A)中的那些操作。
在圖3的MMRR光源組之中的第一光源組303(1)到303(m,+a,-l)的每個
單位光源需要具有相對光功率強度1。在所述MMRR光源組之中的第二光
源組304(1)到304(m2+a2-l)的每個單位光源需要具有相對光功率強度m，。對
於3到(n-l )之間的任意整數，在所述MMRR光源組之中的第k光源組305(1)
到305(mk+ak-l)的每個單位光源需要具有相對光功率強度fi];,。最後，在所
述MMRR光源組之中的第n光源組306(l)到306(mn+oin-l)的每個單位光源需
要具有相對光功率強度fi、。當滿足不同光功率強度的條件時，使用圖4A
的第一類幅度到陣列編碼器400 (A)或圖4B的第二類幅度到陣列編碼器 400 (B)的光學無線發射機正常工作。
然而，由於半導體材料和處理的不均勻性、以及^f艮據光源的結構和位置 而在冷卻能力中的差異，在光源的光功率強度之間存在輕微的差異。
因此，查找單元406存儲最佳的當前周期最後接通邊界位置信息(Sn，...， S,)，以便根據光學無線發射機的當前狀態信息、基於光源的光功率強度的先 前測量，來調整與輸入電信號307對應的光功率強度。光學無線發射機的當前狀態信息包括:存儲在n個寄存器403(n)到403(1) 中的最後周期最後接通邊界位置信息(S、， ...， S'O、光源驅動器302的驅動功 率電壓、和光源組303到306的4喿作溫度等。此外，對於更準確的當前狀態 信息，可以包括其它信息。所述狀態信息淨皮按照狀態持續時間的時間為單位 來分類，並且在應用具體狀態時，在查找單元406上加載當前周期最後接通 邊界位置信息(Sn,…，S,)。
由於在每個周期改變最後周期最後接通邊界位置信息(SV ...， S'O,所以 查找單元406需要存儲與最後周期最後接通邊界位置信息(S'n,…，S、)的狀態 對應的當前周期最後接通邊界位置信息(Sn，...，S,)。另一方面，由於當指定根 據本發明的光學無線發射機時、固定了光源驅動器402的驅動功率電壓信息， 所以可以選擇根據驅動功率電壓的改變的最佳當前周期最後接通邊界位置 信息(S。，…，S,)，並在指定光學無線發射機時將其加載到查找單元406上。
操作溫度信息的、查找單元406的配置信息受環境影響，所以將查找單元406 的配置信息預先存儲在輔助存儲器設備中，並在操作溫度改變時將其加載到 查找單元406上。
在第三類幅度到陣列編碼器400 (C)中，n個解碼器404(n)到404(1) 根據輸入電信號307和當前狀態信息，來解碼從查找單元406輸出的最後周 期最後接通邊界位置信息(S'n，…，S、)和最佳當前周期最後接通邊界位置信息 (Sn， ...，SO,以生成光源開-關控制信號D,(l:m,+a廣l)到Dn(l:mn+an-l)。
以這個方式，第三類幅度到陣列編碼器400 (C)具有避免光功率強度 的不均勻性、操作功率的不均勻性、和光源的操作溫度的不均勻性的功能。
圖4D是圖示了被用作圖3的幅度到陣列編碼器的第四類幅度到陣列編 碼器的構造的視圖。第四類幅度到陣列編碼器400 (C)具有避免光源的光 功率強度的不均勻性的功能。此外，第四類幅度到陣列編碼器400 (C)包 括簡單查找單元。
參考圖4D，第四類幅度到陣列編碼器400(D)包括隨機數發生器407, 用於在每個周期以相等的概率來生成0到(T-l)之間的任意整數；查找單 元408，用於輸出預先存儲在由隨機數發生器407的輸出和輸入電信號307 指定的地址中的n個當前周期最後接通邊界位置信息(Sn，…，S,)和n個當前周 期首先接通邊界位置信息(S'V，…，S",);以及n個解碼器4(M(n)到4(M(1)。在第四類幅度到陣列編碼器400 (D)中，n個解碼器404(n)到404(1)的操作與 第一類幅度到陣列編碼器400 (A)的那些操作相同。
隨機數發生器407的輸出範圍T是依照用於根據本發明的光學無線發射 機的工程參數而確定的常數。在第四類幅度到陣列編碼器400 (D)中，隨 機數發生器407執行與第三類幅度到陣列編碼器400 (C)中的n個寄存器 403(n)到403(1)(其輸出最後周期最後接通邊界位置信息(S'n, ...， S',))的操作 對應的操作。即，隨機數發生器407可以用可均勻地輸出0與(T-l )之間 的整數的任意設備來替換。例如，隨機數發生器T可以用以T為模的計數器 來替換。
在第三類幅度到陣列編碼器400 (C)中，大尺寸的存儲設備被用於查 找單元，以便存儲各種狀態信息。然而，在第四類幅度到陣列編碼器400(D) 中，具有變量T的地址大小的信息存儲設備被用於查找單元，並且變量T被 唯一地確定。
在第四類幅度到陣列編碼器400 (D)中，雖然查找單元408的查找信 息配置方法類似於第三類幅度到陣列編碼器400 (D)的查找單元406的查 找信息配置方法，但是需要同時配置當前周期首先接通邊界位置信息(S"n，
S'、)和當前周期最後接通邊界位置信息(Sn, SO。
圖5A是根據本發明的實施例的、圖示了圖4C的查找單元的存儲器分
配圖的配置的視圖。
參考圖5A，查找存儲器500 (A)包括L個查找存儲器頁面501(0)到
501(L-l)。在其中最後周期最後接通邊界位置信息(S'n,...,S',)被用作用於查找
的狀態信息的情況下，基於輸入電信號X的大小和光源的數目來將數L確
定為formula see original document page 22
根據輸入電信號X的動態範圍來確定一個頁面的存儲器空間。第一查找 存儲器頁面501 (0)具有flm,行，並且每個行存儲與具體輸入電信號對應的
formula see original document page 22
當前周期最後接通邊界位置信息(Sn，...，S,)。例如，針對在第一查找存儲器頁
面501 (0)的第O行中存儲的信息，在其中最後周期最後接通邊界位置信息 (S'n, ...， S、)是(0, O)並且輸入電信號307的大小是0的情況下，當前周期最後接通邊界位置信息(Sn，…，S,)變成(O,…，0),其與最後周期最後接通邊界位 置信息(S'n，...， S',)相同。
第一查找存儲器頁面501 (0)的地址是fl，—1，其中存儲了用於提供
與輸入電信號的最大值fl，-l最接近的光功率強度的當前周期最後接通邊
界位置信息(Sn,…，S,)。
第二到最後查找存儲器頁面501 ( 1 )到501(L-l)的每個具有f^,行，並
且每個行根據與第一查找存儲器頁面501 (O)相同的原理來存儲當前周期最 後接通邊界位置信息(Sn,…，S,)。
圖5B是根據本發明的實施例的、圖示了圖4D的查找單元的存儲器分 配圖的配置的碎見圖。
參考圖5B，查找存儲器500 (B)包括T個查找存儲器頁面502(0)到 502(T-l)。數目T是基於在實現根據本發明的光學無線發射機時光源的驅動 負載而確定的變量。查找存儲器500 (B)的頁面配置方法與圖5B的查找存 儲器500 (A)的頁面配置方法相同，除了利用最後周期最後接通邊界位置 信息(Sn,…，SO和當前周期首先接通邊界位置信息(S"n, S'、)來構建要查找 和輸出的信息之外。
由於可任意地選擇查找存儲器頁面的數目T，所以與圖5A的查找存儲 器500 ( A)相比，可以用相對小量的查找存儲器頁面來構建查找存儲器500 (B)。
在根據本發明的光學無線發射機中，可通過使用小量的連接端子和線路 來連接大量的光源和驅動器，從而可能實現具有簡單結構的廉價光學無線發射機。
此外，在根據本發明的光學無線發射機中，可以通過僅接通和關斷具有 各種光功率強度的光源來生成任意的模擬光功率，從而可能實現高功率效率 的光學無線發射機。
此外，根據本發明，即使在使用具有不均勻光功率特性的多個光源的情 況下，也可能實現具有線性操作特性的光學無線發射機。領域的技術人員將理解，可以在其中進行形式和細節上的各種改變，而不脫 離由所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍。 工業適用性
本發明涉及一種光學通信設備，並具體地，涉及一種能夠以高功率效率 來傳送光學信號的光學無線發射機。在根據本發明的光學無線發射機中，可 通過使用小量的連接端子和線路來連接大量的光源和驅動器，從而可能實現 具有簡單結構的廉價光學無線發射機。
權利要求
1.一種高功率效率光學無線發射機，包括幅度到陣列編碼器，用於將從基帶調製器輸入的電信號的幅度轉換為光源控制信號，以生成與該電信號對應的光學輸出功率；光源驅動器組，用於基於所述幅度到陣列編碼器的光源控制信號來驅動光源；以及MMRS(修正的混合基數系統)或MMRR(具有冗餘的修正的混合基數系統)光源組，由光源驅動器組驅動，以生成不同的光功率強度。
2. 根據權利要求1的高功率效率光學無線發射機，其中MMRS光源組包4舌n個光源組，其中所述n個光源組的第一光源組包括mrl個第一單位光源，並且第一單位光源的相對光功率強度是1，其中所述n個光源組的第二光源組包括m2-l個第二單位光源，並且第二單位光源的相對光功率強度是m!;其中所述n個光源組的第k光源組包括mk-l個第k單位光源，並且第k單位光源的相對光功率強度是ilf m,;其中所述n個光源組的第n光源組包括nvl個第n單位光源，並且第n單位光源的相對光功率強度是"ri附,；以及其中n、 m,、 m2、 mk和nin是任意的自然數，並且MMRS光源組通過控制單位光源的開-關來生成具有範圍為從0到(j"^,-1 )的任意整數的光功率強度。
3. 根據權利要求1的高功率效率光學無線發射機，其中所述MMRR光源組包括n個光源組，其中所述n個光源組的第一光源組包括m,+a,-l個第一單位光源，並且第一單位光源的相對光功率強度是1,其中所述n個光源組的第二光源組包括m2+oi2-l個第二單位光源，並且第二單位光源的相對光功率強度是m1;其中所述n個光源組的第k光源組包括mk+(Xk-l個第k單位光源，並且第k單位光源的相對光功率強度是行m,;》=1其中所述n個光源組的第n光源組包括mn+an-l個第n單位光源，並且第n單位光源的相對光功率強度是fi'w,;以及其中n、 m,、 m2、 mk、 mn、 a,、 a2、 oik和an是任意的自然數，並且MMRR光源組通過控制單位光源的開-關來生成具有範圍為從0到(ft，-1 )的任意整數的光功率強度。
4.根據權利要求3的高功率效率光學無線發射機，其中，與使用單獨驅動的光源的光學無線發射機相比，按指數規律地減少在MMRS或MMRR
5. 根據權利要求3的高功率效率光學無線發射機，通過並聯、串聯、或者並聯和串聯二者地連接單位光源，來構建每個光源組的每個單位光源。
6. 根據權利要求3的高功率效率光學無線發射機，其中，生成用於驅動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號的所述幅度到陣列編碼器包括n-1個輸入轉換器，用於將所述電信號轉換為MMRS記數法電信號；n個模加法器，用於基於MMRS記數法電信號的位信息(Qn， ...， Q2, R,)和最後周期最後接通邊界位置信息(S'n,…，S'O來計算MMRS記數法電信號的當前周期最後接通邊界位置信息(Sn, ...， S,);n個寄存器，用於存儲當前周期最後接通邊界位置信息；以及n個解碼器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和最後周期最後接通邊界位置信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信號。
7. 根據權利要求6的高功率效率光學無線發射機，其中每個模加法器通過使用模加法方法來計算當前周期最後接通邊界位置信息；和其中所述模加法方法是將最後周期最後接通邊界位置信息(S'k)相加到電信號的位信息(Qk或R!)、將該結果除以每個位的單位光源的數目(mk+(Xk-l)以獲得餘數、並將該餘數輸入到當前周期最後接通邊界位置信息(Sk)的方法。
8. 根據權利要求3的高功率效率光學無線發射機，其中，生成用於驅動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號的所述幅度到陣列編碼器包括n-1個輸入轉換器，用於將所述電信號轉換為MMRS記數法電信號；n個模加法器，用於基於MMRS記數法電信號的位信息(Qn, Q2, R,)和當前周期首先接通邊界位置信息(S"n， ...， S、)來計算MMRS記數法電信號的當前周期最後接通邊界位置信息(Sn，…，Sj);n個隨機數發生器，用於生成當前周期首先接通邊界位置信息； n個解碼器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和當前周期首先 接通邊界位置信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信號。
9. 根據權利要求8的高功率效率光學無線發射機，其中每個模加法器通過使用模加法方法來計算當前周期最後接通邊界 位置信息；和其中所述模加法方法是將當前周期首先接通邊界位置信息(S"k)相加到 電信號的位信息(Qk或R0、將該結果除以每個位的單位光源的數目(mk+ak-l) 以獲得餘數、並將該餘數輸入到當前周期最後接通邊界位置信息(Sk)的方法。
10. 根據權利要求3的高功率效率光學無線發射機，其中，生成用於驅 動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號的所述幅度到陣列編碼器包括查找單元，用於輸出預先存儲在由電信號和最後周期最後接通邊界位置 信息(S'n, S',)所指定的信息存儲器中的當前周期最後接通邊界位置信息 (Sn,…，S0;n個寄存器，用於存儲當前周期最後接通邊界位置信息； n個解碼器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和最後周期最後 接通邊界位置信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信號。
11. 根據權利要求10的高功率效率光學無線發射機， 其中查找單元的查找存儲器頁面的數量是通過電信號和光源的數目來確定的，其中每個查找存儲器頁面的存儲器空間是通過電信號的動態範圍來確 定的；以及其中每個查找存儲器頁面具有行，並且每行存儲當前周期最後接通 邊界位置信息(Sn，…，S,)。
12. 根據權利要求10的高功率效率光學無線發射機，其中所述查找單 元通過使用光源驅動器的驅動功率電壓信息和光源組的溫度信息來輸出最 佳的當前周期最後接通邊界位置信息(Sn,S0。
13. 根據權利要求12的高功率效率光學無線發射機， 其中當設置高功率效率光學無線發射機時，固定驅動功率電壓信息，以及其中光源組的溫度信息被存儲在輔助存儲器設備中，並且當操作溫度改變時被加載到查找單元上。
14. 根據權利要求3的高功率效率光學無線發射機，其中，生成用於驅 動MMRS或MMRR光源組的光源控制信號的所述幅度到陣列編碼器包括隨機數發生器，用於生成用於確定查找開始位置的信號(0 T-1);查找單元，用於輸出預先存儲在由電信號和用於確定查找開始位置的信 號(O T-l)所指定的信息存儲器中的當前周期最後接通邊界位置信息(Sm…, Sj)和當前周期最後接通邊界位置信息(S"n,S"O;以及n個解碼器，用於基於當前周期最後接通邊界位置信息和當前周期首先接通邊界位置信息來生成用以控制單位光源的開-關的光源控制信號。
15. 根據權利要求14的高功率效率光學無線發射機，其中查找單元的查找存儲器頁面的數量是T，其中每個查找存儲器頁面的存儲器空間是通過電信號的動態範圍來確 定的；以及其中每個查找存儲器頁面具有A"7,行，並且每行存儲當前周期最後接通/ = 1邊界位置信息(Sn， ...， S,)和當前周期最後接通邊界位置信息(S;…，S"!)。
16. 根據權利要求3的高功率效率光學無線發射機，其中所述隨機數發 生器是相等地輸出範圍從1到T-1的整數的設備。
全文摘要
提供了一種高功率效率光學無線發射機，其能夠解決低功率效率、由於非線性輸出而導致的信號失真、大量的連接端子、和光源的光功率強度的不均勻性的問題。所述高功率效率光學無線發射機包括幅度到陣列編碼器，用於將從基帶調製器輸入的電信號的幅度轉換為光源控制信號，以生成與該電信號對應的光學輸出功率；光源驅動器組，用於基於幅度到陣列編碼器的光源控制信號來驅動光源；以及MMRS(修正的混合基數系統)或MMRR(具有冗餘的修正的混合基數系統)光源組，由光源驅動器組驅動，以生成不同的光功率強度。
文檔編號H04B10/17GK101682428SQ200880017130
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月21日 優先權日2007年3月22日
發明者樸泰俊, 李旺周, 田溶一, 金榮夫 申請人:韓國電子通信研究院