引言
目前，用于室內(nèi)計算機數(shù)據(jù)通信的無線接入網(wǎng)技術(shù)主要有藍牙、紅外和HomeRF等。從傳輸速率來看，藍牙為1Mbps，F(xiàn)IR標準的紅外線可以達到4Mbps (未來的VFIR標準紅外線將達到16Mbps);HomeRF的傳輸速率只有1Mbps~2Mbps(FCC建議增加到8Mbps~11Mbps)。而且，它們的實際測試速度都與理論值之間有不小的差距，僅可以滿足對速度要求不高的無線接入網(wǎng)技術(shù)。然而，實際應(yīng)用對速度的要求越來越高，為了適應(yīng)高速無線接入網(wǎng)技術(shù)，滿足大容量的高速數(shù)據(jù)傳輸要求，專家學(xué)者們正在研究更高傳輸速率的無線接入網(wǎng)技術(shù)。計算機USB接口和無線光通信技術(shù)的結(jié)合將為計算機提供高速的無線接入。
可見光無線接入系統(tǒng)
無線光通信是在無線電通信基礎(chǔ)上向更高射頻頻率的延伸，與無線電通信相比，無線光通信有著更加明顯的優(yōu)點，如帶寬更寬、容量更大、安全保密性更高、不受無線電頻段電磁波的干擾等，而且頻譜資源無需頻率使用許可證。由于具有以上優(yōu)勢，再加上實現(xiàn)高速無線網(wǎng)絡(luò)的要求，無線光通信越來越受到關(guān)注和重視。由于USB快速、方便、簡單，將外部設(shè)備與計算機相連時，USB接口已經(jīng)成為最優(yōu)先的選擇。通過USB接口，利用無線光通信可實現(xiàn)高速的無線接入網(wǎng)技術(shù)。基于USB接口的可見光無線通信系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成：
1.接口電路，連接計算機和光收發(fā)機，將來自計算機USB的信號變換成適合發(fā)射電路調(diào)制的信號，同時將接收電路送來的信號變換成USB信號送給計算機，實現(xiàn)高速率的無線雙工通信。
2.光發(fā)射電路，將經(jīng)過USB接口電路處理過的信號進行編碼調(diào)制，調(diào)制過的信號再經(jīng)放大后送入調(diào)制光源——可見光激光器(LD)，使其發(fā)出被編碼電信號調(diào)制的可見光光脈沖信號(這個過程稱之為電光轉(zhuǎn)換，即E/O轉(zhuǎn)換)，最后經(jīng)光學(xué)天線發(fā)射到大氣信道中。
3.光接收電路，通過光學(xué)天線把發(fā)送端發(fā)送來的光脈沖信號會聚到光電檢測器(APD)，將接收的光信號轉(zhuǎn)換成電信號(這個過程稱之為光電轉(zhuǎn)換，即O/E轉(zhuǎn)換)，轉(zhuǎn)換過來的微弱電信號經(jīng)過放大解調(diào)后送給USB接口電路。
電路系統(tǒng)設(shè)計
橋接電路
橋接電路的作用是使計算機和后面的收發(fā)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。在圖1中，脈碼調(diào)制/解調(diào)電路和接口電路可以集成在一個稱為橋接器的芯片里面。USB接口信號屬于總線型信號，這種數(shù)據(jù)電平不是通信中所要求的脈沖波形，即不是通信中的基帶信號，所以，必須把它轉(zhuǎn)換成諸如 TTL電平形式的基帶信號后才可以作為調(diào)制信號。橋接電路的主要任務(wù)就是完成這種轉(zhuǎn)換;當計算機接收數(shù)據(jù)時，橋接器的主要功能與發(fā)送數(shù)據(jù)時相反。
計算機進行高速數(shù)據(jù)傳輸時，其傳輸速率的高低與橋接器的轉(zhuǎn)換速率息息相關(guān)，所以，選擇并設(shè)計好橋接器及其外圍電路至關(guān)重要，通過軟硬件的控制去配合USB的不同速率形式(USB2.0有低速、全速和高速三種速率形式)。這里，選用了STIR4220橋接芯片，其轉(zhuǎn)換速率可達16Mbps。它是一個低成本、低功耗、USB到紅外光(完全可以用于可見光信號)傳輸?shù)臉蚪涌刂破骷Ｋ瓿蒔C USB接口數(shù)據(jù)與光信號之間的轉(zhuǎn)換，令光調(diào)制信號通過USB口與計算機進行無線數(shù)據(jù)通信，主要解決以下三方面的問題：信號形式的轉(zhuǎn)換——差分信號/TTL 電平信號的轉(zhuǎn)換;編碼方式的轉(zhuǎn)換——PPM編碼/USB的反向NRZI差分碼的轉(zhuǎn)換;傳輸速率的轉(zhuǎn)換——USB相應(yīng)速率/16Mbps速率的轉(zhuǎn)換，這些是高速無線光通信實現(xiàn)的橋梁。
發(fā)射電路
發(fā)射機是無線接入網(wǎng)技術(shù)通信的重要組成部分，它的功能是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)送出去，主要由光源和驅(qū)動電路組成。在系統(tǒng)設(shè)計中選用的驅(qū)動器為Maxim公司的MAX3905光通信驅(qū)動芯片，其傳輸速率為8Mbps~150Mbps。它有兩個輸入緩沖器電路，一個是為差分數(shù)據(jù)設(shè)計的輸入端(IN+和IN-)，另一個是為TTL電平信號單端輸入的緩沖器。二者受DIFF端電平的控制，當DIFF端懸空(高電平)時，選擇 TTL單端輸入;當DIFF端接地(低電平)時，選擇的是差分輸入，在本設(shè)計中選用TTL單端輸入。該芯片還包含輸入緩沖器、緩沖輸入控制器、信號檢測器、溫控器、調(diào)制電流發(fā)生器、偏置電流發(fā)生器、輸出驅(qū)動器等電路。MAX3905在電路設(shè)計、布局、尺寸(小)、性能、功能等方面是目前相關(guān)器件中比較優(yōu)良的一種。