技术摘要：
具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信装置及方法属于无线光通信技术领域。在本发明之装置中，若干个静止置顶端分散布置于室内上方，每个静止置顶端的光信号发射接收窗口朝向室内正下方，若干个自转动用户端位于若干个静止置顶端下方，自转动用户端的光信号收发头  全部
背景技术：
随着信息化时代的到来，高清晰视频、大型网络游戏以及网络会议办公协作等与 数据处理与传输相关的通信技术逐渐普及，其中数据传输带宽属于一项瓶颈技术。 无线光通信具有高速率、无电磁干扰、频谱资源丰富、无电磁辐射以及高安全性等 优点，人们已经尝试开展室内无线光通信。与现有无线局域网(无线LAN)相比，室内无线光 通信同样是以光为载波传输信号，其通信速度可达每秒吉比特的量级，并且，其传输速度仍 有提升空间。不过，无线光通信也有其局限性，例如，相比于无线电通信，光传输的指向性较 强，在保证用户体验的前提下，两个通信端通信时需要较高的对准精度，这样才能在实现光 通信的同时，保证光能有更高的利用率，可是，要实现精确对准，对对准、跟踪装置的要求极 高，也就必然导致光通信系统结构变得复杂，造价提高，不利于推广应用；若要降低对准精 度，则需增大通信光光束的束散角，扩大光束覆盖范围，能量损耗则必然因此而加大；为弥 补能量损耗，保证信号强度，必须提高通信光的发射功率，光通信系统的负荷因而加重，何 况发光器件如LD、LED的实际发光功率也是有限的。 针对上述问题，专利号为ZL201610578152.9的一件中国发明专利给出一种“采用 多个可转动置顶端的多用户可见光通信装置及方法”，该方案通过布置多个可转动置顶端， 当游动用户出现在该通信区域时，多个可转动置顶端在各自的二维转动机构驱动下，将各 自配备的摄像头对准该游动用户，并将摄取的黑白图像传送给同一光纤交换及系统综合控 制器，通过灰度值判定由其中某一个可转动置顶端与该游动用户建立通信关系，实现空间 全覆盖，通信无死角。不过，该方案虽然解决了室内无线光通信系统对准、跟踪的问题，且束 散角及光发射功率需求合理，但是，该方案需要布置多个可转动置顶端，每一个可转动置顶 端上均配备二维转动机构及摄像头，还要设置一个光纤交换及系统综合控制器，在实现外 网与用户之间的双向数据传输的同时，控制多个可转动置顶端并最终确定其中某一个与某 一个用户端建立通信关系，这使得该多用户可见光通信装置的设计、制造变得非常复杂，成 本也很高；从方法方面评价，只要有一个用户进入通信室内，或者说，只要有一个用户在通 信室内游动，几乎所有可转动置顶端就都得进入工作状态，当其中某一个被确定后，其余退 出，当又一个用户寻求通信时，重复上述过程，可见，该方法在光通信关系建立过程中存在 拖延现象，整个系统工作负荷大，硬件损耗大，寿命短。然而，在现实需求中，并不是所有的 室内无线光通信用户都处在频繁的游动中，诸如写字间之类的场合，每个用户位置相对固 定，有限的活动可能只发生在一个置顶端的覆盖范围内，只要该用户的用户端能够保持与 其上方的置顶端对准和跟踪，无线光通信即可发挥作用并保持正常通信状态。 4 CN 111600656 A 说　明　书 2/6 页
技术实现要素：
为了提供一种室内无线光通信方案，该方案更适合位置相对固定、并非频繁游动 的用户，通信装置的结构相对简单，同时成本也较低，我们发明了一种具有静止置顶端自转 动用户端室内无线光通信装置及方法，该通信装置中的静止置顶端具有正常的束散角和发 射光功率，依该通信方法，拟与外网建立光通信关系的用户只需操作其自转动用户端即可 实现与该用户上方的静止置顶端的对准与跟踪，通信装置整体的负荷小，硬件消耗大幅减 小。 本发明之具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信装置其特征在于，若干个 静止置顶端分散布置于室内上方，每个静止置顶端的光信号发射接收窗口朝向室内正下 方，每个静止置顶端自其光纤接口通过光纤分别与同一个光纤路由器连接，静止置顶端与 光纤路由器之间彼此传输数据；所述光纤路由器具有入户光纤接口；若干个自转动用户端 位于所述若干个静止置顶端下方，所述静止置顶端与自转动用户端之间彼此能够无线光通 信；所述自转动用户端的光信号收发头在自转动用户端中的姿态控制模块控制下，能够自 转动以保持与某一静止置顶端的光信号发射接收窗口的对准状态；每个自转动用户端具有 USB接口。 一种具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信方法，将光纤路由器与外网连 接，自转动用户端通过其USB接口直接插装于用户设备上；来自外网的下传数据经由光纤路 由器传输给静止置顶端进行格式转换和信号调制，之后以光信号形式发射；来自用户设备 的上传数据由自转动用户端进行格式调整和信号调制，之后以光信号形式发射；其特征在 于，布置于室内上方的静止置顶端的光信号发射接收窗口朝向室内正下方并保持该朝向， 在室内下方形成信号覆盖区域；随用户设备进入所述信号覆盖区域的自转动用户端的光信 号收发头朝向所述静止置顶端的光信号发射接收窗口，手动调整光信号收发头直到用户设 备显示接收的信号最强，设定此时光信号收发头的姿态为零位，此时的方位角和俯仰角为 姿态初始值；之后在用户设备的使用过程中用户设备姿态变化引起自转动用户端的姿态初 始值的变化，在自转动用户端中的姿态控制模块控制下，光信号收发头能够在方位和俯仰 两个方向上自转动，将方位角和俯仰角恢复到所述姿态初始值上，保持光信号收发头与光 信号发射接收窗口之间的跟踪状态，维持静止置顶端与自转动用户端之间的光通信。 本发明之技术效果表现在两个方面。一方面表现在通信装置上，置顶端为静止式， 若干个这种静止置顶端均匀分布于室内上方，或者根据需要定点布设，每个静止置顶端的 信号光光源束散角为5°左右，即可在其下方大约2m～3m处形成有效的写字间一个工位的信 号覆盖区域，不要求置顶端、用户端中的发光器件具有较大发光功率，也不要求置顶端、用 户端中的光电器件具有很高的探测灵敏度；用户端具有简单的自转动结构，这种自转动用 户端的光信号收发头在姿态控制模块控制下，能够对准与跟踪静止置顶端的光信号发射接 收窗口；多个静止置顶端通过一个光纤路由器与外网连接。可见，在本发明之通信装置中， 不再采用现有技术中的黑白图像灰度值控制技术，省去了多个摄像头和光纤交换及系统综 合控制器，装置的结构得到简化，成本得到降低，能耗以及体积均大幅降低，易于推广应用。 本发明之技术效果另一方面表现在通信方法上，在以手动的方式直接实现一个用户端与一 个置顶端的对准后，由姿态控制模块控制光信号收发头保持其零位姿态，即可保持光通信 两端之间的跟踪，完全不同于现有技术总是先由多个可转动置顶端尝试与一个用户端建立 5 CN 111600656 A 说　明　书 3/6 页 光通信关系，而是直接在一个静止置顶端与一个自转动用户端之间建立光通信关系，过程 无拖延，通信装置整体的负荷小，硬件消耗小。 附图说明 图1为本发明之具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信装置中的静止置顶 端中的光信号发射接收窗口布局示意图。 图2为本发明之具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信装置中的静止置顶 端结构示意框图，该图同时示意静止置顶端与光纤路由器、自转动用户端的工作关系。 图3为本发明之具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信装置中的自转动用 户端结构示意框图，该图同时示意自转动用户端与用户设备、静止置顶端的工作关系。 图4为本发明之具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信装置中的自转动用 户端外部形状及结构立体示意图，该图同时作为摘要附图。