TW432825B - Optical communication system - Google Patents

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五、發明説明（/ ) Α7 Β7 ^^部屮"^·'—^，·^-1-171·於A口 ft ·"印 發明領域 本案係為一光通信系統，尤指應用於衛星通信之光通 信系統。 發明背景 就目刖衛星通信而言’以微波（microwave)做為載波 係屬大不，但以K a頻段為例，其傳輸頻寬頂多只有 155M1DU/S，再加上發射微波所需之功率頗大，於是在傳 送大量的數位信號時，則必須以分段之方式傳送，因此所 花費的時間和金錢是相當多的。而隨著所傳輸資訊量之急 遽增加，微波通信將不能符合未來的需求，特別是目前地 面的光纖通信主幹的傳輸頻寬已可達4〇Gbit/s，其傳輸容 量遠比微波通信之承載量大的許多，因此未來衛星通信若 需與光纖通信相結合形成全球高速通信骨幹網（G1〇bal high speed communication backbone network )，則·夺、 需改進現有衛星通信之頻寬，而將利用雷射光為載波之光 通信技術應用在衛星通信上，似乎是改善衛星微波通信頻 寬不足問題之必然趨勢。 而關於光通信之習用技術中，S. Arnon和N. S. Kopeika 於 1997年Applied Optics 第 36卷，第 9期，第 頁提出可適性光發射器和接收器的設計，以解 決雲層所產生的干擾。這種設計須知道雲層變化的資料， 2 石纸张尺度家棉今.（（、NS ) Λ4規格（2!0'Χ297公梦—） C讀先閱讀背面之泣意事項-f^:s5本寊) -装- 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) =能作光發射器和接收器的調整，可是雲層變化資料的取 仟將會是一件很困難的工作，而且這只針對於氣候問題而 設計，除了氣候因素外，像發射器，衛星和接收器種種的 一切雜訊則未加以考慮。 另外 ’ S. Arnon，s. Rotman 和 N· s. Kopeika 於 1997 年 IEEE Transaction on Aerospace and Electronic System，第 34 卷，第 2 期，第 590-590 頁中 提出如何減少衛星震動所產生的誤碼率的方法。此方法是 把解調出來的信號誤碼率，在計算單元中加以計算，來調 整系統參數，減少誤碼率的發生。可是對於氣候問題和頻 率漂移現象卻未加以探討，因此不適合實際用在地球和衛 星間的通信。 至於 Van Deventer 於 1 995 年 US Patent 5,457,563 中出新的系統架構’以解決光極化現象。此架構是在信 號發射知加上兩顆光混波器（Optical mixer)，運用在 光纖上是利用光耗合器（〇ptical coupler)，把信號分成 兩段於兩個不同的路徑發射出去，然後在接收端，利用光 檢測器（Photodetector)和外差式接收器（Heterodyne receiver)，把信號給解調出來，因為發射出來的兩信號 是同一個信號源，利用路徑的不同而產生信號時間延遲現 象’因此在接收端被解調時，則可以把極化現象給消除 掉。不過以雷射為信號載頻，在實際上會有頻率不穩的現 象，因此這種方法也只能以雷射在穩定狀態為前提而使 用0 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） t.------ΐτ------^ * - (請先閱讀背面之注意Ϋ'項再 π本頁) 4323 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（多） 而 Horiuchi 等人於 1995 年在 US Patent 5,463,461 中提出利用光放大器（Optical amplifier)，放大本地振盈 雷射（Local oscillator laser)的功率，並且利用光耦合器 (Optical coupler)和光檢測器（Photodetector)所組成 的外差式接收器（Heterodyne receiver)，把接收的微弱信 號給放大’然後在光檢測器後再加上一階電信號放大器。 這項發明有其優點，不用調高雷射發射功率的大小，就可 以達到高功率雷射所產生的結果，不過此發明卻沒有針對 雷射頻率不穩定的缺點而加以解決，因此以此發明不易解 調出正確的信號。 在關於Taneya等人於 1995年在US Patent 5,45 7,56 1中提出發射器利用由接收端的本地振盪雷射的 信號’和發射信號混波，經過頻率鑑別器（Frequency discriminating device)後所產生的差頻，再利用控制電 路（Control circuit)，和雷射波長變化控制器 (Wavelength variable laser element)，來調變發射信 號；在接收端’由於是同一個本地振盪雷射，因此可以解 調出發射端被調變的信號。由於這是利用雷射光的波長來 調變信號’因此在頻率漂移的情況下則不能夠使用這項發 明，再加上這是為了短距離傳輸而設計的，因此也不適用 於衛星通信上。 但是’由於用以產生雷射光之雷射振盪器（laser oscillator)極易受到溫度變化的影響，進而產生頻率不穩 定的現象’而且當信號從發射端到接收端，也將會受到許 4 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） t------IT------0 * , (請先Μ讀背φ'之注意事項真 C本頁} ^ . l Λ r: c山女J A7 ---------B7 五、發明説明（4 ) 多的信號干擾的問題，所以在接收端中解調信號時，因為 是光頻的關係’因此在傳統同調光通信系統中將不易於鎖 定接收到的信號’並且會大大影響解調的品質。 、 綜觀上述習用手段之缺失，本發明的主要目的即是為 了改善習用手段之缺失而發展出效能更诖之光通信系統， 主要以解決雷射光頻率不穩定所造成之缺失，進^有效提 升系統整體之功能。 更進一步，本發明的目的是提出—個新的衛星光通信 系統以改善傳統衛星光通信系統的問題，進而達到低傳送 功率，低料率，傳輸頻寬大的目標，以改善目前微波衛 星通信系統所存在之微波頻道頻寬之限制。 發明概述 (請先閲讀背面之注意事項具 巧本頁) -裝· 訂 繾濟部智慧財產局員x消費合作社印製 本案係為一種光通信系統，包含：_光發 ，出一載有欲傳送資訊之光信號；一第—參考光信號產生 益，用以發出一第一參考光信號，該第一參考光信號之頻 率與該載有欲傳送資訊之光信號頻率間具有一第一固定頻 率差值Π， 一光收訊器，接收經一光傳送路徑所傳送之該 載有欲傳送資訊之光信號與該第一參考光信號後進行處 ，，藉以取出該欲傳送資訊；以及一第二參考光信號產生 态，用以發出一第二參考光信號至該光收訊器，該第二參 考光信號之頻率大小係因應該載有欲傳送資訊之光信號之 頻率與該第一參考光仏號頻率間所具有之該第一固定頻率 本紙張尺度遑用中國國家操率（CNS ) A4規格（21G X297公f A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 6 五、發明説明（Γ 差^以及本身所發出之該第二參考光信號頻率與該 光信號頻率間所具有之一第三頻率差值f3間 差值in-f3|之大小而調整，進而消除本系統中所可 之光信號頻率漂移。 根據上述構想，光通信系統中該光發訊器包含：— 信號調變裝置，其係用以將欲傳送資訊調變成一電信號傳 送出去雷射光信號產生器，電連接於該電信號調變裝 置，> 其係用以將該電信號轉換成一載有欲傳送資訊之雷射 光信號；以及-2><2光麵合器，光路連接於該雷射光信號 產生器與該第-參考光信號產生器，第—光輸入路^ 接收該載有欲傳送資訊之雷射光信號後分別以一第一光輸 出路徑與一第二光輪出路徑傳送出去=> 』 根據上述構想，光通信系統中該第一參考光信號產生 器包含：一光鎖頻迴路，光路連接於該2χ2光耦合器之第 二光輸出路徑上，其係因應由該第二光輸出路徑所輸出之 該載有欲傳送資訊之雷射光信號頻率之一漂移量，進而產 生一強度隨該漂移量調整之一電壓信號；一第一本地振盪 雷射光信號產生器，電連接於該光鎖頻迴路以及光路連接 於該2x2光輛合器之第二光輸入路徑上，其係用以產生一 第一參考雷射光信號至該2Χ 2光耦合器之第二光輪入路 徑，而該第一參考雷射光信號之頻率係因應該光鎖頻迴路 所輸出之該電壓信號之強度而改變，使得該第一參考雷射 光信號之頻率與該载有欲傳送資訊之雷射光信號頻率間具 有該第一固定頻率差值fl。 、 本纸張尺度通用中國國家標準（CNS) (請先閱讀背*'之注t事項¾:馬本頁)

A7 B7 立、發明説明（έ ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據上述構想，光通信系統中該光收訊器包含：一2 光耦合器，光路連接於該光傳送路徑與該第二參考光 铋號產生器，其係以一第一光輸入路徑接收以該光傳送路 徑所傳送之該載有欲傳送資訊之雷射光信號與該第一參考 雷射光信號’卩及以―第二光輸人路徑接收該第二參考光 «產生器所產生之該第二參考光信號；—光檢測器，光 路連接於該2X1_合器之光輸出路徑，用㈣光信_ 換為電信號；以及一電信號解調變裝置，電連接於該光檢 測器，用以將取出該欲傳送資訊以及頻率為該第三頻率差 值门之一第三電參考信號後輸出。 根據上述構想，光通信系統中該第二參考光信號產生 益包含.一濾波裝置，電連接於該光檢測器，用以取出頻 率為，第-固定頻率差值？1之一第一電參考信號；一信號 混波器，電連接於該濾波裝置與該電信號解調變裝置，用 以將該第-電參考信m第三電參輕纽波後得致一 頻率為lH-f3|之參考信號輸出；一頻率鑑別器，電連接於 該仏號混波器，用以因應該參考信號頻率| |之變化’ 發出強度正比於頻率丨_ 〇 I大小之電壓信號；以及一第 二本地振盪雷射光信號產生器，電連接於該頻率鑑別器以 及光路連接於該2X1光耦合器之第二光輸入路徑上，其係 用以產生一第二參考雷射光信號至該2χ 1光耦合器之第二 光輸入路徑，而該第二參考雷射光信號之頻率係因應該頻 率鑑別益所輸出之該電壓信號之強度而改變，使得該第二 7 表紙張尺度速用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公慶 (請先閱讀背面之注意事項A¾本寅) 裝· 訂 線 五、發明説明（7 = 載有欲傳送資訊之雷射光信 -二信系統中該光傳送路徑係包含有 毛射望遠鏡，光路連接於該2)<2光輕合器 =亡上==等雷射光信號發射出去;-裝設於」人 “鏡，光=接:==!!光:號;以及-接 L m 使砲x1九耦合态之第一光輸入路徑 ，用以接收㈣反射鏡所反射出之鱗雷射光信號。 根據上述構想’光通信系統中該光傳送路徑係為一光 纖。 根據上述構想，光通信系統中該電信號調變裝置與該 電信號解調變裂置所進行之調變.解調變動作係為一鍵控 頻移（FSK)調變-解調變方法。 根據上述構想，光通信系統中更包含一光偏極控制 器:其係光路連接於該第二本地振盪雷射光信號產生器以 及該2 X 1光耦合器之第二光輸入路徑之間。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 JL 消 合 社 印 製 根據上述構想，光通信系統中更包含一光偏極控制 器，其係光路連接於該第一本地振盪雷射光信號產生器以 及該2x2光輛合器之第二光輸入路徑之間。 本案之另一方面係為一種光通信系統，包含：一光發 sfl器’用以發出一載有欲傳送資訊之光信號；一第一參考 光信號產生器，用以發出一第一參考光信號，該第—參考 光信號之頻率與該載有欲傳送資訊之光信號頻率間具有一 第一固定頻率差值Π; 一光收訊器，接收經一光傳送路徑 8 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐 Α7 Β7 五、發明説明 後進行處欲傳送#訊之光錢與該第—參考光信號 以取出該欲傳送資訊；以及-第二參考光 ^號產生器，用以發出一第二I老# 該第二參考光作號之福袁女 〇心以光收5fl器， 来應該翁欲傳送資訊之 號與遠第一參考光信號間所具有之該第一固定頻率差 ΐ光二iii所發出之該第二參考光信號頻率與該第-參 考先ί5唬頻率間所具有之該第二頻率差值f2間差值|fI_f2丨 IS而輕，進而消除本系統中所可能產生之光信號頻 >根據上述構想，光通信系統中該光發訊器包含： 變^置，其制以將欲傳送f訊調變成—電信號傳 ^ ’厂雷射光信號產生n，t連接於該電信號調變袭 將該電錢轉換成__載有欲傳送資訊之雷射 Μ號，以及一 2x2光耦合器，光路連接於

產生器與該第一參考光信號產生器…第一光:= 接收該載有欲傳送t訊之雷射光錢後分㈣-第 出路徑與—第二光輸出路徑傳送出去。 J 經 部 智 慧 財 k 局 η 工 消 合 作 社 印 製 =上述構想，光通㈣統中該第-參考光信號羞生 器匕3 ‘ 一光鎖頻迴路，光路連接於該2χ2光耦合器之第 -光輸出路徑上，#係、因應由該第二光輸出路徑所輸出之 該載有欲傳送資訊之雷射光信號頻率之一漂移量，而產生 -強該漂移量調整之_電壓信號；—第—本地振逢雷 ，光U產生n， f連接於該光鎖頻迴路以及光路連接於 °玄X 2光#合器之第二光輸入路徑上，其係用以產生—第 9

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（2】0x 297公釐） A7 B7 432325 五'發明説明（7) 一參考雷射光信號至該2x2光耦合器之第二光輸入路徑， 而該第一參考雷射光信號之頻率係因應該光鎖頻迴路所輸 出之該電壓信號之強度而改變，使得該第一參考雷射光信 號之頻率與該载有欲傳送資訊之雷射光信號頻率間具有該 第一固定頻率差值Π。 根據上述構想’光通信系統中該光收訊器包含：一 2 xl光耗合器，光路連接於該光傳送路徑與該第二參考光 信號產生器，其係以一第一光輸入路徑接收以該光傳送路 傻所傳送之該載有欲傳送資訊之雷射光信號與該第一參考 雷射光信號，以及以一第二光輸入路徑接收該第二參考光 信號產生器所產生之該第二參考光信號；—光檢測器，光 路連接於該2 xl光耦合器之光輸出路徑，用以將光信號轉 換為電信號；以及一電信號解調變裝置，電連接於該光檢 測器，用以將取出該欲傳送資訊以及頻率為該第二頻率差 值f2之一第二電參考信號後輸出。 根據上述構想，光通信系統中該第二參考光信號產生 器包3 . —慮波裝置，電連接於該光檢測器，用以取出頻 率為該第一固定頻率差值fl之一第一電參考信號；一信號 混波器，電連接於該濾波裝置與該電信號解調變裝置，用 以將該第一電參考信號以及第二電參考信號混波後得致一 頻率為之參考信號輸出；一頻率鑑別器，電連接於 該信號混波器，用以因應該參考信號頻率|fl_f2丨之變化， 發出一強度正比於頻率|fl-f2丨大小之電壓信號；以及一第 一本地振盪雷射光信號產生器，電連接於該頻率鑑別器以 10 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） ---------裳— (請先閱讀背面之注#事項*¾本頁) 丁 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 ------------------- A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（ =2:=1光耗合器之第二光輸入路徑上，其信 考雷射絲號至該2x 1光輕合11之第二 走」而5玄第二參考雷射光信號之頻率係因應該頻 率鑑別器所輸出之該電Μ信號之強度而改變，使得第二 參考雷射光錢之頻率可隨該載有欲傳送f訊之 號頻率產生漂移時而進行調整。 •根據上述構想，光通信系統中該光傳送路徑係包含 有：一發射望遠鏡，光路連接於該2χ2光耦合器之第一光 輸出路徑上，肖以將該等雷射光信號發射出去；-裝設於 一人造衛星上之反射鏡，用以反射該等雷射光信號；以及 一接收望遠鏡，光路連接於該2χι光耦合器之第一光輸入 路徑上，用以接收由該反射鏡所反射出之該等雷射光芦 號。 。 根據上述構想，光通信系統中該光傳送路徑係為一光 纖。 根據上述構想，光通信系統中該電信號調變裝置與該 電仏號解調變裝置所進行之調變-解調變動作係為一鍵控 頻移（FSK)調變-解調變方法。 根據上述構想’光通信系統中更包含一光偏極控制 益，其係光路連接於該第二本地振盪雷射光信號產生器以 及該2 X 1光耦合器之第二光輸入路徑之間。 根據上述構想，光通信系統中更包含一光偏極控制 器，其係光路連接於該第一本地振盪雷射光信號產生器以 及該2x2光耦合器之第二光輸入路徑之間。 11 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS ) Α4規格（2! 〇 X 297公釐） ^------，玎------^ . - (请先聞讀背面之注t事項Α .馬本頁) •广、.产^ 五、 發明説明（ A7 B7 第 信號，該第载出-第-參考光 =頻率間具有-第:=差:ί有: 信ί;Γ:ί2ί有Γ送資訊之光信號與該第一參考光 處理，藉以取出該欲傳送資訊；以及

小；因：ί=，處理，該第二參考光信號WA 信號頻該第一參考光 出之令® A 该第頻率差值以及本身所發 之頻车 :ί:ί:光信號頻率與該載有欲傳送資訊之光信號 羊間所具有之一第三頻率差值„間差值丨fl_f3l之大小 移《，進而消除本系統t所可能產生之光信號頻率漂 本案之再一方面係為一種光通信方法，包含：發出 傳送資訊之光信號；S出一第一參考光信號，該 呈! 一光偽號之頻率與該載有欲傳送資訊之光信號頻率間 ：、第一固定頻率差值fl;接收經一光傳送路徑所傳送 =載有欲傳送資訊之光信號與該第—參考光信號後進行 一处理，藉以取出該欲傳送資訊；以及提供—第二參考光 2進行該處理，該第二參考光信號之頻率大小係因應 載有欲傳送資訊之光信號頻率與該第一參考 所具有之該第-固定頻率差值η以及本身所發 參考光信號頻率與該第一參考光信號之頻率間所具有之 12 _輯家鮮（CNS〉鐵格（21GX297公着 ---------#------ΪΤ------線， (請先閲讀背·面之注*-事項w¾本I) 經濟部智婪財產局員工消費合作社印製 該 五、發明説明（ A7 B7 ^頻率差值η間差值丨fl_f2|之大小而料，進而消除本 系統中所可能產生之光信號頻率漂移。 簡單圖式說明 解： 本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得一更深入之了 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第一圖：其係本案所揭露之光通信系統之基本功 圖。 & 第二圖’其係本案所揭露之光通信系統應用於衛星通信上 之一較佳實施例功能方塊示意圖。 第三圖：其係光鎖頻迴路121之較佳實施例功能方塊示意 圖。 * 第四圖：其係以鍵控頻移（FSK)調變-解調變方法為例所 發展出之信號解調變裝置143及濾波裝置15 i之較佳實施 例功能方塊示意圖。 第五圖（a)(b):以鍵控頻移（FSK)調變-解調變方法為例， 其發射端及接收端之頻譜分佈示意圖。 第’、圖.其係用以分析參考信號的CNR對應調變信號功率 與接收端本地振盪雷射功率的關係示意圖s 第七圖：其係分析本案較佳實施例中在不考慮雷射光相位 雜訊的情況下，誤碼率對應調變信號功率與接收端本地振 盪雷射功率的關係示意圖。 能方塊 ---------#------ΪΤ—--^---^ 一 Τ {請先閱讀背面之注意事項*-¾本頁) 13 本紙浪尺度速用中國國家標準（CMS ) A4規格（2【〇χ 297公釐） ^ Jco 五 、發明説明（Θ A7 B7 = =慮雷射光相位雜 雷射功率的關係示意圖周變^功率與接收端本地振盡 本案圖式t所包含之各元件列示如下： 第一參考光信號產生器12 光收訊器14 電信號調變裝置1 Π 2χ 2光耦合器1 13 第二光輸入路徑1132 ， 第二光輸出路徑1134 第一本地振盪雷射光信號產生 器122 光檢測器121 1 混波器1 2 1 3 參考電壓振盪信號產生器1215 裝設於人造衛星上之反射鏡 132 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 光發訊器π 光傳送路徑1 3 第一參考光信號產生器15 雷射光信號產生器112 第一光輸入路徑1 13 1 第一光輸出路徑1 133 光鎖頻迴路121 光偏極控制器123 放大器1212 低頻濾波器1214 發射望遠鏡131 望遠鏡133 第一光輪入路徑1411 光輸出路徑1413 電信號解調變裝置143 信號混波器152 第二本地振盪雷射光信號 (请先閱讀背面之注意事項真約本頁) 2Χ 1光耦合器141 第二光輸入路徑1412 光檢測器142 濾波裝置1 5 1 頻率鑑別器153 14 本紙浪尺度速用中國國家標準（CNS ) Α4規格U10X297公釐） A7 B7 產生器154 光偏極控制器155 信號平方檢測器1433、 1434 減法器1436 信號取樣器1438 帶通濾波器151 I、1512 較佳實施例說明 中頻濾波器1431、1432 加法器1435 低通濾波器1437 信號判別器1439 加法器1 5 1 3 I裝-- (請先閲讀背•面之注奢事項' 寫本頁) 請參見第一圖，其係本案所揭露之光通信系統之基本 功成方塊圖’其主要係由光發訊器1 1、第一參考光信號產 生器、光收訊器14以及第二參考光信號產生器15所構 成，而透過光傳送路徑13進行光信號之傳遞。其中，光發 訊器U係用以發出一載有欲傳送資訊之光信號，而為能消 除傳統光通信系統所常發生之光信號載波頻率漂移現象， 本案係於信號發射端增設該第一參考光信號光信號產生器 12，用以產生頻率與光發訊器n所發出之光信號載波頻率 間具有一第一固定頻率差值Π之第一參考光信號後一併送 出，經光傳送路徑13之傳遞，光收訊器14在接收到該載有 欲傳送資訊之光信號與該第一參考光信號後進行處理，藉 以取出該欲傳送資訊，而此時該第二參考光信號產生器15 便可因應該載有欲傳送資訊之光信號之頻率與該第一參考 光信號頻率間所具有之該第一固定頻率差值[丨以及本身所 15 本紙張尺度通州τ圏國家標準（CMS ) A4規格（210X 297公董）

rIT 線 經濟部智慧財產局員工涓費合作社印製 432325 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發出之該第二參考光信號頻率與該載有欲傳送資訊之光信 號頻率間所具有之—第三頻率差值間差值|fl-f3|之大小 而5周整，進而消除本系統中所可能產生之光信號頻率漂 移。 再请參見第二圖，其係本案所揭露之光通信系統應用 於衛星通信上之-較佳實施例功能方境示意圖，其中，光 發訊g§ll係由如圖所示之電信號調變裝置m、雷射光信 號產生器112以及2χ 2光耦合器113所組成，而電信號調 變裝置1Π用以將欲傳送資訊調變成一電信號傳送至該雷 =光信號產生器112，雷射光信號產生器U2用以將該電 #號轉換成載有欲傳送資訊之雷射光信號後送入該2χ 2光 ，合器113之第一光輸入路徑Π3丨後分別以第一光輸出路 L 1133與第二光輸出路徑1134傳送出去。而第一參考光 k號產生器12則由光鎖頻迴路121以及第一本地振盪雷射 光L號產生器1 2 2所組成，光鎖頻迴路丨2 1係因應由該2 χ 2光耦合器113之第二光輸出路徑丨Π4所輸出之該載有欲 傳送資訊之雷射光信號頻率之一漂移量，進而產生一強度 隨該漂移量調整之一電壓信號，而第一本地振盪雷射光= 號產生器122所產生之第一參考雷射光信號之頻率則係因 應該電Mb號之強度而改變，使得該第一參考雷射光产穿 之頻率能與該載有欲傳送資訊之雷射光信號頻率間具有該 第一固定頻率差值Π，而該第一參考雷射光信號透過一光

偏極控制器123耦合至該2χ 1光耦合器之第二光輪入路 1132。 I 16 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） "I^i I— n K - ------練--------- *· t請先聞讀背面之注意事項声舄本f) ‘ η Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五'發明説明（4 進一步關於光鎖頻迴路121之組成，請參見第三圖所 揭示之較佳實施例功能方塊示意圖，其主要係由光檢測器 I2Il(photodetector)、放大器 12 12、混波器 1213、低 頻濾波器1 2 1 4及參考電壓振盪信號產生器1 2 1 5所構 成，用以產生強度隨該漂移量調整之電壓信號。而因其工 作原理與一般鎖頻迴路並無不同，故在此不再贅述。 再回到第二圖之所示，頻率具有該第一固定頻率差值 Π之第一參考雷射光信號與該載有欲傳送資訊之雷射光信 號經該2X2光耦合器113之第一光輸出路徑n33 一併 輸出至發射望遠鏡131後發射出去，穿過大氣層到達裝設 於人造衛星上之反射鏡1 3 2後，經反射後傳回接收望遠鏡 133進行接收並傳輸至光收訊器14中。該光收訊器14主 要由2x1光耦合器141、光檢測器142以及電信號解 變裝置⑷所構成，其令2X1光耗合器⑷係以第$ 輸入路徑1411接收該載有欲傳送資訊之雷射光信號與該 第=參考雷射光信號，而光檢測器M2則將光信號轉換為 電t號後輸至電信號解調變裝置143進行解調變，進而取 出該欲傳送資訊與頻率為第三頻率差值f3之一第三 考信號後輸出。另外，第二參考光信號產生器15則 波裝置、1 5 1、錢混波器i 52、頻率鑑別器i 53以及二 本地振蘯雷射光信號產生器154所組I其巾⑽ 151將光檢測H 142所輸出之電信號進行濾波而取 為該第-固定頻率差值fl之一第一電參考信 遇波器152則將該第—電參考信號以及第三電參考信號^ ^------iri^---^---^ • - (請先閱讀背面之注意事項再 t本頁) 17 * -

發明説明（17 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 波後得致-頻率為丨fl_f3丨之參考信號輸出至頻率鑑別器 153(當把解設定為fl=f3時便可將頻率鑑㈣去掉而 改以一低通濾波器取代），頻率鑑別器153便 信號頻率之變化，發出一強度正比於頻率ϋ = 小之電壓信號至第二本地振盪雷射光信號產生器ΐ54，而 第二本地振盪雷射光信號產生器154便產生一第二參考雷 射光信號經一光偏極控制器1 55耦合至該2χ 1光耦合器 141之第二光輸入路徑1412，由於該第二參考雷射&信 號之頻率係因應該頻率鑑別器153所輸出之該電壓信號^ 強度而改變，使得該第二參考雷射光信號之頻率可隨該載 有欲傳送資訊之雷射光信號頻率產生漂移時而進行調整， 如此將使得接收端做出正確的鎖頻動作，進而解決雷射光 信號頻率不穩定的現象，有效提升系統功能。 根據上述之技術揭露，本案可應用於各式調變_解調 變方法’而為能清楚說明本案技術’吾人於下係以鍵控頻 移（FSK)調變-解調變方法為例進行說明，此時電信號解 調變裝置1 4 3及濾波裝置1 5 1之組成，則如第四圖所示之 較佳實施例功能方塊示意圖，其中電信號解調變裝置1 4 3 包含有兩個中頻濾波器（IF filter)1431、1432，兩個信號 平方檢測器（Square law detector)1433、1434,加法器 1 43 5 ,減法器1436 ’低通濾波器（Low pass Filter)I437 ’信號取樣器（Sampler)1438以及信號判別器 (Decision threhsold)1439，而濾波裝置151則包含有帶 通濾波器（Band Pass Filter)1511、1512以及加法器 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格UI 〇 X 297公釐） • I — -‘ (I —^1 . (請先閱讀背面之注意事項真巧本頁) I I · 裝 訂 線 A7 ________ B7_五、發明説明（β ) i513。進一步以數學推導方式進行說明： 在發射端，載有欲傳送資訊之雷射光信號和第一 參考雷射光信號LT(t)，其表示方法各為下列式子： S(〇 = cos(m// + φχ(ί)) (W[= +Aw=>m(t) w, - 1 [w2 = - Aw =〇 m{t) 0) (2) 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製

Lr (() = c〇s(wr/ - φτ (/)) 在這裡Ps和PT是分別表示載有欲傳送資訊之雷射光信號 和第一參考雷射光信號功率的表示法，《J>S(t)和())T(t)表示 相位雜訊’ ws是載有欲傳送資訊之雷射光信號的載波頻 率’ 表示第一參考雷射光信號的光頻，m(t)為基頻信 號的表示，而Aw則為鍵控頻移（FSK)的頻率調變。我們 利用光鎖頻迴路1 2 1把ws和wT之頻率差wd(Wd =2 7Γ f 1) 固定住以在接收端產生一參考信號，由第五圖（a)就可以很 清楚瞭解其於發射端之頻譜分佈。 當雷射光信號從發射端之發射望遠鏡131發射之後， 將會受到光束發散、大氣中微粒子對光的吸收和散射，所 以信號從發射端經反射鏡132到接收端之接收望遠鏡133 後’其信號功率將衰減為 (3) ^------1T------.^ (請先聞讀背面之注意事項3Γ寫本頁) _____19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X2^7公着) 43282' A7 B7 五、發明説明) P, unscait^r 尺娜exP(-0 (4)

Lc r = —^ L, (5) Γ表示氣候衰減變數，和pun分別表示為 源和接收到的衰減信號，而Lc (average讣“匕以勾和“ (extinction length)則分別表示雲層平均厚度和衰減路^ 長度 信號功率也會隨衛星震動的影響而使信號強度衰減下 來’其哀減量可以表示。 4x,,(^) = exp(-^2) (6) A表示衛星震動的角度，而衛星震動的角度的機率分佈如 下 f(〇r) = ~^xp σ„ ---------裝------、玎|-----^ . _ f請先閱讀背面之注意Ϋ項h .寫本頁) er 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 (7) 而為 \0.5 〜七树)。j (8) 這裡的SNR是指在中頻濾波器1431、1432之後的訊雜 20 本紙張尺度遑用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五 '發明説明Uc ) 比。 總括以上各種的衰減，在接收端所接收到的信號，可 以用式子表示： v {9r) exp(-r) cos(w, t + φ5 (t)) (9) :」PTRhs、丄k „.v ) exp(--r) cos(wr/ + φτ (/)) (10) R!〇ss表示k號因光束的發散角而衰減的衰減量。 = -τ^~Γ=Γ - -~λ ⑴） 2LDt+V2^v (l-2c〇s(^)) V V ' )} 這裡A是望遠鏡33鏡片的孔徑，A是望遠鏡23鏡片的孔 徑，心_s為發射器到衛星間的距離，而g則是光束的發散 角。 這裡A是接收望遠鏡丨33鏡片的孔徑，A是發射望遠鏡 13 1鏡片的孔徑，E為發射望遠鏡131到人造衛星間的 距離’而Θ,則是光束的發散角。 當反射的雷射光信號Srenect(t)、Lrefiect(t)被接收望 遠鏡133所接收時，其所接收到的信號已經過前述的一些 因素而產生功率衰減，因此，在接收端吾人較佳係可利用 外差式接收方式來提高系統的靈敏度。 接收端之第二本地振盪雷射光信號產生器154所產生 21 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） ---------g-------iT—^---^---^ ‘ - (請先閲讀背面之注意事項再.？本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 lCNR ' 五、發明説明（N ) 之第二參考雷射光信號LR(t)，可表如下 ^(0 = V^cos(>v + A(〇) (12) PR為其接收端本地振盪器雷射輸出功率，Wr是頻率的表 示，而<|>R(t)則表示相位雜訊，而在經過光檢測器142轉換 後的電信號i(t)，其數學式子可表示成： ' I(t) = R{ l/2Ps^/f„,I(^)(exp(-r))2 +l/2Pri?i〇(i.Z(^)(exp(-r))2 +\/2PR + 2jp^RhssL(9r )(exp(-r))2 cosk 士 △£〇> + (念(f)—木.(f))]+ ) exp(-r)cos[(w/F ± Αω} + (φΞ (t) - φτ (〇)]+ 2^jPrPRRi0SSL(er) exp(-r)cos[w;Hί + (φτ(ι)^ φκ(f))] } 一 (13) 這裡的 wd(wd =2 ττ fl)、wIF(WiF =2 ττ f3)和 wLH (wLH = 2;rf2)分別為信號s(t)和LT(t)之間的差頻、信號s(t) 和LR(t)之間的差頻以及LT(t)和LR(t)之間的差頻，由 第五圖（b)亦可以清楚瞭解其於接收端之信號頻譜分佈。 我們可由式子（13)可取出由發射端所產生的參考信號，其 信號可表為： ；t〇 = 2R^j PsPr Rlnss 11〇^ )(exp(-r))2 ± Αω)ί + (<ps (〇 - φτ (/))] (14) 為了能提高鎖頻迴路的準確度，因此在中頻濾波器 1431、1432濾出信號，在另一組帶通濾波器（Band Pass 22 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規/格（210X 297公釐） ---------裝------iT---^---Φ (請先聞讀背面之注*·事項*舄本頁) 432325 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明

Filter)1511、1512也截出信號，把這兩種信號混波之 後’因此會得到參考信號iCNI^t)，其結果為： . (aV _ W (’) = j」PRPr (RloxsLhv (9r))'5 (exp(-r))3 c〇s[(wJ( ± Δνν)/ + (/) _φγ(^)] (15) 在這裡wdi(wdi = 27r|fl-f3|)表示wd與wIF之間的差頻， 而R則是光檢測器的光嚮應常數（Responsivity)，因此本 發明所接收到的參考信號訊噪比（carrier-t〇_n〇ise ratio)為 ryR— iR2Ps ν^Λ (^,Λ,,ν ))'5(exp(-r))3 'f__ (2 及 人.《(A) ejiP(-r) + 2Λλ/ΡχΡ7. Rlmi UR )(exp(_r))2 j2 (y + y) (16) 〇s和στ分別表示射雜訊（shot noise)和熱雜訊（thermai noise)的符號。 2q(I(〇 + Id)Af (17) (18) q、k、Temp、和rl分別表示電子電荷量、波兹曼常數， 溫度和負載阻抗，而Id、An和Δ f則分別表示暗電流、放 大器雜訊，以及濾波器頻寬，故CNR可表為 _____23_ 本紙浪尺度通用中國國家標率（CNS ) A4规格(210X297公釐） ---------^------1T------0 (请先閱讀背®·之注*-事項真 C本頁) ^323;：5 A7 B7 五、發明説明卜>) CNR: (Rl〇isLlm (0r))'s (exp(-r))3 )2 ：(19) (2/?此户人人D exp(-r) + 2R々sPr n (0, )(exp(-r))2 )2 (σ 卜 ) 當鎖定雷射信號之後’我們利用兩個中頻遽波器 1 4 3 I、1 4 3 2把調變信號濾出來，並且再經信號平方檢測 器（Square law detectoOMSS、1434，加法器 1435，減 法益1436 ’低通滤波器（Low Pass Filter)1437，信號取 樣器（Sampler) 1438以及信號判別器（Decisi〇n threhs〇ld)1439之後續處理，以取出欲傳送資訊。上述過 程可以數學式子表示如下。 我們把中頻濾波器1431 設計其時間響應為： 中頻濾波器143 1之時間響應 「cos[(iu/F+Δ_] if te i432和低通濾波器1437 (請先閲讀背面之注意事項再 r本頁) 装. BPF.it) T 0 〇，工 _ a〇， (20) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 中頻濾波器14 3 2之時間響應： ^cos^- -Δω>] if te if ^ 〇, 0

〇，[ a T (21) 線 低頻濾波器1 43 7之時間響應 (22) 24 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（21 〇χ 29?公釐） 五、發明説明（4) A7 B7 這裡T和α分別是調變信號的週期和大於1的正整數。調變L號經過上述三個濾波器並取樣判別，可以推得誤碼率BER(bit error rate)公式，來表示系統效能，如 下式所示 1 - πΑνΤ — a(g + ^AvT -acos(2AwT la))l2 {2^Tf —— 45 πΑν Τ' a. ς(2ΑωΤ) + or + 2a {請先閱讀背面之注寒項具^is ’裝 ψφχ ψφΓ)\2 6α (2ΑωΤγ 這裡△ ^疋指信號S(t)和LT(t)個別相位雜訊之和，及 Δν = Avs + Δν^ (24)△ U S和△ U L分別為S(t)和LT(t)的相位雜訊。 (23) 訂 ς(2ΑωΤ)： I _ g -βρ^ωΐ Ψ~β' l-e^wT ~ ρ2ΑωΤβ-ρ2&ωΤ for β *\ for β = \ (25) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (26) -0.0155- 0.263 0.578 a a n 1.5 2.22 jj ^ 0.27--— +- a a q = ρΐΑωΤ^Ι - β1 25 本紙浪尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (27) 432B25 A7 B7 五、發明説明（ (28) ψφ ) = --2PSRT〇,aiA^v)exp(-T)~ (29) Γ 2σ(θΓ)2 為了使得誤碼率降到最低，可設計系統滿足ΔνΤ / ct S 1 S 2 最後可以得到此發明系 Λ〇Τ/(χ之條件，再代入式子（23)， 統的誤碼率（BER)如下 BER(9r) = Q{y(er))= w) (30) BER= jBER(er)f(〇r)d0r (31) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 式子（3〇)裡的7；是一個經驗上的數值，其大小等於丨.36。 在本實施例中，吾人利用外差接收方式放大傳輸信號 及參考信號，並將這兩個信號濾出來後再利用一個信號混 波52來產生一新的參考信號，之後’再利用此新的參 考乜，來鎖定調變信豸。由於原冑之參考信號在發射端已 被穩定住了，因此在接收端就不需增設額外之參考信號 源，這樣不僅能夠使系統架構更加簡單，而且有可以 參考信號源所帶來的信號雜訊。 ’’ 為驗證本系統之可行性，特分析系統效能（B 送微波參考信狀訊噪比（CNR)。在本實財，我們模擬 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2Ι〇χ297公釐） ---------装------IT—,--.---^ (请先閲讀背面之注意事項H,寫本頁) B7 五、發明説明（斗） 上述較佳貫施例在傳送2.5 G b p s數位信號，系統效能與傳 送參考信號之訊噪比，均能滿足通信要求之規格作為實施 例。第六圖是分析參考信號的CNR對應調變信號功率與 接收端本地振盪雷射功率的關係，其他參數均定義在表I 中〇 表1.

參數名稱 符號 數值 衛星到地球的距離 Z 35000 krr 光檢測器反應常數 R — 丨. 一 〜 0, 7 波兹曼常數 k 1. 38x 1077^ 溫度 Tewp 300 K 接收機阻抗 RL 50Q 放大器雜訊 An 1 dB 暗電流 Ia lO'^A 資料速率 Δ尸 --------— 2. 5 Gb〇s 光束發散角 Θ r 0. 55x 1〇 ®〇~ 氣候因素衰減常數 厂 --- 4 衛星震動角度標準差 (7 vr 〇oooT 尹頻濾波器參數 a — -----—. 4 發射端望遠鏡口徑 ------------- a lr rr 接收端望遠鏡口徑 a 1 rr 雷射相位雜訊 Δ p 一 n 第一參考雷射光信號功率 Pt lOOnrU 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第六圖的分析圖中可以清楚的發現，參考信號€ CNR會隨Pr功率的增加而變大。而且從分析^中名 知，當PS等於20dBm時，則Pr變化範圍在卜 27

1通用中國國家標準（CNS〉Α4規格（210X297公I 432825 A7 B7

五、發明説明（D 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 28 2 0dBm仍可使參考信號的CNR值可高於i5dB。由第 2圖的f析結果證實了參考信號可以有效的*此系統傳輸 么號第七圖是分析本發明在不考慮雷射光相位雜訊的情 況下’誤碼率對應調變信號功率與接收端本地振盪雷射功 率的關係，其參數則分別定義在表2.中。 表2.

參數名稱 符號 數值 衛星到地球的距離 Z 35000 krr 光檢測器反應常數 R 0. 7 波茲曼常數 k 1. 38x 10 23 溫度 Tenp 300 K 接收機阻抗 RL 50Q 放大器雜訊 An 1 dB 暗電流 Id 10 6 A 資料速率 △ f 2. 5 Gbps 光束發散角 Θ r 0. 55x l〇'6° 氣候因素衰減常數 r 8 衛星震動角度標準差 σ wr 0. 1 中頻濾波器參數 a 8 FSK調變頻率差 Δ w 5 GHz 發射端望遠鏡口徑 a lcrr 接收端望遠鏡口徑 Dr In 雷射相位雜訊 Δ p 0 第一參考雷射光信號功率 Pt lOOrrtA 由第七圖的分析結果發現，BER會隨Ps和Pr功率的 增加而逐漸減低，根據我們的研究發現，當功率P S達到 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐） I - - ί I I 裳 訂 . ^ 線 (請先閱讀f面之注意事項JB.舄本頁) 43281 A7 B7 五、發明説明（站） 17dBm以上’功率PR介於udBm到20dBm之間，系統 傳輸信號之BER將可小於10-9，因此證明信號可以在這 此系統以適當的參數可有效地傳輸信號。第八圖分析在有 相位雜訊的情況下，BER對應調變信號功率與接收端本地 振盪雷射功率的關係’其參數定義則在表3中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印焚 表 3 參數名稱 Γ符號 數值 衛星到地球的距離 Z 35000 krr 光檢測器反應常數 R _ 0. 7 波茲曼常數 k 1. 38x 10—23 溫度 丁emp _ 300 K 接收機阻抗 RL 50 Ω 放大器雜訊 An 1 Db 暗電流 ΙΟ'6 A 資料速率 △ f 2. 5 Gbps 光束發散角 Θ r 10 60 氣候因素衰減常數 τ 8 衛星震動角度標準差 (J vr ____ 〇.0001 中頻濾波器參數 a 一 1 FSK調變頻率差 Δ w 2. 5 GHz 發射端望遠鏡口徑 a ------- ----------- lcnr 接收端望遠鏡口徑 Dr " --------- _____ lnr 雷射相位雜訊 Δ 1 〇MHz 第一參考雷射光信號功率 Pt ___________ X 1 * _ ___________ i〇〇nV\r 由第八圖的分析結果發現，BER亦會隨p #Pr功率 的增加而有逐漸變小的趨勢，根據我們的研究發現Ps達 __ 29 本紙張尺度遴用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公廣） (讀先閎讀背面之注倉事項κ 寫本頁) '装. 丁 -5 線· 工j “山*。 Λ 7 Β7 五、發明説明（1) 到2 0dBm以上，PR介於1 7dBm到20dBm之間，BER將 可小於10-9，而且在Ps = 20dBm以及PR = 20dBm，其系 統在雷射相位雜訊等於3GHz下，仍然可以傳輸2.5Gbps 的資料量。在第六圖的參考信號的CNR與信號功率和接 收端本地振盪雷射功率的關係分析圖令，我們可以發現一 個結果，比照表4 大氣層中各種雲層的平均統計資料，即 各雲層與衰減常數r的關係。 表4. 雲層種類 (Type of Cloud) 平均高度 (Average altitude) (xlOOO呎） 層 消失長度 (Extinction Length) (Layer) (公尺） 平均厚度 (Average (Thickness) (ext.lengths) 積雨雲(Cumulonimbus) 2.5-18 中（middle) 25 120 雨雲（Nimbostratus) 6.5-10 中（middle) 55 51 高積雲(Altocumulus) 15· 20 中(m(ddle) 65 18 高層雲(Altostratus) 14-22 中(middle) 45 30 層積雲（Stratocumulus)2.5-3.0 中（low) 20 27 層雲（Stratus) 2-5 中（low) 15 62 積雲(Cumulus) 2-5 中（low) 50 10 卷層雲（Cirrostratus) 30-35 高(high) 350 5 卷積雲（Cirrocumulus) 22'26 高(highi 350 5 卷雲（Cirrus) 20-30 高（high) 350 3 當氣候因素衰減常數r = 1〜4之間，也就是當氣候條 件是積雨雲（Cumulonimbus 2500-18000ft)和卷積雲 (Cirrocumulus 22000-26000)的組合時，在傳輸資料速 率為2.5 Gbps，在衛星震動角度標準差為0.0001的情形 下，微波參考信號CNR的通信品質仍然可達到訊噪比為 1 5dB以上，因此，本發明在這些衰減因素的條件下，仍 30 本纸浪尺度適用中國國家揉孪（CNS ) A4規格（2〖0X297公釐） (請先閱讀背面之注*事項一 ..寫本頁) 裝- 訂 線 經濟部智,¾財產局員工消費合作社印製 432G；：5 五'發明説明（y) 可以準確地讓自動鎖頻迴路抓出參考信號點，作者 2.5GbPS的基頻信號之用。除了上述的優點之外，= 所使用的接收機，在調變信號被鎖定之後，其解調^ 4號品質，也仍然是非常的好。而且由第七圖和第八 分析圖中可以得知，本發明不僅能夠在氣候較差的 仍可以傳輸信號’其傳輸資料量比傳統㈣波通信衛星 傳輸資料量還要大。第八圖是分析有雷射相位雜訊的條件 下的分析結果。由分析圖中結果顯示，系統在有相位雜訊 的環境之下，系統傳輸品質將會受到影響，不過，若在中 頻遽波器中雜改良，仍可改善系統傳輸效能。如第八圖 雷射的相位雜訊是10MHz,若改良中頻濾波器α參數為 3，也就是最理想的濾波器頻寬，這樣也仍能達到所需 通信品質的要求。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的特點在於可將參考信號傳到遠端，使相距甚 遠的發射端與接收端能夠做外差接收，還可以免於受到雷 射光頻不穩定的現象，而使衛星通信品質大幅度的提升， 而且如果雷射有相位雜訊的產生，則本發明的系統仍然可 以達到不錯的通信品質。本發明能夠傳輪2· 5Gbps的資料 量，乃是因為本發明的鎖頻迴路能夠把高速的調變頻次載 波頻率給去除掉，只取出射頻信號來做信號鎖頻，因此有 报尚的信號鎖定準確率；此外其發射與接收器製作簡單， 而且製作成本降低，因此適合應用於高速衛星通信系統以 及光纖網路之上。此外，傳統的衛星通信系統，在衛星上 尚需有電力（太陽能）來源’以提供大功率微波發射與接 31 本紙浪尺度通用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 2325 A7 B7 五、發明説明（七 收器電源使用。在本發财，衛星上只需放 控制電路即可使用，相當省$， ㈣塑¥ *本系統不怕太陽黑子 :響’又可作多光束重疊’經一個鏡面上反射，作多重 操取（Multiple Access)使用。 另外，吾人亦可改利用本身所發出之該第二參考光信 號頻率與$第—參考光信號頻率間所具有之 值Π間差值附2丨之大小來進行第二參考光信號頻率之調 整、’此只需將電信號解調變裝置〗43與濾波裝置151之元 件進灯調整與修改即可完成，仍可達成消除習用系統令所 可能產生之光信號頻率漂移。本案發明得由熟習此技藝之 人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍 所欲保護者。 ---------^------iTi:---^---0 (請先®讀背面之注意事項再... .¾本頁) 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 32 本紙張尺度通用中國國家標準 ( CNS )八4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 32321 A8 m cs D8 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印製 申請專利範圍 種光通信系統，包含： 一光發訊器，用以發出一載有欲傳送資訊之光信號； 一第一參考光信號產生器，用以發出—第一參^光’信 號，該第一參考光信號之頻率與該載有欲傳送資訊之光作 號頻率間具有一第一固定頻率差值π ; ° 一光收訊器，接收經一光傳送路徑所傳送之該載有欲 傳送資訊之光信號與該第一參考光信號後進行處理，藉以 取出該欲傳送資訊；以及 一第二參考光信號產生器，用以發出一第二參考光信 號至該光收訊器，該第二參考光信號之頻率大小係因應該 載有欲傳送資訊之光信號之頻率與該第一參考光信號 間所具有之該第一固定頻率差值Π以及本身所發該第 二參考光信號頻率與該載有欲傳送資訊之光信號頻率間所 具有之一第三頻率差值f3間差值|fl_f3|之大小而調整，進 而消除本系統中所可能產生之光信號頻率漂移。 2·如申請專利範圍第1項所述之光通信系統，其中該光發 訊器包含： 一電信號調變裝置，其係用以將欲傳送資訊調變成一 電信號傳送出去； —雷射光信號產生器，電連接於該電信號調變裝置， 其係用以將該電信號轉換成一載有欲傳送資訊之雷射光信 號；以及 σ 一 2x2光耦合器光路連接於該雷射光信號產生器與 該第一參考光信號產生器，以一第一光輸入路徑接收該載 33 本紙張尺度適财國國家梯準（CNS)如胁（21Gx297公着 ； ； 訂 線 (請先Μ讀背面之注^^項再填寫本頁) 經濟部令央樣丰局貝工消费合作社印装 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 f欲傳送資λ之雷射光信號後分別以—第_光輸出路徑與 一第二光輸出路徑傳送出去。 〃 3.如申請專利範圍第2項所述之光通信系統，其中該第— 參考光信號產生器包含： 〆 一光鎖頻迴路，光路連接於該2x2光執合器之第二光 輸出路徑上，其係因應由該第二光輸出路徑所輸出之該載 有欲傳送資訊之雷射光信號頻率之一漂移量，進而產生一 強度隨該漂移量調整之一電壓信號； —第一本地振盪雷射光信號產生器，電連接於該光鎖 頻迴路以及光路連接於該2x2光耦合器之第二光輸入路徑 上，其係用以產生一第一參考雷射光信號至該2χ2光耦合 器之第二光輸入路徑，而該第一參考雷射光信號之頻率係 因應該光鎖頻迴路所輸出之該電壓信號之強度而改變，使 得該第一參考雷射光信號之頻率與該載有欲傳送資訊之雷 射光信號頻率間具有該第一固定頻率差值fl。 4.如申請專利範圍第3項所述之光通信系統，其十該光收 訊器包含： 一2x1光耦合器，光路連接於該光傳送路徑與該第二 參考光彳s號產生器，其係以一第一光輸入路徑接收以該光 傳送路徑所傳送之該載有欲傳送資訊之雷射光信號與該第 一參考雷射光信號，以及以一第二光輸入路徑接收該第二 參考光信號產生器所產生之該第二參考光信號； 一光檢測器，光路連接於該1光耦合器之光輸出路 徑，用以將光信號轉換為電信號；以及 34 本纸乐尺度遗用中國國家揉準（CNS ) Α4洗格（210X297公釐） . ί I 1 装 ϋ 訂J Ί 線’ (請先Μ讀背面之注意事碩彳填寫本頁) ABCD 夂、申請專利範圍 —電信號解調變裝置，電連接於該光檢測器，用以將 取出該欲傳送資訊以及頻率為該第三頻率差值f3之一第三 電參考信號後輸出。 5·如申請專利範圍第4項所述之光通信系統，其中該第二 參考光信號產生器包含： 一遽波裝置，電連接於該光檢測器，用以取出頻率為 該第一固定頻率差值Π之一第一電參考信號； 一信號混波器，電連接於該濾波裝置與該電信號解調 變裝置，用以將該第一電參考信號以及第三電參考信號混 波後得致一頻率為丨fl-f3丨之參考信號輸出； 一頻率鑑別器，電連接於該信號混波器，用以因應該 參考化號頻率I f 1 - f3 I之變化，發出一強度正比於頻率丨f J _ f3!大小之電壓信號；以及 經濟部中央揉準局員工消費合作社印11 (請先闐讀背面之注意事項填寫本1) 一第二本地振盪雷射光信號產生器，電連接於該頻率 鑑別器以及光路連接於該2χ 1光耦合器之第二光輸入路徑 上，其係用以產生一第二參考雷射光信號至該2χ1光耦合 器之第二光輸入路徑，而該第二參考雷射光信號之頻率: 因應該頻率鑑別器所輸出之該電壓信號之強度而改變，使 得該第二參考雷射光信號之頻率可隨該載有欲傳送資訊之 雷射光信號頻率產生漂移時而進行調整。 6·如申請專利範圍第5項所述之光通信系統，其中該光 送路徑係包含有 、° 一發射望遠鏡，光路連接於該2x2光耦合器之第—光 輸出路徑上，用以將該等雷射光信號發射出去； 35 本紙張尺皮逍用t國國家標隼（CNS ) A4规格（210X297公癀） Α8 Β8 C8 D8 經濟·部中央樣準局員工消費合作杜印裝 π、申請專利範圍 一裝設於一人造衛星上之反射鏡，用以反射該等雷射 光信號；以及 —接收望遠鏡，光路連接於該2x1光耦合器之第一光 輸入路徑上，用以接收由該反射鏡所反射出之該等雷射光 信號。 7.如申請專利範圍第5項所述之光通信系統，其中該光傳 送路徑係為一光纖。 8 .如申請專利範圍第5項所述之光通信系統，其中該電信 號調變裝置與該電信號解調變裝置所進行之調變-解調變 動作係為一鍵控頻移（FSK)調變-解調變方法。 9.如申請專利範圍第5項所述之光通信系統，其中更包含 一光偏極控制器，其係光路連接於該第二本地振盪雷射光 k號產生器以及該2χ 1光麵合器之第二光輸入路徑之間。 1 0 ·如申晴專利範圍第3項所述之光通信系統，其中更包含 一光偏極控制器，其係光路連接於該第一本地振盈雷射光 信號產生器以及該2x2光耦合器之第二光輸入路徑之間。 —種光通信系統，包含： —光發訊器，用以發出一載有欲傳送資訊之光信號； 一第一參考光信號產生器，用以發出一第—參考光信 號，該第一參考光信號之頻率與該載有欲傳送 號頻率間具有一第一固定頻率差值fl; 一光收訊器，接收經一光傳送路徑所傳送之該載有欲 傳送資訊之光信號與該第一參考光信號後進行處藉以 取出該欲傳送資訊；以及 ’ 36 本紙法尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先S讀背面之注意ί項ί填寫本頁) -裝 訂-7- 線 ^32325 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 一第二參考光信號產生器，用以發出一第二參考 號至該光收訊器，該第二參考光信號之頻率大小係因席1 載有欲傳送資訊之光信號與該第一參考光信號間所具4 該第一固定頻率差值π以及本身所發出之該第二參考光广 號頻率與該第一參考光信號頻率間所具有之該第二頻率 值〇間差值之大小而調整，進而消除本系統中=可 能產生之光信號頻率漂移。 12.如申請專利範圍第n項所述之光通信系統，其中該 發訊器包含： 、以 一電信號調變裝置，其係用以將欲傳送資訊調變成— 電信號傳送出去； 一雷射光信號產生器，電連接於該電信號調變裝置， 其係用以將該電信號轉換成一載有欲傳送資訊之雷^光信 號；以及 ° 一 2x2光耦合器，光路連接於該雷射光信號產生器與 該第一參考光信號產生器，以一第一光輸入路徑接收該載 有欲傳送資訊之雷射光信號後分別以一第一光輸出路徑與 一第二光輸出路徑傳送出去。 1 3 _如申請專利範圍第1 2項所述之光通信系統，其中該第 一參考光信號產生器包含： 光鎖頻迴路，光路連接於該2x2光轉合器之第二光 輸出路徑上，其係因應由該第二光輸出路徑所輸出之該載 有欲傳送資訊之雷射光信號頻率之一漂移量，而產生一強 度隨該漂移量調整之一電壓信號； 37 本纸承尺度速用ϋϊ"家標準（CNS ) A4洗格（210X297公 (請先閎讀背面之注$項，楱寫衣頁) .訂 經濟部中央祿丰局員工消費合作社印*.

   π、申請專利範圍 一第一本地振盪雷射光信號產生器，電連接於該光鎖 頻迴路以及光路連接於該2Χ 2光耦合器之第二光輸入路徑 上，其係用以產生一第一參考雷射光信號至該2χ 2光耦合 器之第二光輸入路徑，而該第一參考雷射光信號之頻率係 因應該光鎖頻迴路所輸出之該電壓信號之強度而改變，使 得該第一參考雷射光信號之頻率與該載有欲傳送資訊之雷 射光信號頻率間具有該第一固定頻率差值Π。 14.如申請專利範圍第13項所述之光通信系統，其中該光 收訊器包含： 一 2x 1光耦合器，光路連接於該光傳送路徑與該第二 參考光彳§號產生器，其係以一第一光輸入路徑接收以該光 傳送路徑所傳送之該載有欲傳送資訊之雷射光信號與該第 一參考雷射光信號，以及以一第二光輸入路徑接收該第二 參考光信號產生器所產生之該第二參考光信號； 一光檢測器，光路連接於該2x1光耦合器之光輸出路 徑，用以將光信號轉換為電信號：以及 一電信號解調變裝置，電連接於該光檢測器，用以將 取出該欲傳送資訊以及頻率為該第二頻率差值f2之一第二 電參考信號後輸出。 輕濟部中夬榛準局員工消f合作杜印製 (請先Μ讀背面之注意事項/填寫本頁) 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所述之光通信系統，其中該第 二參考光信號產生器包含： 一濾波裝置，電連接於該光檢測器，用以取出頻率為 該第一固定頻率差值Π之一第一電參考信號； 38 本紙乐尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4洗格（2!0Χ 297公釐） 5 2 '0 2 3 4 88 88 ABCD 經濟部中央榡窣局員工消費合作社印袈 六、申請專利範圍 -信mu’電連接於該渡波裝置與該電信號解調 變裝置，帛以將該第-電參考信號以及第二電參考信號混 波後得致一頻率為|fl-f2|之參考信號輸出； 一頻率鑑別器，電連接於難航波H，料因應該 參考信號頻率_丨之變化，發出一強度正比於頻率. f2|大小之電壓信號；以及 一第二本地振盪雷射光信號產生器，電連接於該頻率 鑑別器以及光路連接於該2χ 1純合器之第二光輸入路徑 上，其係用以產生一第二參考雷射光信號至該2χ1光耦合 器之第二光輸人路徑’㈣第二參考雷射光信號之頻率係 因應該頻率鑑別器所輸出之該電壓信號之強度而改變，使 得該第二參考雷射光信號之頻率可隨該載有欲傳送資訊之 雷射光信號頻率產生漂移時而進行調整。 16.如申請專利範圍第15項所述之光通信系統，其中該光 傳送路徑係包含有： ^ 一發射望遠鏡，光路連接於該2χ2光耦合器之第一光 輸出路徑上，用以將該等雷射光信號發射出去； 一裝設於一人造衛星上之反射鏡，用以反射該等雷射 光信號：以及 一接收望遠鏡，光路連接於該2X1光耦合器之第一光 輸入路徑上，用以接收由該反射鏡所反射出之該等雷射光 信號。 1 7.如申請專利範圍第丨5項所述之光通信系統，其中該光 傳送路徑係為一光纖。 ^ 39 本紙涑尺度通用中國國家榡準（CNS ) Α4洗格（210Χ297公釐） ---------^------ΪΤ—--.---.^ - 為 f請先W讀背面之注ί項-Γ%寫本頁) 經 濟 部 中 樣 準 局 員 X. 消 費 合 作 社 印 % Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 18.如申請專利範圍第15項所述之光通信系統，其中該電 信號調變裝置與該電信號解調變裝置所進行之調變_解調 變動作係為一鍵控頻移（FSK)調變-解調變方法。 1 9.如申請專利範圍第1 5項所述之光通信系統，其中更包 含一光偏極控制器，其係光路連接於該第二本地振盪雷射 光仏號產生器以及該2χ 1光搞合器之第二光輸入路徑之 間。 2〇.如申請專利範圍第13項所述之光通信系統，其中更包 含=光偏極控制器，其係光路連接於該第一本地振盪雷射 光信號產生器以及該2χ 2光耦合器之第二光輸入路徑之 間。 2 1. —種光通信方法，包含： 發出一載有欲傳送資訊之光信號； ㈣第一參考光信號’該第一參考光信號之頻率與 該載有欲傳送資訊之光信號頻率間具有一第一固定頻率差 值; 接收經-光傳送路徑所傳送之該載有 信號與該第一參考光作 亏疋貝戒二元 送資訊；《及 知-處理，#«取出該欲傳 二之=參考光信 第:J考光信號頻率間所具有之該第-固定頻车 ί之光:參具考有光之信號頻率與該載有欲傳送資 料間所具有之一第三頻率差值。間差值 40 I I 裝— 1 —In —I ^ ί - -----線 (諳先聞讀背面之注意事項爿填寫本頁) 纽適财國困家禕準（(2|0二; 97公釐） A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 If 1 - f3 I 4.. I之大小而調整，進而消除本系 k唬頻率漂移。 τ所可能產生之为 22·—種光通信方法，包含： 發出一載有欲傳送資訊之光信號； 發出一第一參考光信號，該第—參 2有欲傳送資訊之光信號頻率間具有-第 ^接收經一光傳送路徑所傳送之該載有欲 仏號與該第_參考光信號後 取諸值 送資訊；以及 处主’料取出該欲傳 &供第—參考光k號進行該處理，該第二參考光信 頻率大小係因應該載有欲傳送資訊之光信號頻率與該 參考光信號頻率間所具有之該第一固定頻率差值fl以 及本身所發出之該第二參考光信號頻率與該第 一參考光信 旎之頻率間所具有之一第二頻率差值f2間差值之大 小而調整’進而消除本系統中所可能產生之光信號頻率漂 移。 ^^# J---；----0 (請先E讀背面之注意事項：.琪寫本S·) 經濟部t央橾率局員工消費合作社印装 -紙 本 逋 準 標 家 1 4 一廣 7/> 29