畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究.doc

非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究摘要光碼分多址充分利用了光的頻譜資源，適合局域網(wǎng)中突發(fā)流量、大流量和高速率環(huán)境，動(dòng)態(tài)分配帶寬，網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展。與光時(shí)分多址(OTDMA)，波分多址(WDMA)等多址技術(shù)相比，光碼分多址(OCDMA)技術(shù)憑借其高安全保密性，軟容量，支持異步接入，并且直接進(jìn)行光編碼和光解碼，網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有電節(jié)點(diǎn)，能真正實(shí)現(xiàn)在光層上的傳輸和交換，利于突破“電子瓶頸”效應(yīng)，構(gòu)成超高速率、超大容量的全光系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，吸引了越來(lái)越多人的注意和研究，并被認(rèn)為在未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)，特別是光接入網(wǎng)中具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。是?shí)現(xiàn)未來(lái)全光通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)之一。本文介紹了光通信中三種復(fù)用方式的應(yīng)用，對(duì)OCDMA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和其他三種復(fù)用方式的特點(diǎn)作了比較和歸納總結(jié)。重點(diǎn)對(duì)OCDMA系統(tǒng)的編解碼方法，編解碼器的構(gòu)造和工作原理，以及接收檢測(cè)部分作了理論分析。提出了新型的更有效率的編碼方案，最后對(duì)OCDMA技術(shù)進(jìn)行了展望總結(jié)。關(guān)鍵詞：光碼分多址（OCDMA）；編解碼器；素?cái)?shù)碼；光正交碼非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究NON-COHERENTOPTICALCDMASYSTEMCODECRESEARCHABSTRACTCurrentopticalfibernetworkisbotheredbytheelectricalbottle-neckeffect.Opticalcodedivisionmultiplexingtechniquetriestoovercomethisproblembytakinguseofopticalencodinganddecodingtorealizeopticalchannelmultiplexingwithoutswitching.Thistechniquecanincreasethedatatransferencespeedgreatly.Andithasevolvedintomanyvariations,e.g.,OpticalTimeDivisionMultipleAccess(OTDMA),WaveDivisionMultipleAccess(WDMA)andOpticalCodeDivisionMultipleAccess(OCDMA).OCDMAisconsideredasthemostpromisingmethodforitsadvantages,suchashighsecurity,convenientnetworkmanagement,etc.Thispaperfirstcomparesthethreecommonmultiplexingtechniques,whichareOTDMA,WDMAandOCDMA.Thenthepapermainlydescribesthebasictheory,existingproblemsandcurrentapplicationsofmultiplexingtechniques.OCDMAisthefocusofthispaper.Itsworkingmechanismandimplementationmethodarepresentedinthispaper.AndanimprovedversionofOCDMAisproposed.FinallythepaperdiscussedthefutureofOCDMA.Keywords:OCDMA；encoder/decoder；Primecode；Opticalorthogonalcode非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究目錄1緒論.11.1光通信發(fā)展回顧.11.2光通信中的復(fù)用多址方式.21.2.1光時(shí)分多址（OTDMA）技術(shù)21.2.2波分多址（WDMA）技術(shù).41.2.3光碼分多址（OCDMA）技術(shù)41.3OCDMA技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀.51.4課題主要研究方法.61.5本文主要研究?jī)?nèi)容.62OCDMA系統(tǒng)編解碼關(guān)鍵技術(shù)82.1OCDMA系統(tǒng)模型.82.2地址碼設(shè)計(jì).82.3單極性碼.92.3.1光正交碼.102.3.2素?cái)?shù)碼.112.3.3光正交跳頻碼.112.4編解碼器的實(shí)現(xiàn)132.5光源部分162.6檢測(cè)部分173非相干OCDMA編解碼系統(tǒng).203.1一維相位編解碼系統(tǒng).203.1.1基于相移光柵的編解碼系統(tǒng).203.1.2基于等效相移光柵的編解碼系統(tǒng).213.2二維OCDMA編解碼系統(tǒng)224光源和接收部分研究及其實(shí)現(xiàn).244.1寬帶脈沖光源244.1.1二維OCDMA編解碼系統(tǒng)中的拍頻噪聲分析24非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究4.1.2太赫茲光非對(duì)稱解復(fù)用器（TOAD）254.2相干超短脈沖光源研究274.2.1主動(dòng)鎖模光纖激光器簡(jiǎn)介.274.2.2主動(dòng)鎖模光纖環(huán)形激光器實(shí)現(xiàn).284.3系統(tǒng)接收部分性能分析及其改進(jìn)294.3.1多用戶干擾（MAI）.294.3.2基于超連續(xù)譜的閾值比較.305OCDMA的應(yīng)用前景和新型方案.325.1OCDMA在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用.325.2OCDMA/WDM混合網(wǎng)絡(luò).335.2.1OCDMA和WDM的混合.335.2.2OCDMA和WDM混合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn).345.3OCDMA系統(tǒng)在PON中的應(yīng)用355.4幾種新型的OCDMA編解碼方案355.4.1二維碼到三維碼的變遷.355.4.2基于非對(duì)稱波導(dǎo)布拉格光柵的編碼器.365.5本章小結(jié)376總結(jié)與展望.39參考文獻(xiàn).40致謝.42附件1開(kāi)題報(bào)告.43附件2譯文及原文影印件.48非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究第1頁(yè)共42頁(yè)1緒論1.1光通信發(fā)展回顧光通信的發(fā)展史可以追溯到兩千年前古人利用烽火進(jìn)行通信的年代。然而直到20世紀(jì)60年代，隨著激光器的出現(xiàn)，以及隨后英籍華人高昆博士及霍克姆博士提出的可以利用光導(dǎo)纖維進(jìn)行通信的思想，現(xiàn)代光通信才真正出現(xiàn)。1970年，康寧公司開(kāi)發(fā)出了第一根可用做遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓饫w，這使得利用光纖進(jìn)行通信成為了現(xiàn)實(shí)。由于光纖通信具有與生俱來(lái)的高速、大容量及高可靠性等無(wú)與比擬的巨大優(yōu)點(diǎn)，各國(guó)競(jìng)相進(jìn)行研究，并于1977年，美國(guó)最先實(shí)現(xiàn)了商用，隨后各國(guó)也開(kāi)始用光纖替代傳統(tǒng)的電纜，人類也開(kāi)始進(jìn)入了光纖時(shí)代。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，在無(wú)源、有源光器件發(fā)展的基礎(chǔ)上，光通信系統(tǒng)也得到了巨大發(fā)展，主要可分為以下三個(gè)重要階段：(1)基于0.85微米多模光纖的光通信系統(tǒng)(2)基于1.31微米多模光纖/單模光纖的光通信系統(tǒng)(3)基于1.55微米單模光纖的光通信系統(tǒng)色散位移光纖(DSF，G.653)是應(yīng)用于第三代光纖通信系統(tǒng)的一項(xiàng)重要成就。普通單模光纖的零色散波長(zhǎng)在1.31微米附近，色散位移光纖將零色散波長(zhǎng)從1.31微米移到1.55微米，從而有效地解決了1.55微米光通信系統(tǒng)的色散問(wèn)題。20世紀(jì)80年代發(fā)明的光纖放大器是光纖通信的一場(chǎng)革命，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)透明、速率透明和調(diào)制方式透明的光信號(hào)放大，從而推動(dòng)了采用波分復(fù)用技術(shù)的新一代光纖系統(tǒng)的商用化。在20世紀(jì)90年代的十年間，光纖通信依然快速發(fā)展，在充分掌握了光傳輸技術(shù)之后，還實(shí)現(xiàn)了光通道的復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)的交換和路由技術(shù)等。這樣光纖通信技術(shù)逐步滲入并擴(kuò)展到數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，不但承擔(dān)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，還具備了一定的交換能力和路由能力。這些交叉連接、交換和路由等功能的實(shí)現(xiàn)為智能光網(wǎng)絡(luò)(ASON)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。智能光網(wǎng)絡(luò)是由眾多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的新一代傳送網(wǎng)體系架構(gòu)，在SDH和非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究第2頁(yè)共42頁(yè)WDM傳送網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過(guò)引入新的控制平面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的動(dòng)態(tài)配置和保護(hù)/恢復(fù)功能。智能光網(wǎng)絡(luò)的興起和發(fā)展推動(dòng)著光通信技術(shù)的功能和結(jié)構(gòu)的深刻變革，不但允許動(dòng)態(tài)控制和分配光網(wǎng)絡(luò)資源，還引入眾多新的智能業(yè)務(wù)類型，充分調(diào)度現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)資源，有效挖掘現(xiàn)有的已鋪光纜的應(yīng)用潛力，使光網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)傳送網(wǎng)向業(yè)務(wù)網(wǎng)方向演進(jìn)。隨著數(shù)十年光通信技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程，國(guó)內(nèi)外對(duì)光通信技術(shù)的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究仍在繼續(xù)。為進(jìn)一步提高信息傳輸性能，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)又陸續(xù)提出了光碼分多址(OCDMA)概念，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入的系統(tǒng)研究和實(shí)驗(yàn)論證，并且認(rèn)為光碼分多址系統(tǒng)可以與ASON結(jié)合，進(jìn)一步挖掘光傳送系統(tǒng)的容量并提高光網(wǎng)絡(luò)的性能。光通信技術(shù)作為信息通信產(chǎn)業(yè)的重要支柱和下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的核心支撐技術(shù)，在未來(lái)還將繼續(xù)保持持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。而結(jié)合OCDMA和WDM，OTDM等先進(jìn)技術(shù)的智能全光網(wǎng)絡(luò)，將成為未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要研究目標(biāo)。1.2光通信中的復(fù)用多址技術(shù)自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著數(shù)據(jù)通信的迅速發(fā)展，特別是Internet業(yè)務(wù)量呈爆炸性增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)帶寬的需求越來(lái)越高，據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，每6-9個(gè)月，主要SIP的Internet骨干鏈路的帶寬需求就增長(zhǎng)一倍，比著名的摩爾定律(約18個(gè)月翻一倍)還要快2-3倍，而且沒(méi)有減緩的跡象。這種傳輸網(wǎng)信息容量需求的快速增長(zhǎng)，帶來(lái)的直接后果是所謂的“光纖耗盡”的現(xiàn)象，即現(xiàn)有的光纖都用完了。于是出現(xiàn)的一些網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容的新技術(shù)，如波分復(fù)用、頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、空分復(fù)用、副載波復(fù)用、光碼分復(fù)用等，逐步得到了人們的重視。在綜合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和網(wǎng)絡(luò)性能因素后，現(xiàn)在認(rèn)為最具潛力的是光時(shí)分復(fù)用(OTDM)，波分復(fù)用(WDM)和光碼分復(fù)用(OCDM)等復(fù)用技術(shù)，而與此相對(duì)應(yīng)的多址技術(shù)為光時(shí)分多址(OTDMA)，波分多址(WDMA)和光碼分多址(OCDMA)等多址技術(shù)。1.2.1光時(shí)分多址(OTDMA)技術(shù)TDMA(時(shí)分多址)是將信道與時(shí)隙相對(duì)應(yīng)，將信道分成一系列的時(shí)隙，這些時(shí)隙按指定分配給各用戶或者按需動(dòng)態(tài)地分配給各用戶，各個(gè)發(fā)射機(jī)定時(shí)依次查詢并發(fā)送數(shù)據(jù)，依靠全網(wǎng)同步，接收端接收與預(yù)期發(fā)送者相關(guān)時(shí)隙的信息，如圖1.1所示非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究第3頁(yè)共42頁(yè)超短脈沖發(fā)生器splitMod1Mod2Modn幀同步時(shí)鐘合路器接收機(jī)誤碼檢測(cè)光波時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘提取電路信道數(shù)據(jù)輸入延時(shí)線陣列EDFADEMUX全光開(kāi)關(guān)OBPF圖1.1OTDMA系統(tǒng)1目前在O