【本科優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)】一種用于光碼分多址系統(tǒng)的正交碼設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一種用于光碼分多址系統(tǒng)的正交碼設(shè)計(jì)摘要光纖的海量帶寬和超強(qiáng)傳輸能力，使得光纖通信技術(shù)成為當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分。光網(wǎng)絡(luò)在基本實(shí)現(xiàn)了超高速、長(zhǎng)距離、大容量的傳送功能的基礎(chǔ)上，正向著更加靈活、高效和智能的方向發(fā)展。其中，光碼分多址技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。OCDMA即光碼分多址系統(tǒng)還具有高保密性、抗干擾性強(qiáng)、隨機(jī)接入、綜合服務(wù)、管理方便等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從而成為實(shí)現(xiàn)真正意義上的全光通信網(wǎng)的最有希望的多址復(fù)用技術(shù)。本文介紹了OCDMA技術(shù)的現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)研究動(dòng)態(tài)，并在此基礎(chǔ)上著重介紹了OCDMA的基本原理，更進(jìn)一步介紹了OCDMA系統(tǒng)中正交碼的理論和構(gòu)造方法并講述了有限射影幾何設(shè)計(jì)方法，還簡(jiǎn)單介紹了二維光正交碼的構(gòu)造與實(shí)現(xiàn)方法。最后總結(jié)了OCDMA技術(shù)存在的問(wèn)題并展望了OCDMA技術(shù)的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞光碼分多址；光正交碼；二維光正交碼；OCDMA原理ABSTRACTTHESEAOFTHEFIBEROPTICQUANTITYBANDWIDTHWITHSUPERANDSTRONGDELIVERANABILITY,MAKETHEFIBEROPTICCORRESPONDENCESTECHNIQUEBECOMECONTEMPORARYHIGHLATELYTECHNICALOFTHEIMPORTANCECONSTITUTEPARTLIGHTNETWORKATBASICCARRYOUTEXTREMELYHIGHSOON,THEFOUNDATIONOFTHETRANSMISSIONFUNCTIONOFLONGPULL,BIGCAPACITYUP,THEPOSITIVEFACINGISMOREVIVID,EFFICIENTLYWITHINTELLIGENCEOFDIRECTIONDEVELOPMENTAMONGTHEM,THELIGHTCODEDIVIDESMANYADDRESSTECHNIQUESTOHAVEOBVIOUSADVANTAGEOCDMANAMELYANDONLYCODEDIVIDEMANYADDRESSSYSTEMSSTILLHAVEAHIGHCONFIDENTIALITY,ANTIINTERFERENCESTRONG,RANDOMCONNECTGOINTO,COMPREHENSIVESERVICE,MANAGEMENTCONVENIENCEETCTECHNIQUEADVANTAGE,BETHUSCOMECARRYINGOUTREALMEANINGUPOFWHOLELIGHTCORRESPONDENCENETTHEMUCHTHEREMOSTHOPEFULADDRESSREPLYTOUSEATECHNIQUETHISTEXTINTRODUCEDTHEOCDMATECHNICALPRESENTCONDITIONANDKEYTECHNIQUEANDDEVELOPTRENDARESEARCHADYNAMICSTATE,ANDONTHISFOUNDATIONEMPHASIZEDTOINTRODUCEOCDMABASICPRINCIPLE,FURTHERINTRODUCEINTHEOCDMASYSTEMISHANDINGOVERTHEORIESANDSTRUCTUREMETHODOFCODERELATEALSOLIMITEDPROJECTIMAGESEVERALADESIGNAMETHOD,ALSOINBRIEFINTRODUCEDTWODIMENSIONSLIGHTISHANDINGOVERCODEOFSTRUCTUREANDCARRYOUTAMETHODTALLIEDUPTHEEXISTENTPROBLEMOFTHEOCDMATECHNIQUEFINALLYANDPROSPECTEDTHEOCDMATECHNICALDEVELOPMENTFOREGROUNDKEYWORDSOPTICALCODEDIVISIONMULTIPLEACCESSOPTICALORTHOGONALCODESTWODIMENSIONSOPTICALCODEDIVISIONMULTIPLEACCESSOPTICALORTHOGONALCODESOCDMAPRINCIPLE目錄摘要IABSTRACTII第1章緒論111概述112OCDMA系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)狀1121光纖信道復(fù)用及尋址技術(shù)比較1122OCDMA系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)313OCDMA技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)414本章小結(jié)4第2章OCDMA系統(tǒng)基本原理521OCDMA的基本技術(shù)原理522OCDMA的分類(lèi)823OCDMA的系統(tǒng)方案分類(lèi)10231時(shí)域編碼系統(tǒng)10232頻域編碼系統(tǒng)1324OCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)14241OCDMA采用的擴(kuò)頻碼152411素?cái)?shù)碼152412光正交碼16242光編/解碼方式172421光纖延遲線編/解碼器172422相干光相關(guān)編/解碼器17第3章OCDMA中正交碼的研究1931一維光正交碼19311光正交碼的定義和表示方法19312光正交碼的一般分類(lèi)及容量比較20313光正交碼的構(gòu)造方法2032用射影幾何構(gòu)造法構(gòu)造光正交碼21321構(gòu)建光正交碼的基本思想21322有限射影幾何方面的知識(shí)263221向量空間與有限域的聯(lián)系263222射影空間中的點(diǎn)和直線27323有限射影幾何法設(shè)計(jì)光正交碼283231射影幾何法原理283232有限射影幾何法設(shè)計(jì)光正交碼實(shí)例2933二維OCDMA擴(kuò)頻編碼32331OOC/OOC碼32332PC/OOC碼33第4章結(jié)論3541總結(jié)3542展望35參考文獻(xiàn)37附錄139附錄243附錄347致謝65第1章緒論11概述光纖的海量帶寬和超強(qiáng)傳輸能力，使得光纖通信技術(shù)成為當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分。光網(wǎng)絡(luò)在基本實(shí)現(xiàn)了超高速、長(zhǎng)距離、大容量的傳送功能的基礎(chǔ)上，正向著更加靈活、高效和智能的方向發(fā)展。其中，光碼分多址技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。CDMA技術(shù)不是一項(xiàng)新技術(shù)，作為一種多址方案它已經(jīng)成功地應(yīng)用于衛(wèi)星通信和蜂窩電話領(lǐng)域，并且顯示出許多優(yōu)于其他技術(shù)的特點(diǎn)，比如它能夠較好地解決移動(dòng)通信中抗干擾、抗多徑衰落的問(wèn)題，在提高系統(tǒng)容量方面有著顯著優(yōu)勢(shì)等等。但是，由于衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信中帶寬的限制，所以CDMA技術(shù)尚未充分發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)。而OCDMA技術(shù)則是將光纖通信的帶寬資源和CDMA的技術(shù)特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，不僅能夠很好的彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，而且OCDMA系統(tǒng)還具有高保密性、抗干擾性強(qiáng)、隨機(jī)接入、綜合服務(wù)、管理方便等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從而成為實(shí)現(xiàn)真正意義上的全光通信網(wǎng)的最有希望的多址復(fù)用技術(shù)。12OCDMA系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)狀121光纖信道復(fù)用及尋址技術(shù)比較全光網(wǎng)按復(fù)用方式，它主要有三種類(lèi)型波分復(fù)用全光網(wǎng)絡(luò)WDM，光時(shí)分復(fù)用全光網(wǎng)絡(luò)OTDM，光碼分復(fù)用全光網(wǎng)絡(luò)OCDM。在波分復(fù)用WDM光纖通信系統(tǒng)中，一根光纖同時(shí)傳輸具有不同波長(zhǎng)的幾個(gè)甚至幾十個(gè)光載波，每個(gè)光載波以電子速率攜帶信息，在接收端，采用頻率選擇器件，如光柵或帶通濾波器對(duì)多個(gè)復(fù)用信道進(jìn)行解復(fù)用。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使系統(tǒng)具有非常大的通訊容量，有效地提高了設(shè)備和光纖系統(tǒng)的利用率。缺點(diǎn)是對(duì)器件的要求較高，需要快速可調(diào)的激光器和濾波器，并且要求激光器和濾波器具有非常大的可調(diào)范圍和較高的靈敏度，實(shí)現(xiàn)難度很大，造價(jià)昂貴。另外，在WDM系統(tǒng)中，由于多個(gè)波長(zhǎng)的同時(shí)存在，受光纖非線性特別是四波混頻FWM的影響比較大，使系統(tǒng)的用戶數(shù)受到了一定的限制。光時(shí)分復(fù)用技術(shù)是指在光纖通訊系統(tǒng)中，為了克服高速電子器件和半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制能力的限制所采用的一種復(fù)用方式。它通過(guò)把時(shí)間劃分為不同的時(shí)隙，每一個(gè)時(shí)隙傳輸一路信號(hào)做法，來(lái)達(dá)到復(fù)用擴(kuò)容的目的。它的技術(shù)難點(diǎn)在于超短光脈沖的產(chǎn)生和調(diào)制、網(wǎng)同步和光定時(shí)提取等。OCDMA，即光碼分多址，是應(yīng)用在光域內(nèi)的一種擴(kuò)頻技術(shù)。在光碼分多址系統(tǒng)中，每一個(gè)用戶預(yù)先被分配一個(gè)特定的地址碼。在發(fā)送端，特定的光編碼器產(chǎn)生某一目的端的地址碼，將數(shù)據(jù)信息與此地址碼調(diào)制在光載波之上發(fā)送出去，不同用戶的數(shù)據(jù)都在光纖媒質(zhì)中傳輸，接受端用特定的光解碼器解出屬于自己的信息，而攜帶其他用戶信息的光信號(hào)，就像噪聲一樣被過(guò)濾掉。它的特點(diǎn)在于通過(guò)直接的光編/解碼實(shí)現(xiàn)光信道的復(fù)用和光信號(hào)的交換，使數(shù)據(jù)的傳輸速率可達(dá)“”的量級(jí)。STH/對(duì)于數(shù)百個(gè)用戶以下的中、小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，可采用異步OCDMA技術(shù)，此時(shí)用戶之間是異步的，無(wú)需全網(wǎng)同步，可實(shí)現(xiàn)靈活地組網(wǎng)方式，用戶可隨時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需預(yù)約等待和排隊(duì)緩沖，業(yè)務(wù)時(shí)延非常小對(duì)于用戶容量非常大的網(wǎng)絡(luò)，可采用同步OCDMA技術(shù)，雖然也需要網(wǎng)絡(luò)同步和訪問(wèn)預(yù)約，但因是直接采用光信號(hào)處理，也可實(shí)現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。增加用戶數(shù)，使業(yè)務(wù)質(zhì)量下降和網(wǎng)絡(luò)阻塞的效應(yīng)比TDM和WDM系統(tǒng)有所改善。由于CDMA技術(shù)經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻處理，故抗干擾性能好，可和同頻帶的窄帶共存，而不影響其正常工作。對(duì)光源性能的穩(wěn)定性、譜線寬度等要求比WDM大大降低，如用LED替代LD降低成本，而且由于OCDMA系統(tǒng)中譜資源利用率高，還可與WDM結(jié)合進(jìn)一步增加系統(tǒng)的容量。OCDMA網(wǎng)絡(luò)可采用價(jià)格便宜、技術(shù)上成熟的G652光纖或G653光纖。光碼分多址技術(shù)集傳輸與交換于一體，無(wú)需復(fù)雜的路由控制和網(wǎng)絡(luò)管理，對(duì)各種不同類(lèi)型的信息是透明的、開(kāi)放的，無(wú)需全網(wǎng)同步，用戶可實(shí)時(shí)地以異步方式接入、傳輸和交換，尤其它所具有的低時(shí)延、低抖動(dòng)、高帶寬等顯著優(yōu)點(diǎn)，非常適合于實(shí)時(shí)話音和視頻等多媒體信息的接入和交換。所以光碼分多址技術(shù)在未來(lái)全光網(wǎng)，尤其是高速接入網(wǎng)和寬帶局域網(wǎng)中，有著良好的應(yīng)用前景，對(duì)該方面的諸多問(wèn)題進(jìn)行研究也具有重要而迫切的現(xiàn)實(shí)意義。下圖為三種不同復(fù)用方式對(duì)信道帶寬的利用圖11WDM,OTDM和OCDMA對(duì)信道帶寬的不同分割方式122OCDMA系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)OCDMA系統(tǒng)有如下幾點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)1全光通信OCDMA系統(tǒng)在光域?qū)Ω髀沸盘?hào)進(jìn)行光編碼和光解碼，對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行全光信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)多址通信。信息在信源就變成了光信號(hào)，到達(dá)目的地后才變成電信號(hào)?？朔斯獠ǚ謴?fù)用（OWDM）光網(wǎng)絡(luò)殘留在發(fā)送和接收端的電子瓶頸，真正做到了光子進(jìn)光子出。從而成為實(shí)現(xiàn)真正意義上全光通信網(wǎng)的最有希望的多址復(fù)用技術(shù)。2安全性能OCDMA傳送網(wǎng)上的信號(hào)是多個(gè)用戶的合成信號(hào)，其擴(kuò)頻技術(shù)保證了在任何地方下路，接收到的信號(hào)都是多用戶的信號(hào)疊加。只有在接收端地址和發(fā)送端地址嚴(yán)格匹配的情況下才能恢復(fù)出原信號(hào)。因而具有優(yōu)良的安全性能。3抗干擾性O(shè)CDMA系統(tǒng)對(duì)用戶進(jìn)行編碼時(shí)，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行了擴(kuò)頻處理，增大了編碼信號(hào)的帶寬。相對(duì)密集波分復(fù)用而言，對(duì)波長(zhǎng)漂移并不十分敏感，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。4隨機(jī)接入OCDMA系統(tǒng)允許多個(gè)用戶隨機(jī)接入同一信道。新上路的用戶擴(kuò)頻信號(hào)直接疊加在合成信號(hào)矢量上。不要求個(gè)用戶之間的同步，也不要求用戶具有波長(zhǎng)調(diào)節(jié)能力。并且克服了傳統(tǒng)接入網(wǎng)的排隊(duì)時(shí)延，可以滿足局域網(wǎng)突發(fā)流量和高速率傳輸需求。5成本降低OCDMA系統(tǒng)采用寬帶光源，且無(wú)需精確控制波長(zhǎng)，對(duì)傳輸光纖無(wú)特殊要求，系統(tǒng)中器件數(shù)量少，降低了網(wǎng)絡(luò)成本，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理，并增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。6綜合服務(wù)OCDMA系統(tǒng)還具有可變速率或多速率傳輸?shù)哪芰?，?fù)用點(diǎn)速率分布范圍較大?？梢猿休dATM、SONET、IP等多種信息傳輸服務(wù)。7管理方便OCDMA不需要在時(shí)間或者頻率上對(duì)用戶進(jìn)行嚴(yán)格的管理，而是以用戶擴(kuò)頻地址序列來(lái)區(qū)分用戶，網(wǎng)絡(luò)管理簡(jiǎn)單方便。OCDMA系統(tǒng)具有其他復(fù)用方式所沒(méi)有的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)，可以解決其他方案無(wú)法解決的問(wèn)題。因此OCDMA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是具有廣闊的應(yīng)用前景的、也是實(shí)現(xiàn)全光通信網(wǎng)絡(luò)必須依靠的重要擴(kuò)頻技術(shù)。13OCDMA技術(shù)的研究動(dòng)態(tài)1983年，PADAVIESANDAASHAAR首次提出了異步光纖通信系統(tǒng)，指出碼分多址CDMA技術(shù)可引入光纖信道。隨之提出了最基本的光地址碼碼集光素?cái)?shù)序列碼的設(shè)計(jì)方案。從此拉開(kāi)了OCDMA技術(shù)研究的序幕。1989年，SALEHIJA全面論述了光纖通信網(wǎng)絡(luò)的碼分多址技術(shù)。此后，以SALEHIJA為代表的一批學(xué)者在OCDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)上開(kāi)展了大量卓有成效的研究工作。該技術(shù)的研究工作主要集中在美國(guó)、日本、加拿大、伊朗、臺(tái)灣、英國(guó)、韓國(guó)、新加坡、馬來(lái)西亞、以色列、印度等地區(qū)。經(jīng)過(guò)20年的研究，OCDMA技術(shù)近年來(lái)取得了較大的進(jìn)展。圍繞提高信道容量和降低誤碼率這兩個(gè)中心環(huán)節(jié)，人們?cè)诮档投嘀犯蓴_、優(yōu)化帶寬資源、改進(jìn)探測(cè)手段等方面提出許多新的方案。碼字結(jié)構(gòu)及編解碼方案也不斷改進(jìn)。我國(guó)的北京郵電大學(xué)、上海交通大學(xué)、深圳大學(xué)、吉林大學(xué)、電子科技大學(xué)、燕山大學(xué)、中山大學(xué)、通信工程學(xué)院等高校也在開(kāi)展OCDMA技術(shù)研究工作。到目前為止，共發(fā)表論文百篇左右，最近兩年我國(guó)在OCDMA技術(shù)的探討和研究上形成了一個(gè)小高潮。我國(guó)非常重視OCDMA系統(tǒng)的研究工作，北京、廣東、上海、浙江等地區(qū)對(duì)該技術(shù)投入了較大的研究力度。14本章小結(jié)本章介紹了碼分多址技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及研究動(dòng)態(tài)，介紹了碼分多址系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，使我們了解了OCDMA系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究OCDMA系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，從而可以講述OCDMA系統(tǒng)的基本原理以及在OCDMA系統(tǒng)中正交碼的構(gòu)造。第2章OCDMA系統(tǒng)基本原理21OCDMA的基本技術(shù)原理OCDMA技術(shù)在原理上與電碼分復(fù)用技術(shù)相似。大致的過(guò)程是首先給每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，用來(lái)標(biāo)記這個(gè)用戶的身份。不同的用戶有不同的地址碼，并且它們互相正交或準(zhǔn)正交。在發(fā)射端，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)首先經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光域上的信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)編碼器進(jìn)行擴(kuò)頻處理，標(biāo)記上這個(gè)用戶的地址信息，成為偽隨機(jī)信號(hào)。編碼器是在光域上進(jìn)行工作的，它是OCDMA技術(shù)中的核心內(nèi)容之一。擴(kuò)頻信號(hào)偽隨機(jī)信號(hào)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端之后，通過(guò)解碼器進(jìn)行解碼它是編碼的逆過(guò)程處理，恢復(fù)出期望的光信號(hào)，再經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，得到電域上的數(shù)據(jù)信號(hào)圖21。圖21光碼分多址系統(tǒng)框圖從OCDMA的概念出現(xiàn)以來(lái)，專(zhuān)家學(xué)者們提出了各種各樣的系統(tǒng)方案，包括相干的和非相干的系統(tǒng)，同步的和異步的系統(tǒng)以及時(shí)域編碼和頻域編碼系統(tǒng)等等。但是，比較起來(lái)，非相干的時(shí)域編碼也稱(chēng)為單極性時(shí)域編碼系統(tǒng)方案最為直觀，它采用強(qiáng)度調(diào)制和功率檢測(cè)光信號(hào)只能在非負(fù)值域0,1內(nèi)取值，沒(méi)有利用到相位信息，這與無(wú)線領(lǐng)域擴(kuò)頻通信中地址碼可以采用雙極性碼字1,1是有本質(zhì)區(qū)別的。在無(wú)線CDMA中得到廣泛應(yīng)用的擴(kuò)頻碼，如GOLD序列，M序列等，雖然在1,1域內(nèi)具有良好的自相關(guān)、互相關(guān)特性，但在0,1域內(nèi)并不能保持這一特點(diǎn)，所以就不能應(yīng)用于這種系統(tǒng)。因此設(shè)計(jì)出合適的擴(kuò)頻碼和相應(yīng)的調(diào)制、解調(diào)器就成為OCDMA的關(guān)鍵技術(shù)之一。在OCDMA技術(shù)中習(xí)慣將擴(kuò)頻調(diào)制器和解調(diào)器稱(chēng)為編碼器ENCODER和解碼器DECODER光正交碼OPTICALORTHOGONALCODEOOC是一組取值于0,1域并且具有良好的自、互相關(guān)特性的準(zhǔn)正交序列。它具有尖銳的自相關(guān)峰值、較低的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)值。光正交碼尖銳的自相關(guān)峰值使有用信號(hào)的檢測(cè)更為方便，提高了抑制其它干擾信號(hào)的能力。較低的自相關(guān)旁瓣值使系統(tǒng)可以按異步方式進(jìn)行工作，所有的用戶可以隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送數(shù)據(jù)信息而不必進(jìn)行同步，這樣就簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，降低了網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)。較低的互相關(guān)值使用戶盡可能地降低對(duì)其它用戶的干擾。這三點(diǎn)是設(shè)計(jì)碼字時(shí)所要考慮的基本要素。圖22是兩個(gè)正交碼的例子，其中碼長(zhǎng)為32，碼重碼重為其中“1”的個(gè)數(shù)為4，T為碼字的時(shí)間寬度，為碼片CHIPCT時(shí)間寬度。圖22兩個(gè)光正交碼的例子（碼長(zhǎng)為32，碼重為4）圖23（A）自相關(guān)曲線B互相關(guān)曲線圖23A中表示圖22中第一個(gè)光正交碼的自相關(guān)曲線，B表示圖22中兩個(gè)光正交碼的互相關(guān)曲線。從圖22中可以看出，本例中自相關(guān)旁瓣值和互相關(guān)值都不超過(guò)11采用這樣的碼字的系統(tǒng)多址干擾比較小。另外，在圖23中，自相關(guān)峰和互相關(guān)峰都呈三角形，原因是在作自相關(guān)和互相關(guān)運(yùn)算時(shí)，把碼片視為理想的矩形脈沖。圖24采用光纖延遲線作為編解碼器的OCDMA系統(tǒng)圖24是采用光纖延遲線作為編解碼器的單極性擴(kuò)時(shí)OCDMA系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用光正交碼作為地址碼。在發(fā)射端，當(dāng)數(shù)據(jù)是“0”時(shí),光源不發(fā)光,編碼器也沒(méi)有任何輸出當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)“1”時(shí)，光源發(fā)射一個(gè)短脈沖，進(jìn)入編碼器后，根據(jù)碼重的大小被分成若干個(gè)小脈沖，每個(gè)小脈沖經(jīng)歷長(zhǎng)短不同的光纖延時(shí)線，每個(gè)小脈沖所經(jīng)歷時(shí)延的大小完全由地址碼決定。編碼器的輸出是一個(gè)小脈沖串，這就是所謂的直接擴(kuò)時(shí)信號(hào)。直接擴(kuò)時(shí)信號(hào)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)在圖15中為星型網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端。在接收端，解碼器對(duì)該擴(kuò)時(shí)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理后，輸入到判決設(shè)備進(jìn)行判決。在期望用戶發(fā)“1”的情況下，如果解碼器與編碼器完全匹配，那么輸出一個(gè)尖銳的自相關(guān)峰值，判決器判定為“1”否則輸出一系列低功率的偽隨機(jī)噪聲信號(hào)，判決器判定為“0”。這樣，所傳輸?shù)男畔⒈忍鼐捅换謴?fù)出來(lái)了。通常，判決器的闡值需要精心設(shè)置，它會(huì)明顯地影響系統(tǒng)的性能。當(dāng)然，由于其它用戶的信號(hào)對(duì)期望用戶的信號(hào)有干擾作用以及接收機(jī)中的散彈噪聲和熱噪聲的作用，不可避免地會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤判決現(xiàn)象。以上就是單極性時(shí)域編碼光碼分多址系統(tǒng)的簡(jiǎn)要原理介紹。實(shí)際的系統(tǒng)可能會(huì)比上述的系統(tǒng)更為復(fù)雜。為了使系統(tǒng)更好的工作，往往會(huì)多一些必要的設(shè)備，比如為了抑制多址干擾而采用的雙限幅器方案等。22OCDMA的分類(lèi)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，OCDMA可劃分為不同的類(lèi)型。1根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，OCDMA可分為相干OCDMA和非相OCDMA。在相干的OCDMA系統(tǒng)中，不同發(fā)送端所發(fā)送的脈沖信號(hào)到達(dá)同一接受端的時(shí)間延遲之差遠(yuǎn)大于脈沖的相干時(shí)間，這樣在接受端形成期望接受信號(hào)的相干疊加與不期望信號(hào)的非相干疊加，并通過(guò)使用平衡接收的方法將后者予以消除，從而大大地減少了多用戶干擾。這種OCDMA系統(tǒng)可以采用雙極性碼，可以采用電CDMA系統(tǒng)的成熟碼字，但是相干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)光源要求高，檢測(cè)困難，實(shí)現(xiàn)難度很大。因此現(xiàn)在實(shí)用化的系統(tǒng)都是非相干OCDMA系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常采用單極性碼。由于它不能直接采用電CDMA中的雙極性碼，因此需重新構(gòu)造地址碼。目前有多種地址碼，如光正交碼、素?cái)?shù)碼等，但總體來(lái)說(shuō)，單極性碼的互相關(guān)性能不如雙極性碼，容量不如雙極性碼，但非相千系統(tǒng)對(duì)器件的要求比相干系統(tǒng)要低。2根據(jù)地址碼所在的空間，OCDMA可分為時(shí)域OCDMA，頻域OCDMA、空域OCDMA。時(shí)域OCDMA就是指地址編碼在時(shí)域進(jìn)行，圖221畫(huà)出了用戶信息在時(shí)域編碼的全過(guò)程。一個(gè)用戶信息比特，經(jīng)編碼變成幾個(gè)光脈沖，這幾個(gè)光脈沖在時(shí)間軸的位置是由地址碼確定的。假設(shè)其地址碼碼長(zhǎng)為L(zhǎng)，則經(jīng)時(shí)域編碼后，系統(tǒng)的工作傳輸速率為數(shù)據(jù)速率的L倍。圖25OCDMA時(shí)域編碼頻域OCDMA的編碼則在波長(zhǎng)上進(jìn)行。圖25畫(huà)出其編碼的全過(guò)程。一個(gè)用戶信息比特，編碼后的光脈沖時(shí)域形狀不變，但只有某些波長(zhǎng)按地址碼決定的規(guī)律組合后發(fā)送出去，其他波長(zhǎng)不發(fā)送出去。系統(tǒng)的工作速率沒(méi)有增加，與原來(lái)的信息比特速率一樣。圖26OCDMA頻域編碼空域OCDMA的編碼則在空域進(jìn)行，它對(duì)眾多的空間光束進(jìn)行編解碼。圖26畫(huà)出一個(gè)空域頻譜編解碼的OCDMA示意圖。圖27空域頻譜幅度編碼這個(gè)編碼器由一對(duì)共焦透鏡組成、一對(duì)衍射光柵和掩模板地址碼組成。一對(duì)衍射光柵分別放在兩個(gè)透鏡的焦平面上，第一個(gè)光柵將入射光信號(hào)在空間進(jìn)行頻譜展寬，一個(gè)空間幅度掩模放在兩個(gè)透鏡的共焦面上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行頻譜編碼，不同的空間掩模即代表不同的用戶，編碼后的信號(hào)通過(guò)第二個(gè)光柵重新合并成單光束。3按編碼后的維度分，可以分為一維OCDMA、二維OCDMA、三維OCDMA。一維OCDMA只是取時(shí)域編碼、頻域編碼、空域編碼三種巾的二種，二維OCDMA則是其中的兩種，三維則是在二維的基礎(chǔ)上再加上偏振等進(jìn)行的編碼。二維OCDMA是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。圖28畫(huà)出了一個(gè)二維OCDMA的編碼過(guò)程。用戶信息編碼后不僅在時(shí)域上的位置由地址碼決定，而且頻域上波長(zhǎng)的選取的位置也有地址碼決定，這是一個(gè)典型的時(shí)域/頻域編碼的二維OCDMA。圖28二維OCDMA編碼23OCDMA的系統(tǒng)方案分類(lèi)自從1989年J發(fā)表了關(guān)于正交碼的開(kāi)創(chuàng)性的工作之后，許多對(duì)這一領(lǐng)域感興趣的學(xué)者進(jìn)行了廣泛而深入的研究和探索，先后提出了許多種OCDMA系統(tǒng)方案，其中有的已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并且表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。在這些方案中，有相干和非相干之分，有同步和異步之分，還有時(shí)域編碼和頻域編碼之分等等。實(shí)際上，一個(gè)系統(tǒng)方案可能會(huì)同時(shí)屬于上述幾個(gè)不同的范疇。不過(guò)由于可以實(shí)現(xiàn)靈活的異步接入時(shí)OCDMA系統(tǒng)的重要優(yōu)點(diǎn)之一，所以對(duì)同步OCDMA系統(tǒng)的研究就相對(duì)比較少，但同步OCDMA系統(tǒng)的在相同的前提條件下，可以承載更多的用戶。下面就對(duì)OCDMA系統(tǒng)的分類(lèi)作一介紹。231時(shí)域編碼系統(tǒng)時(shí)域編碼OCDMA一般分為相干和非相干系統(tǒng)。相干系統(tǒng)利用到了光信號(hào)的相位信息。因?yàn)橄喔上到y(tǒng)首先對(duì)光源的要求比較高，通常是鎖模激光器MLLD。光纖的色散和非線性效應(yīng)如何影響攜帶相位信息的光信號(hào)，即光域上的CDMA信號(hào)如何受到傳輸介質(zhì)的影響并且如何去補(bǔ)償矯正等問(wèn)題還沒(méi)有得到真正解決。另外相干系統(tǒng)還需要進(jìn)行偏振控制，這些因素都大大增加了實(shí)現(xiàn)的難度。實(shí)際上，最重要的問(wèn)題目前集中在編解碼器上。對(duì)于相干系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以采用移相鍵控PSK調(diào)制方式，在二進(jìn)制的情況下，有兩種相位狀態(tài)0和。這種系統(tǒng)方案，盡管從理論上來(lái)講具有許多潛在的優(yōu)越性能，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度很大。目前，日本在這方面的研究工作處于世界領(lǐng)先水平，圖29是日本郵電通信研究室的N和K等人在1998年搭建了相干時(shí)域的OCDMA系統(tǒng)圖29，采用雙極性碼字，碼長(zhǎng)為8，單路速率為10GB/S。圖29相干OCDMA系統(tǒng)原理圖在擴(kuò)時(shí)編碼方案里，除了相干系統(tǒng)，還有非相干系統(tǒng)。它是目前研究最多的一種OCDMA系統(tǒng)方案，其特點(diǎn)在于采用強(qiáng)度調(diào)制的功率檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，不足之處是多址干擾比較嚴(yán)重，必須要采用特殊的干擾抑制措施才能保證系統(tǒng)正常工作。該系統(tǒng)通常采用光正交碼（OOC）素?cái)?shù)碼PRIMECODE以及改進(jìn)素?cái)?shù)碼MODIFIEDPRIMECODE作為地址碼。該類(lèi)碼字統(tǒng)稱(chēng)為單極性非相干碼，其碼重CODEWEIGHT是碼字“1”的個(gè)數(shù)。碼重與碼長(zhǎng)相比，一般都比較小。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了減小其它用戶對(duì)期望用戶的干擾，提高系統(tǒng)的性能。但是這無(wú)疑使碼字的數(shù)目減小，系統(tǒng)不能同時(shí)承載更多的用戶。另外一方面，也不能把碼長(zhǎng)取得太大，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)速率一定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，增大碼長(zhǎng)就意味著減小碼片的時(shí)間寬度。毫無(wú)疑問(wèn)，這將在光纖中引起嚴(yán)重的色散和非線性效應(yīng)。表21給出了雙極性碼和單極性碼的一些基本性質(zhì)。在表21中K為碼重，F(xiàn)代表碼長(zhǎng)。對(duì)于單極性系統(tǒng)來(lái)講，除了常見(jiàn)的對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行CDMA編碼的系統(tǒng)外，在文獻(xiàn)中還經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到采用脈沖位置編碼（PPM）或重疊位置編碼OPPM的OCDMA系統(tǒng)圖210。表21雙極性碼和單極性碼的性質(zhì)對(duì)比雙極性碼單極性碼調(diào)制方式BPSKOOK碼片的幅度10或1碼片的相位0或不考慮自相關(guān)峰值2FK自相關(guān)旁瓣或互相關(guān)值11在這種系統(tǒng)中，首先把二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，不同的數(shù)據(jù)塊在PPM幀中就用光脈沖的不同位置來(lái)表示圖211，經(jīng)過(guò)PPM編碼后的光脈沖再進(jìn)行OCDMA編碼。經(jīng)過(guò)理論分析，這種系統(tǒng)具有很高的效率，但是在光域上實(shí)現(xiàn)PPM編碼需要很高的技術(shù)水平，所以這種系統(tǒng)目前僅限于理論研究，國(guó)內(nèi)外尚未有實(shí)驗(yàn)報(bào)道。圖210光PPMCDMA系統(tǒng)模型圖211示意圖232頻域編碼系統(tǒng)我們前面已經(jīng)提到，在時(shí)域編碼OCDMA系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)需要容納更多的用戶或者提高單路傳輸速率時(shí)，就必須減少碼片的寬度，這會(huì)在光纖中引起很大的色散和非線性效應(yīng)。在眾多的OCDMA系統(tǒng)方案中除了時(shí)域編碼系統(tǒng)，還有頻域編碼系統(tǒng)。在頻域編碼系統(tǒng)中，可以進(jìn)行變比特率傳輸，這使得它可以適應(yīng)于不同的業(yè)務(wù)需要。頻域編碼系統(tǒng)可以分為兩大類(lèi)非相干系統(tǒng)和相干系統(tǒng)。非相干系統(tǒng)可以采用廉價(jià)的非相干光源如LED和EDFA的ASE噪聲，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。圖212干頻域編碼OCDMA系統(tǒng)的示意圖在這個(gè)系統(tǒng)里，采用LED作為光源，編解碼器由兩個(gè)衍射光柵兩個(gè)透鏡和一塊掩模板AMPLITUDEMASK組成。它們按照?qǐng)D212其中兩個(gè)透鏡應(yīng)處于同一光軸上，并且需要共焦點(diǎn)。由LED發(fā)出的非相干光經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制后，先射到第一個(gè)鏡子上，然后經(jīng)過(guò)衍射光柵把光譜分解開(kāi)，再經(jīng)過(guò)第一個(gè)透鏡后到達(dá)掩模板。掩模板示意圖中的黑色部分表示光不能通過(guò)，透明部分則表示光可以通過(guò)。黑色部分和透明部分的順序不同則代表不同的地址碼。掩模板可以由液晶顯示技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且由電極來(lái)控制其上不同的部分是否能夠透光，從而使掩模板或者說(shuō)編解碼器達(dá)到可調(diào)諧的目的。通過(guò)掩模板的光再經(jīng)過(guò)第二個(gè)透鏡和衍射光柵后，重新合并成一個(gè)時(shí)域上的光脈沖信號(hào)。這個(gè)光脈沖信號(hào)就攜帶有地址碼信息，和編碼前相比，缺失了某些頻率分量。它通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端時(shí)，將會(huì)遇到一個(gè)和編碼器結(jié)構(gòu)相同的解碼器，如果碼字相同，就會(huì)恢復(fù)出數(shù)據(jù)信息，否則，輸出低強(qiáng)度的噪聲信號(hào)。在接收端。為了提高系統(tǒng)信噪比，可以使用差動(dòng)接收方式圖212。圖212中表示其中的掩模板與中的掩AA模板呈互補(bǔ)關(guān)系。在這種系統(tǒng)中，可以使用M序列哈德瑪HADAMARD序列作為地址碼。盡管上述的系統(tǒng)方案有很大的優(yōu)越性，但是它的編解碼器實(shí)現(xiàn)起來(lái)有很大的困難，至少?gòu)哪壳皝?lái)看還不是很實(shí)用。還有一種非相干頻域編碼的系統(tǒng)，有時(shí)也稱(chēng)作周期性頻域編碼系統(tǒng)，采用非相干寬帶光源。它的編解碼器采用可連續(xù)調(diào)諧的法布里珀羅腔或馬克澤德干涉儀。不同的碼分信道對(duì)應(yīng)于不同的自由譜域FSR。系統(tǒng)所能容納的用戶數(shù)與法布里珀羅腔的自由譜域和精細(xì)度FITNESS有關(guān)。當(dāng)FSR一定時(shí)，精細(xì)度越大，系統(tǒng)所能容納的用戶就越多。24OCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)光碼分多址OCDMA技術(shù)是將CDMA技術(shù)和光通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)的一種光域中的擴(kuò)頻通信技術(shù)。OCDMA通信系統(tǒng)給每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的互相正交或準(zhǔn)正交的碼字作為該用戶的地址碼。在發(fā)送端，對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的地址碼進(jìn)行光正交編碼，然后實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶共享同一光纖信道在接收端，用與發(fā)送端相同的地址碼進(jìn)行光正交解碼，恢復(fù)原用戶數(shù)據(jù)。OCDMA技術(shù)以光纖作為傳輸信道，利用高速光信息處理技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)頻和解擴(kuò)，實(shí)現(xiàn)了多址接入，信道共享。實(shí)現(xiàn)OCDMA系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要是采用何種擴(kuò)頻碼和光編/解碼技術(shù)。241OCDMA采用的擴(kuò)頻碼在無(wú)線CDMA系統(tǒng)中，有M序列、GOLD序列、REEDSOLOMON碼等已經(jīng)比較成熟的編碼方法，但由于OCDMA有著它的特殊性，這些碼并不適用于OCDMA系統(tǒng)。碼字對(duì)光編/解碼器的結(jié)構(gòu)和性能有很大影響，并直接影響系統(tǒng)的復(fù)雜性、靈活性、容量和成本。好的光地址碼應(yīng)具有高的自相關(guān)主峰、低的自相關(guān)側(cè)峰和低的互相關(guān)輸出峰值。較小的互相關(guān)輸出峰值和自相關(guān)側(cè)峰可以保證系統(tǒng)為更多的用戶同時(shí)提供接人服務(wù)和每個(gè)用戶擁有更大的接人速率，較大的碼字空間可以保證系統(tǒng)擁有較大的容量。所以選擇合適的擴(kuò)頻碼對(duì)OCDMA系統(tǒng)提高性能是至關(guān)重要的。常用的擴(kuò)頻碼有素?cái)?shù)碼、擴(kuò)展素?cái)?shù)碼、光正交碼OOC、嚴(yán)格光正交碼，以及矩陣碼等。2411素?cái)?shù)碼素?cái)?shù)碼是碼長(zhǎng)的碼序列，其中是一個(gè)素?cái)?shù)。其構(gòu)造步驟是2PNP由模構(gòu)造一個(gè)素?cái)?shù)序列（,，JISJI,JIS,0I1IJIS,）。這里伽羅華域。1,PIGF每個(gè)素?cái)?shù)序列映射到一個(gè)二進(jìn)制序列（，IIC,I,IKIC,）。這里為碼長(zhǎng)。,NIC2P當(dāng)時(shí)，否則可以生成個(gè)碼字，碼重（序列中“1”碼,KI0,KICP源的個(gè)數(shù)）為，且互相關(guān)值不大于2。例如5時(shí)構(gòu)成的素?cái)?shù)序列和素?cái)?shù)碼如表22，23所示。表22時(shí)構(gòu)成的素?cái)?shù)序列5P表23時(shí)構(gòu)成的素?cái)?shù)碼5P素?cái)?shù)碼構(gòu)造簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)容是很方便的。但是由于素?cái)?shù)序列有很大的自相關(guān)旁瓣，在實(shí)際應(yīng)用中，稍受干擾即會(huì)使系統(tǒng)對(duì)自相關(guān)峰的檢測(cè)誤判，導(dǎo)致系統(tǒng)性能惡化，必然要求系統(tǒng)嚴(yán)格同步，但這又很難做到，所以素?cái)?shù)碼只適合異步OCDMA系統(tǒng)。2412光正交碼光正交碼OOC是OCDMA系統(tǒng)中最直接的正交碼型，與無(wú)線CDMA中采用的擴(kuò)頻碼的完全正交不同，由于光自身的特殊性，只能用“有光”和“無(wú)光”來(lái)表示“0”和“1”，這樣兩個(gè)不同的擴(kuò)頻序列互相關(guān)值最小為“1”，同一序列的自相關(guān)值也最小為“1”所以它是一種準(zhǔn)正交碼。一個(gè)光正交碼可以由來(lái)表征，這里是指碼長(zhǎng)，指碼,CAKFFK重，是指同一碼序列的自相關(guān)值，是指不同碼序列的互相關(guān)值。為了A確保接收端可以正確解碼，以下三個(gè)條件必須滿足1碼序列數(shù)目應(yīng)該最大、編碼應(yīng)具有盡可能的復(fù)雜度和對(duì)不同的用戶碼元數(shù)應(yīng)平衡相等。2自相關(guān)條件對(duì)于平移SSCIC110,NSC3互相關(guān)條件對(duì)于平移，S2,1SC21I21,0NSSC式中，光正交碼應(yīng)有，且具有很高的率。FNACKF/相對(duì)于素?cái)?shù)碼，光正交碼的自相關(guān)和互相關(guān)性都比較好，在OCDMA系統(tǒng)中是很有前途的一種編碼方案。242光編/解碼方式同擴(kuò)頻通信中的擴(kuò)頻、解擴(kuò)器一樣，光編/解碼器在OCDMA系統(tǒng)中占有極其重要的位置。編碼器的主要功能是通過(guò)空間光調(diào)制對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行編碼。解碼器的主要功能是對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)作相關(guān)運(yùn)算處理，得到與解碼器結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻碼的自相關(guān)信號(hào)即解碼信號(hào)，完成解擴(kuò)。常用的光編/解碼器有光纖延遲線編/解碼器、相干光相關(guān)編解碼/器等。2421光纖延遲線編/解碼器光纖延遲線編/解碼器的結(jié)構(gòu)有很多種，如抽頭型、并聯(lián)結(jié)構(gòu)和梯狀結(jié)構(gòu)等。其中梯狀光纖延遲線編/解碼器的性能比其他結(jié)構(gòu)的編/解碼器要好，是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N編/解碼器。其編碼器和解碼器結(jié)構(gòu)相同，都由光纖藕合器和光纖延遲線構(gòu)成，如圖1所示。圖213梯狀結(jié)構(gòu)的光纖延遲線編/解碼器圖213中為2X2光纖耦合器，為各段光纖延KC,1211,KL遲線，K為光正交碼的碼重。一個(gè)光脈沖從端口1輸人，經(jīng)光編/解碼器，在端口4輸出一串等幅光脈沖，此即光編碼；如果將該等幅光脈沖串從端口2輸入，經(jīng)光編/解碼器，在端口3將得到該光脈沖的解碼信號(hào)。且研究表明，光編/解碼器用作解碼器和編碼器時(shí)，兩者的傳輸函數(shù)互為復(fù)共軛。2422相干光相關(guān)編/解碼器相干光相關(guān)光編碼器由一對(duì)共焦面的凸透鏡和一對(duì)放置在其焦平面上的衍射光柵以及其共焦面上的相位掩模板組成。光解碼器的結(jié)構(gòu)與光編碼器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，只是它們的相位模板之間要滿足共扼關(guān)系，如圖214所示。圖214采用相干光相關(guān)編碼器的OCDMA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案在發(fā)送端，由光源發(fā)出的超短光脈沖經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)制后被送到相干光相關(guān)光編碼器，第一個(gè)光柵把人射光脈沖的光譜成分分開(kāi)，然后經(jīng)第一個(gè)透鏡傅里葉變換后人射到相位掩模板上，當(dāng)在共焦面上時(shí)，由相位掩模板在不同的頻譜成分中引人PN碼進(jìn)行頻譜編碼。編碼后的各光譜分量通過(guò)第二個(gè)凸透鏡的傅里葉變換作用，然后由第二個(gè)衍射光柵合成一個(gè)光束后發(fā)送。在接收端，由匹配濾波理論可知，如果解碼器與編碼器的相位掩模板是共扼匹配的，那么發(fā)送端的頻譜相位碼將被解除，原來(lái)的相關(guān)超短光脈沖將得到恢復(fù)，解碼器輸出端將出現(xiàn)一個(gè)高強(qiáng)度尖銳的自相關(guān)峰；如果不匹配則在解碼器的輸出端出現(xiàn)低強(qiáng)度的偽噪聲信號(hào)，將被門(mén)限判決裝置濾掉。第3章OCDMA中正交碼的研究擴(kuò)頻編碼的選擇是光碼分多址OCDMA系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。由于OCDMA的擴(kuò)頻編碼多是取值于單極性0，1域歸一化光脈沖強(qiáng)度而不是取值1，1的雙極性域，使得在OCDMA通信中,擴(kuò)頻編碼序列的構(gòu)造需滿足以下的基本原則1盡可能大的自相關(guān)峰值和盡可能小的自相關(guān)旁瓣；2盡可能小的互相關(guān)值；3碼字容量要足夠大；4較高的復(fù)雜度。以上四個(gè)原則是構(gòu)造OCDMA擴(kuò)頻編碼和評(píng)價(jià)擴(kuò)頻編碼性能的基礎(chǔ)。盡可能大的自相關(guān)峰值和小的互相關(guān)旁瓣是為了保證信號(hào)功率盡可能大,增強(qiáng)有信號(hào)和無(wú)信號(hào)的對(duì)比度，但是與射頻CDMA系統(tǒng)不一樣，因?yàn)椴捎脽o(wú)源光器件作解碼器，其相當(dāng)于一個(gè)匹配濾波器，其同步是自己實(shí)現(xiàn)的，并不需要外來(lái)信號(hào)控制；小的互相關(guān)值是為了保證多址干擾盡可能??；碼字容量是為了保證有足夠多的用戶數(shù)；序列較高的復(fù)雜度是為了保證系統(tǒng)有高的保密性能。但除了上述的原則，在實(shí)際擴(kuò)頻編碼中還要考慮擴(kuò)頻編碼在系統(tǒng)中的可用性、擴(kuò)頻編碼實(shí)現(xiàn)時(shí)的擴(kuò)頻編碼損耗、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和成本等諸多因素?，F(xiàn)在常用的一維、二維擴(kuò)頻編碼有光正交碼OOC、素?cái)?shù)碼PC、準(zhǔn)數(shù)素碼、2N數(shù)素碼、OOC/OOC碼、PC/OOC碼等,本文我們主要研究OCDMA中的正交碼的構(gòu)造及其性能。31一維光正交碼光正交碼OPTICALORTHOGONALCODES,OOC。由于其本身擴(kuò)頻編碼特性的高峰值、低旁瓣的“圖釘”狀自相關(guān)和低互相關(guān)值,使得數(shù)據(jù)探測(cè)更加便利、多用戶干擾也大大降低、異步用戶數(shù)大大增加用戶數(shù)據(jù)的傳輸更加高效、更加可靠,系統(tǒng)組網(wǎng)更加靈活,是目前國(guó)內(nèi)外研究較多,理論己經(jīng)比較成熟的一種擴(kuò)頻編碼方案。311光正交碼的定義和表示方法一個(gè)光正交碼可表示為其中為碼長(zhǎng),為碼重序列中,CAKFCFK“1”的個(gè)數(shù)，為自相關(guān)數(shù)，為互相關(guān)數(shù)。同時(shí)應(yīng)滿足以下條件AC自相關(guān)性滿足1JIFIX101,2,0FJKA，互相關(guān)性滿足,2JIFIX10C,1J，這里的是模加，為第個(gè)正交碼字。和原則上可取任意正NIAC整數(shù)，但一般為了分析方便，規(guī)定、。AC光正交碼的容量用表示，即為其包含碼字的數(shù)目。由于我,KF們總希望OCDMA系統(tǒng)的容量盡可能大，在這里也就是希望OOC有盡可能多的碼字。由著名的JOHNSON界可以得到碼字的最大容量公式3F1,）（其中，。取得該值的光正交碼，我們稱(chēng)為最優(yōu)碼。MAXC312光正交碼的一般分類(lèi)及容量比較光正交碼的一般分類(lèi)及容量如表1所示。通過(guò)比較可以得出非對(duì)稱(chēng)光正交碼的容量上界比對(duì)稱(chēng)光正交碼的大；可變碼重光正交碼的容量上界比等重光正交碼的大；但是可變碼重光正交碼的構(gòu)造也最為復(fù)雜，非對(duì)稱(chēng)光正交碼次之；對(duì)稱(chēng)光正交碼最簡(jiǎn)單。313光正交碼的構(gòu)造方法FHRYOH等人闡述了光正交碼與組合設(shè)計(jì)間的關(guān)系，即一個(gè)最佳光正交碼與一個(gè)最佳循環(huán)差集族是等價(jià)的?；谶@一思想，人們將光正交碼的構(gòu)造問(wèn)題轉(zhuǎn)化為循環(huán)差集族的構(gòu)造問(wèn)題，以有限域和初等數(shù)論的基本理論為基礎(chǔ)，對(duì)循環(huán)差集族的構(gòu)造問(wèn)題進(jìn)行了深入的分析和研究，在此基礎(chǔ)上，提出幾種光正交碼的構(gòu)造算法直接構(gòu)造法、代數(shù)構(gòu)造法和遞歸構(gòu)造法等。直接構(gòu)造法又稱(chēng)試湊法構(gòu)造，對(duì)于構(gòu)造時(shí)應(yīng)該遵循以,KFC下原則要保證任意兩個(gè)碼字區(qū)組的元素中，相同的元素不超過(guò)個(gè)，同時(shí)要保證容納兩個(gè)碼字中的任意兩個(gè)元素之差相同的次數(shù)不能超過(guò)次。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠構(gòu)造最佳容量的光正交碼；缺點(diǎn)是試湊易出錯(cuò)，K較大時(shí)比較繁復(fù),實(shí)用價(jià)值不大。表31光正交碼的一般分類(lèi)和容量代數(shù)構(gòu)造法是采用近代代數(shù)中有限域理論進(jìn)行構(gòu)造，通過(guò)解有限域中的方程得到碼字區(qū)組，此方法適用于計(jì)算機(jī)編程來(lái)構(gòu)造碼字。遞歸構(gòu)造法是利用已有的容量為的光正交碼和容量為1,KF1C的光正交碼來(lái)構(gòu)造光正交碼C。若和是最1,2KF2C,22佳構(gòu)造,則C也是最佳構(gòu)造,且其容量為。,2KF此外還有窮舉法、射影幾何構(gòu)造法、組合數(shù)學(xué)構(gòu)造法等。下面我們主要介紹一下用射影幾何構(gòu)造法如何構(gòu)造光正交碼。32用射影幾何構(gòu)造法構(gòu)造光正交碼321構(gòu)建光正交碼的基本思想在OCDMA系統(tǒng)中，許多異步工作的用戶同時(shí)占據(jù)相同的帶寬資源。在接收端，期望用戶利用地址碼把所需要的信息檢測(cè)出來(lái)。因此，地址碼序列必須具有良好的自相關(guān)和互相關(guān)性能。我們用和來(lái)表示兩個(gè)TXTY周期性的信號(hào)11CTNCTPXTXC類(lèi)型定義容量上界等重對(duì)稱(chēng)正交碼K恒定，CA）（）（）（KFF12等重非對(duì)稱(chēng)正交碼K恒定，CA）（CA12可變碼重正交碼K不恒定10CIPIIAKQFF（和21CTNCTPYTYC這里表示持續(xù)時(shí)間為的理想矩形脈沖。如果對(duì)于所有的時(shí)間,TPCTT和都成立，那么序列和就是周期性序XTTTYTNXY列，其周期為。當(dāng)并且時(shí)，碼字設(shè)計(jì)CF/T01,0FLTTC的基本問(wèn)題就可以用下面兩式來(lái)描述1對(duì)于集合中的任何碼序列，有NX31,010,FLKXLZAFNLX，2對(duì)于集合中任何一對(duì)碼序列和，有NXNY410,10,LYXLZCFNLYX在323和324式中，K，和都是常數(shù)。和分別稱(chēng)為自相ACAC關(guān)限和互相關(guān)限。碼序列嚴(yán)格正交要求。在這里，如果和0A各自取其最小值，就稱(chēng)碼序列是正交的嚴(yán)格說(shuō)來(lái)是準(zhǔn)正交。C對(duì)于研究擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的專(zhuān)家來(lái)講，3和4式是非常熟悉的。但是，與無(wú)線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)不同，我們現(xiàn)在要面對(duì)的是一個(gè)“正POSITIVE系統(tǒng)”。在正系統(tǒng)里，信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算后不可能為0。因此，在1/1基礎(chǔ)上滿足上面兩個(gè)條件的碼序列對(duì)于正系統(tǒng)而言不再保持其原有的性質(zhì)。這是因?yàn)槲覀冞@里所說(shuō)的光碼分多址系統(tǒng)是僅利用了信號(hào)的能量或功率的信息，而沒(méi)有用到信號(hào)的相位信息。所以，需要研究專(zhuān)門(mén)適用于正系統(tǒng)的碼序列光正交碼（OPTICALORTHOGONALCODES,OOC）。通常，由（0，1）組成的光正交碼C可以用來(lái)表示，CAKF,碼字的個(gè)數(shù)（用表示）稱(chēng)為此碼的容量。這里符號(hào)的意義與前面相同。CK表示碼序列中“1”的個(gè)數(shù)，稱(chēng)為碼重。如果，則光正交碼可以表CA示為，其容量滿足下式,F5KFF12盡管從理論上講，和的取值可以為小于K的任何正整數(shù)，但是AC和的值越小，碼字之間的干擾就越小，系統(tǒng)性能就越好，所以目前研AC究最多的是和取值為1的情況。當(dāng)時(shí)，碼字的最大容量為ACCA取整61KFCN表32給出了一組（N，K，1，1）正交碼的容量與碼長(zhǎng)和碼重之間的關(guān)系。表32光正交碼的容量、碼長(zhǎng)和碼重之間的關(guān)系KFNKFN331543643036310410939131272143280273325542585435118553411731023170513656832047341554612733409568261565440366312141211063156105當(dāng)時(shí)，323和324式還可以用擴(kuò)展集合EXTENDEDSET的1CA方法來(lái)等價(jià)地描述。下面先用一個(gè)例子來(lái)介紹擴(kuò)展集合。A和B是兩個(gè)碼重為4的光正交碼，用下面的等價(jià)集合來(lái)表示7AA4321,和8BB4321,這里定義為第2個(gè)碼片與第1個(gè)碼片之間的相對(duì)時(shí)延，和A1A23分別為第3和2，4和3，1和4之間的相對(duì)時(shí)延。，和的A4B1B4定義與前面類(lèi)似。集合A的擴(kuò)展集合可以用AEXT表示，它是A中所有相鄰元素的線性組合，可以按照下面的步驟來(lái)構(gòu)建第一步直接取A中的元素（，）為AEXT中的元A12A34素。第二步取A中相鄰的元素之和（，）為AEXT中的元素。A1234A1第（K1）步（本例中為第三步）取A中所有相鄰的元素之和（，）為AEXT中323441A2的元素。所以，本例中A的擴(kuò)展集合AEXT可以由下式表示AEXT，,，,123A412A3A4A1，A1233414129類(lèi)似地，B的擴(kuò)展集合BEXT可以表示為BEXT，,，,B12B341B2B3B4B1，12334141210通常，對(duì)于碼字F，K，1，1，其擴(kuò)展集合共有KK1個(gè)元素。從上面對(duì)擴(kuò)展集合的定義我們有1在的情況下，擴(kuò)展集CA合中沒(méi)有任何兩個(gè)元素是重復(fù)的，這與323式是等價(jià)的。2AEXT和BEXT中的元素沒(méi)有一個(gè)是相同的，用數(shù)學(xué)符號(hào)可以表示為。這個(gè)條件與324式是等價(jià)的。EXTBA下面我們研究一下碼字之間的相互干擾問(wèn)題。假設(shè)A和B是正交碼中的任意兩個(gè)碼字，把它們的互相關(guān)輸出定義為隨機(jī)變量I，1,KF并且把不同的互相關(guān)值的概率用下面的符號(hào)表示110PRIQ121P1310PR1IQP那么，隨機(jī)變量I的概率密度函數(shù)就可以用下式來(lái)表示14IQPIPI在214式中，顯然滿足，并且為狄拉克函數(shù)，1QPX。15其它，0I由此，我們很容易得到隨機(jī)變量I的均值和方差分別為IM2I1621QPI171246462PI對(duì)于實(shí)際的異步系統(tǒng)，就碼片而言也應(yīng)該是異步的。它有兩種可能的情況強(qiáng)碼片異步干擾模式和弱碼片異步干擾模式。然而，在實(shí)際上，為了分析問(wèn)題的方便，我們常常會(huì)考慮碼片同步（但是比特異步），這是一種理想的情況。1強(qiáng)碼片異步干擾模式這是碼片異步時(shí)干擾強(qiáng)度最大的一種情況，此時(shí)FKP/12，隨機(jī)變量I的的概率密度函數(shù)為FKQ/12FQP/218SSSSIIKIP112顯然，方差和均值為19FMSI220KSI31222弱碼片異步干擾模式這是所有情況中干擾最小的一種情況。此時(shí),隨0PFKQ2機(jī)變量I的概率密度函數(shù)為21WSWIIFQIP21均值和方差分別為22FKMWI223WI23123片同碼步情況這是為了分析問(wèn)題方便而假設(shè)的一種理想情況，在實(shí)際的系統(tǒng)中是不存在的。此時(shí)，隨機(jī)變量I的概率密度函數(shù)可以表示為FKP21Q24122CSCSIIFKIPCS均值和方差分別為25FMCSI226KCSI221在以上三種情形中，隨機(jī)變量I的均值都相等，方差不同，并且有以下關(guān)系2722CSSCSIII其中碼片同步時(shí)，方差為最大。由于方差的大小就是干擾程度的量度，所以，碼片同步時(shí)用戶之間的干擾程度最大。在碼片同步時(shí)系統(tǒng)分析起來(lái)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，所以在處理這一類(lèi)問(wèn)題時(shí)往往就把系統(tǒng)假設(shè)為碼片同步，系統(tǒng)的性能與實(shí)際情況相比要差。如果系統(tǒng)性能用誤碼率來(lái)表示，則此時(shí)的誤碼率為真實(shí)系統(tǒng)誤碼率的上限值。322有限射影幾何方面的知識(shí)為更好地闡述有限射影幾何法，在此對(duì)有限射影幾何的相關(guān)概念作一點(diǎn)敘述。3221向量空間與有限域的聯(lián)系有限域是對(duì)域的次擴(kuò)張，要完成擴(kuò)張，須先找到1DQGFQF1D在上的一個(gè)次既約多項(xiàng)式，在此還希望它是本原的。設(shè)XF為多項(xiàng)式的一個(gè)根，則是的一個(gè)本原元，切XFG上的非0元素表示為1D21,DQ因?yàn)槭堑囊唤M基，所以中的任一元,10D，1F1DQGF素又可表示為28,0QIDIIK而在向量空間中，任一向量A可以表示為空間中一組基的線,1QV性組合，若這組基為則有,0IE29,0QGFAIDI比較（1）、（2）式可以發(fā)現(xiàn)，向量空間中的向量與,1DV中的元素存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如此則可將向量空間DQGF中的向量和有限域中的元素聯(lián)系起來(lái)。因此，在標(biāo)記,V1DQ中的元素時(shí)，有時(shí)可采用向量記法，并按從高次到低次的順序記1作3001,AADK，順便提一下，域中的乘法運(yùn)算是相乘再?？梢酝ㄟ^(guò)乘以KXF,1K再模得到。XF3222射影空間中的點(diǎn)和直線歐氏空間中平面上一點(diǎn)的坐標(biāo)為，若令,21X，0,3231X則就是二維射影空間點(diǎn)的坐標(biāo)，而且對(duì)于不為0的常數(shù)P顯,321然有3231,所以和是同一點(diǎn)的坐標(biāo)。類(lèi)似的理由,321,321是三維歐氏空間的點(diǎn)的坐標(biāo)，令,321X，0,434241XX則便是三維射影空間的點(diǎn)的坐標(biāo)。,4321是個(gè)元素的域，屬于的維攝影空間的點(diǎn)QGFQGF1D,1QDPG，除外有個(gè)。因?yàn)楹?21D0,21實(shí)為同一點(diǎn)的坐標(biāo)，其中，則維射影，0,Q1D空間的點(diǎn)個(gè)數(shù)實(shí)為。）D,211QD若和是射影空間的