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

1、 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ΑＪ菍?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

2、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non-coherent optical cdma system codec researchabstractcurrent optical fiber network is bothered by the electrical bottle-neck effect. optical c

3、ode division multiplexing technique tries to overcome this problem by taking use of optical encoding and decoding to realize optical channel multiplexing without switching. this technique can increase the data transference speed greatly. and it has evolved into many variations, e.g., optical time di

4、vision multiple access (otdma), wave division multiple access (wdma) and optical code division multiple access (ocdma). ocdma is considered as the most promising method for its advantages, such as high security, convenient networkmanagement, etc.this paper first compares the three common multiplexin

5、g techniques, which are otdma, wdma and ocdma. then the paper mainly describes the basic theory, existing problems and current applications of multiplexing techniques. ocdma is the focus of this paper. its working mechanism and implementation method are presented in this paper. and an improved versi

6、on of ocdma is proposed. finally the paper discussed the future of ocdma.key words: ocdma; encoder/decoder; prime code; optical orthogonal code 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.2 1.2.1 光時(shí)分多址（otdma）技術(shù)2 1.2.2 波分多址（wdma）技術(shù).4 1.2.3 光碼分多址（ocdma）技術(shù)41.3 ocdma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.62 oc

7、dma系統(tǒng)編解碼關(guān)鍵技術(shù)82.1 ocdma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24 4.1.1 二維ocdma編解碼系統(tǒng)中的拍頻噪聲分析24 4.1.2 太赫茲光非對(duì)稱解復(fù)用器（toad）

8、254.2 相干超短脈沖光源研究27 4.2.1 主動(dòng)鎖模光纖激光器簡(jiǎn)介.27 4.2.2 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)29 4.3.1 多用戶干擾（mai）.29 4.3.2 基于超連續(xù)譜的閾值比較 .305 ocdma的應(yīng)用前景和新型方案.325.1 ocdma在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用.325.2 ocdma/wdm混合網(wǎng)絡(luò).33 5.2.1 ocdma和wdm的混合.33 5.2.2 ocdma和wdm混合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn).345.3 ocdma系統(tǒng)在pon中的應(yīng)用355.4 幾種新型的ocdma編解碼方案35 5.4.1 二維碼到三維碼的變遷.35 5.4.

9、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.481 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)

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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所示圖1.1 otdma系統(tǒng)1目前在otdma系統(tǒng)中還有一些關(guān)鍵技術(shù)需

15、要解決，如超短光脈沖的產(chǎn)生，全光時(shí)分解復(fù)用技術(shù)和定時(shí)提取等。很多技術(shù)現(xiàn)在不成熟，所以光時(shí)分多址技術(shù)還不能在工業(yè)上進(jìn)行商用。1.2.2 波分多址(wdma)技術(shù)所謂波分復(fù)用，是指在一根光纖上不只是傳送一個(gè)光載波，而是同時(shí)傳送多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波。這樣一來(lái)，原來(lái)在一根光纖上只能傳送一個(gè)光載波的單一信道變?yōu)榭蓚魉投鄠€(gè)不同波長(zhǎng)光載波的信道，從而使得光纖的傳輸能力成倍增加。如圖1.2所示：圖1.2 wdma系統(tǒng)圖2wdm目前技術(shù)比較成熟，40波長(zhǎng)的dwdm系統(tǒng)己經(jīng)進(jìn)入了商用階段。隨著ip over wdm，ip over dwdm技術(shù)的出現(xiàn)，wdm和dwdm更為矚目；且隨著oadm(光分插復(fù)用器)和ox

16、c(光交叉連接器)器件的發(fā)展，基于波長(zhǎng)路由wdm全光網(wǎng)絡(luò)也得到了快速的發(fā)展。wdm系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，由于其有很多優(yōu)點(diǎn)：(1)超大容量傳輸，系統(tǒng)容量可以達(dá)到tb/s以上。(2)各通路透明傳輸，平滑升級(jí)擴(kuò)容。各通道彼此獨(dú)立，可以分別透明傳送不同的業(yè)務(wù)信號(hào)，互不干擾。(3)能充分利用tdm技術(shù)。利用成熟的tdm技術(shù)，提高單通道的傳輸容量，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的總?cè)萘俊?4)wdm可以與oadm、oxc混合，以組成具有高度靈活性、高生存性的全光網(wǎng)絡(luò)。而其缺點(diǎn)是需要精確的波長(zhǎng)控制、可調(diào)諧多波長(zhǎng)激光器及可調(diào)諧濾波器等。而且在傳輸過(guò)程中，由于未對(duì)信息進(jìn)行有效保護(hù)，降低了信息傳輸?shù)陌踩阅堋?.2.3 光碼分多址(

17、ocdma)技術(shù)ocdma是將不同用戶的信號(hào)用互成正交的不同碼序列來(lái)進(jìn)行光學(xué)編碼，經(jīng)過(guò)編碼的用戶信號(hào)可在同一光纖信道中傳輸，接收端用相應(yīng)的碼序列解碼接收，恢復(fù)原用戶發(fā)送的信息。圖1.3是一個(gè)ocdma系統(tǒng)示意圖。圖1.3 ocdma系統(tǒng)ocdma與wdm、otdm同屬新一代超大容量(超高速)光通信技術(shù)，但又有不同，下面是三者的比較表。表1-1 wdm，otdm和ocdma三者特性的比較 波長(zhǎng)控制全網(wǎng)同步用戶數(shù)其他wdm需要精確波長(zhǎng)控制不需要由物理可用長(zhǎng)度決定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議復(fù)雜，目前技術(shù)比較成熟otdm不需要波長(zhǎng)控制需要嚴(yán)格的全網(wǎng)同步由物理可用時(shí)隙段決定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議復(fù)雜，目前光存儲(chǔ)器正在研究ocdma不需

18、要波長(zhǎng)控制不需要由地址碼容量決定，具有軟容量網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)單，隨機(jī)接入，目前研究熱點(diǎn)通過(guò)表1-1的比較及ocdma自身的特點(diǎn)，我們知道ocdma技術(shù)突出的特點(diǎn)有：(1) 安全保密性。在ocdma技術(shù)中，各用戶都分配一個(gè)地址碼，然后將光學(xué)編碼后的光信號(hào)接入到光纖中去，因此接收端只有用相應(yīng)的碼字進(jìn)行解碼，才能準(zhǔn)確的恢復(fù)用戶發(fā)送的信息。若光纜被竊聽(tīng)，由于傳輸光信號(hào)己經(jīng)編碼，對(duì)方也不可能直接得到光纜中的傳輸信息。而且由于對(duì)用戶信息進(jìn)行編碼，使一個(gè)脈沖分解成多個(gè)脈沖，從而有效降低了單位脈沖的信號(hào)傳輸功率，使得有用信息隱藏在噪聲中，隱蔽性好、被截獲概率很小，被檢測(cè)到的概率也很低，這在對(duì)安全保密要求很高的軍事通

19、信上有很大的應(yīng)用前景。(2) ocdma網(wǎng)絡(luò)具有軟容量，使用擴(kuò)展的多維編解碼技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)不受限制的海量用戶數(shù)。(3) ocdma網(wǎng)絡(luò)控制管理便捷。ocdma網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)不同用戶的隨機(jī)異步接入；網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)單元易于實(shí)現(xiàn)全光處理，業(yè)務(wù)透明性高；由不同碼區(qū)分的不同用戶可以比較容易的提供不同的服務(wù)質(zhì)量(qos，qualytiofesvriec)，靈活的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。由于其卓越的性能，ocdma技術(shù)正吸引著越來(lái)越多的注意，成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。1.3 ocdma技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀ocdma研究在向高速率，集成化，可調(diào)諧和更多用戶的方向發(fā)展。英國(guó)南安普頓大學(xué)的光電磁研究中心于2002年實(shí)現(xiàn)了16通道基于16

20、碼片（碼片速率為20gbit/s）ssfbg的ocdma系統(tǒng)。日本國(guó)家信息和傳輸技術(shù)研究機(jī)構(gòu)在美國(guó)召開(kāi)的ofc2005上展示了十用戶，基于ssfbg的異步ocdma系統(tǒng)，碼片速度高達(dá)640gchip/s(碼長(zhǎng)511，比特速率1.25gbit/s)。加拿大的mcgill大學(xué)基于對(duì)非相干ocdma研究研制成了時(shí)域/譜域擴(kuò)展的二維的ocdma編解碼器件，支持傳輸速率10gbit/s.美國(guó)加利福尼亞大學(xué)在國(guó)防高級(jí)研究項(xiàng)目機(jī)構(gòu)支持下，研制出了基于awg的單片集成的編解碼器芯片，芯片大小為12mm4mm，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的一維編碼技術(shù)，美國(guó)普林斯頓大學(xué)研制了利用環(huán)形網(wǎng)的全光分插復(fù)用單元（oadm），用戶數(shù)為4，

21、單用戶的比特速率為2.5gbit/s。國(guó)內(nèi)的ocdma研究水平相對(duì)要落后一些，研究機(jī)構(gòu)主要有浙江大學(xué)光通信交叉研究中心，電子科技大學(xué)應(yīng)用所，上海交大區(qū)域光纖通信網(wǎng)于新型光纖通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)以及深圳大學(xué)信息工程研究中心等，其中浙江大學(xué)光通信交叉研究中心在ocdma編解碼技術(shù)的領(lǐng)域展開(kāi)了廣泛的研究，并有了ocdma實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并能初步承載155mbit/s的系統(tǒng)。相比之下，其他研究機(jī)構(gòu)還大多限于碼字研究，編碼器實(shí)現(xiàn)等，鮮有ocdma實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)報(bào)道ocdma的發(fā)展一直以接入網(wǎng)，碼字，編解碼技術(shù)及大容量傳輸?shù)葹橹饕芯糠较颍鼉赡陙?lái)則開(kāi)始對(duì)安全問(wèn)題進(jìn)行研究，特別是在美國(guó)和日本，都開(kāi)始了一些

22、由國(guó)家資助的重大研究項(xiàng)目，在美國(guó)，由darpa啟動(dòng)了一項(xiàng)數(shù)千萬(wàn)美元的ocdma研究計(jì)劃，在日本，ocdma技術(shù)已被政府列入未來(lái)光通信發(fā)展的戰(zhàn)略計(jì)劃。1.4 課題主要研究方法ocdma系統(tǒng)目前采用的光編解碼方案主要有：基于光纖延遲線的時(shí)域光正交碼方案、基于衍射光柵/相位掩模板的頻域編解碼方案、基于fbg的編解碼方案以及基于awg的編解碼方案。在ocdma系統(tǒng)中，最具有代表性的編解碼器實(shí)現(xiàn)方案是基于光纖延遲線的時(shí)域編解碼和基于衍射光柵/相位掩模板的頻域編解碼方案。在非相干ocdma系統(tǒng)中，基于光纖光柵的譜域編解碼方案逐漸成為主流。前兩個(gè)方案的實(shí)現(xiàn)主要受器件的影響，如需要造價(jià)昂貴的相干超短脈沖光源，

23、使得成本較高，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。非相干ocdma系統(tǒng)對(duì)光地址碼集的相關(guān)性能要求很高，而現(xiàn)有光地址碼集的多用戶干擾問(wèn)題突出，限制了系統(tǒng)的容量。目前，比較看好的是近幾年發(fā)展起來(lái)的基于fbg單光束編/解碼技術(shù)。最初采用的是在一根光纖上按序?qū)懭耄ɑ蚪永m(xù)而成）的fbg陣列，光柵的空間位置和反射幅度用于編碼。隨著光檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，光柵的反射相移也能檢測(cè)到，相位編碼也就成為可能，二維光柵矩陣編碼（相位和幅度）器也已在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。目前，較好的方法是在一根光柵上進(jìn)行連續(xù)的幅度和相位調(diào)制，形成ssfbg（超結(jié)構(gòu)光纖光柵），用它替代離散fbg陣列進(jìn)行編/解碼。1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文在第一章介紹了ocdma的概

24、念、特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀；接下來(lái)的第二章分析現(xiàn)在ocdma系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)，如地址碼的構(gòu)造，編解碼器的實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)檢測(cè)部分； 第三章介紹發(fā)送部分光源的研究，主要是針對(duì)非相干超短脈沖光源的研究，同時(shí)分析光cdma系統(tǒng)的接收部分性能，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行閾 值去噪處理，以解決多用戶干擾問(wèn)題；第四章則將介紹ocdma系統(tǒng)的應(yīng)用前景以及更多的編解碼方案。本文最后一章是總結(jié)與展望，總結(jié)全文的主要研究?jī)?nèi)容，并對(duì)以后的研究工作進(jìn)行展望。2 ocdma系統(tǒng)編解碼關(guān)鍵技術(shù) 2.1 ocdma系統(tǒng)模型通過(guò)上一章的對(duì)比和分析，已經(jīng)對(duì)ocdma的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了一個(gè)大概的了解，實(shí)際上，一個(gè)簡(jiǎn)單的ocdma系統(tǒng)與傳統(tǒng)的光通

25、信系統(tǒng)非常類似，都是由發(fā)射機(jī)，傳輸信道和接收機(jī)組成，不同的是ocdma系統(tǒng)在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中各引入了編碼和解碼模塊，如下面的結(jié)構(gòu)圖2.1所示。圖2.1 ocdma系統(tǒng)模型在發(fā)射端，用戶的數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)制器調(diào)制到光波中，形成光信號(hào)；該光信號(hào)由編碼器用特定的地址碼進(jìn)行光域編碼，然后該編碼信號(hào)輸入到光網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸；在接收端，用戶利用編碼器對(duì)應(yīng)的解碼器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行相干解碼，并利用特定的檢測(cè)設(shè)備對(duì)解碼后的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)判決，以恢復(fù)出傳送的數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)用戶間的通信。從圖2.1的原理框圖中可以看出，ocdma系統(tǒng)，主要包括地址碼的設(shè)計(jì)；編解碼器的實(shí)現(xiàn)；光源的實(shí)現(xiàn)及檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)等幾個(gè)關(guān)鍵部分，下面我們將對(duì)這

26、幾個(gè)關(guān)鍵部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。2.2 地址碼設(shè)計(jì)2.2.1地址碼的概念在碼分多址(cdma)通信系統(tǒng)中，所有用戶共同占用同一信道的相同頻段和時(shí)間，不同用戶傳輸信息所用的信號(hào)靠不同的編碼序列來(lái)區(qū)分，即每個(gè)用戶都分配一個(gè)偽隨機(jī)序列在發(fā)送端根據(jù)對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)序列用戶的每個(gè)信息比特編碼成串脈沖；在接收端，用戶用相同的偽隨機(jī)序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算來(lái)恢復(fù)傳輸?shù)男畔?。這些偽隨機(jī)序列就叫做用戶的地址碼，而每一個(gè)編碼脈沖則稱為一個(gè)碼片(chip)。如圖2.2可以清楚地展示地址碼的概念及編碼過(guò)程。圖2.2 地址碼的概念地址碼選擇應(yīng)具有如下特征：（1）具有尖銳的自相關(guān)峰值；（2）盡可能小的互相關(guān)峰值；（3）具有足夠多的碼字容量

27、。為了盡量減少其它用戶的干擾，獲得較高的信噪比，這些碼序列之間應(yīng)有良好的自相關(guān)和互相關(guān)特性，即自相關(guān)的主峰值要大，互相關(guān)要小。另外，為了使收發(fā)雙方容易獲得同步，自相關(guān)的側(cè)峰值也要盡可能地小。同樣在ocdma系統(tǒng)中，每個(gè)用戶被分配唯一的、且相關(guān)特性好的光地址碼來(lái)相互標(biāo)識(shí)和區(qū)別，實(shí)現(xiàn)共享信道隨機(jī)通信。所以ocdma系統(tǒng)的整體性能很大程度上依賴于系統(tǒng)所采用的光地址碼，因此研究適合ocdma系統(tǒng)的大容量、相關(guān)特性好的光地址碼是odcma系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前ocdma地址碼的分類按照極性可以分為單極性碼和雙極性碼。單極性碼主要應(yīng)用在非相干光通信中；而雙極性碼主要應(yīng)用于相干光通信中。下面著重介紹單極性碼。2.

28、3 單極性碼 在非相干光通信中，由于主要是對(duì)光的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，雙極性碼不能直接應(yīng)用，單極性碼就成為了非相干光通信中ocdma碼字研究的重點(diǎn)。單極性碼(0，1)通常由四個(gè)參數(shù)n(，)，其中n為碼長(zhǎng)，為碼重量(即碼字中1的數(shù)目)，分別表示自相關(guān)和互相關(guān)參數(shù)。碼字的設(shè)計(jì)要求碼序列有良好的相關(guān)性和正交性，即自相關(guān)值盡可能大，互相關(guān)值盡可能??；還要求碼字空間盡可能地大。ocdma單極性碼主要有直接擴(kuò)序(ds)碼，如光正交碼(ooc)、素?cái)?shù)碼(prime code)、二次同余碼(qc)等，光正交跳頻(frequeney hopping)碼和混合碼(hc)等。下面簡(jiǎn)單介紹一下常用的幾種碼型。2.3.1 光正

29、交碼(ooc)光正交碼(ooc)是ocdma比較成熟的碼之一， fnar.k.chung于1989年提出了這個(gè)概念，并分析了其性能。由于其良好的相關(guān)特性，ooc受到了普遍重視。一個(gè)n()光正交碼c就是由一組長(zhǎng)度為n、碼重為的0，1序列組成的集合，且每個(gè)碼字()的循環(huán)還是一個(gè)碼字，其自相關(guān)函數(shù)滿足： （2-1）互相關(guān)函數(shù)滿足： （2-2）其中為的相異碼字。在該ooc中，碼字的個(gè)數(shù)稱為此碼的容量。=為容量的最大可能值，如果（）光正交碼c的容量c滿足johson限，即 （2-3）則稱c為最優(yōu)化ooc，若c與()接近，則稱c為準(zhǔn)優(yōu)化ooc。光正交碼的構(gòu)造方法主要有貪婪算法、射影幾何法、遺傳算法等。oo

30、c碼的特點(diǎn)是容量很小，容量隨碼長(zhǎng)的增大而增大，隨碼重的增大而減小，因此為了增大容量不得不極大地增大碼長(zhǎng)和減小碼重，而增大碼長(zhǎng)又導(dǎo)致有效數(shù)據(jù)的傳輸速率下降，減小碼重會(huì)導(dǎo)致自相關(guān)峰值的下降，這些都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降。所以從編碼器復(fù)雜性的角度考慮，這種碼一般碼重較小，因而容量也較小。如(19，3，1)ooc共有三個(gè)碼字：4，6，9，2，3，14及l(fā)，7，11，不利于大容量系統(tǒng)的應(yīng)用。2.3.2 素?cái)?shù)碼(prime code)素?cái)?shù)序列是一種長(zhǎng)度為的地址序列，其中碼重p為一個(gè)素?cái)?shù)。素?cái)?shù)碼的構(gòu)造需要先構(gòu)造一個(gè)素?cái)?shù)序列： （2-4），為伽羅華域gf=0，1，2，p-1的元素。由可構(gòu)造出光素?cái)?shù)碼序列： （2

31、-5）其中 （2-6）相比于ooc碼，素?cái)?shù)碼構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，且有良好的互相關(guān)特性(互相關(guān)值為2)，但自相關(guān)旁瓣過(guò)高(p-1)，不適合做隨機(jī)異步接入，但可以提供的用戶數(shù)較多，其容量為p。2.3.3 光正交跳頻碼光跳頻編碼是對(duì)一個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)上的脈沖用不同的波長(zhǎng)進(jìn)行編碼，這種波長(zhǎng)的間隔一般非常短。光正交跳頻碼的容量為，是光正交碼碼空間的q倍3。在光跳頻cdma中，設(shè)第k個(gè)用戶的跳頻方案是，則第k個(gè)用戶表示為下式： （2-7）其中，b是帶寬信號(hào)，q為跳頻總數(shù)，為可選波長(zhǎng)的集合。對(duì)于（l,w,1）ooc，設(shè)其碼系為c為（l,w,1）ooc的容量，構(gòu)造光正交跳頻碼方案的關(guān)鍵是構(gòu)造出的ooc；然后將直接作為跳頻

32、碼發(fā)生器的頻率，即，由此發(fā)生器可以生成的q個(gè)跳頻碼為，其中。該光正交跳頻碼的自相關(guān)最大值為 （2-8）互相關(guān)值： （2-9）根據(jù)ooc的自相關(guān)和互相關(guān)特性， 的任意兩個(gè)碼字，即互相關(guān)最大值為1。 如l，7，11ooc，設(shè)跳頻數(shù)為13，對(duì)應(yīng)的跳頻碼發(fā)生器為由此生成的跳頻碼為等13個(gè)碼序列。如圖2.3所示： 圖2.3 光正交跳頻碼的變址示意圖以對(duì)上述的(19，3，1)ooc碼來(lái)說(shuō)，光跳頻碼的碼空間為。如圖2.3所示盡管通過(guò)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，單極性碼性能有了很大的提高，但仍然有很多不足。如碼空間不夠大，實(shí)現(xiàn)大容量用戶接址時(shí)需要碼的碼字很長(zhǎng)，導(dǎo)致碼片周期很短，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)困難；相關(guān)性能不理想，易于產(chǎn)生多用

33、戶干擾等。多維碼ocdma系統(tǒng)的性能比單維碼ocdma系統(tǒng)的性能有了較大的提高，在相同擴(kuò)頻系數(shù)下，碼空間會(huì)有較大的增加。單維碼ocdma系統(tǒng)無(wú)論是在誤碼率條件和系統(tǒng)總用戶數(shù)方面，都不及多維碼ocdma系統(tǒng)。所以多維碼的研究是ocdma系統(tǒng)碼字研究的一個(gè)重要方面。2.4 編解碼器的實(shí)現(xiàn)光編/解碼器是ocdma系統(tǒng)的核心部件。ocdma編/解碼器經(jīng)歷了光纖延遲線體光柵、布拉格光纖光柵（fbg）、陣列波導(dǎo)光柵（awg）等幾種。光編解碼器的結(jié)構(gòu)和特性直接影響到ocdma系統(tǒng)的總體性能，決定著ocdma系統(tǒng)能否投入實(shí)際應(yīng)用。最初使用的編碼器大都基于光纖延遲線的時(shí)域編碼。光纖延遲線編碼系統(tǒng)是由并行的幾束光

34、纖和2個(gè)1p星形耦合器構(gòu)成的，同一碼字中，編碼器之間的差別在于光纖延遲線的長(zhǎng)度不同。編碼器的作用是將一個(gè)輸入的短脈沖進(jìn)行不同的延時(shí)，在輸出端將得到由這些不同延時(shí)的短脈沖合成的脈沖序列。在ocdma系統(tǒng)中，最具有代表性的編解碼器實(shí)現(xiàn)方案是基于光纖延遲線的時(shí)域編解碼和基于衍射光柵/相位掩模板的頻域編解碼方案。在非相干ocdma系統(tǒng)中，基于光纖光柵的譜域編解碼方案逐漸成為主流。前兩個(gè)方案的實(shí)現(xiàn)主要受器件的影響，如需要造價(jià)昂貴的相干超短脈沖光源，使得成本較高，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。非相干ocdma系統(tǒng)對(duì)光地址碼集的相關(guān)性能要求很高，而現(xiàn)有光地址碼集的多用戶干擾問(wèn)題突出，限制了系統(tǒng)的容量。在2.3章節(jié)中我們已

35、經(jīng)討論了一些地址碼的碼型和構(gòu)造方法，并對(duì)這些碼型的性能進(jìn)行了分析。然而為實(shí)現(xiàn)最終的ocdma系統(tǒng)，還需要實(shí)現(xiàn)地址碼的設(shè)計(jì)和編解碼器的實(shí)現(xiàn)。編解碼器的實(shí)現(xiàn)方案因地址碼設(shè)計(jì)的不同而不同4。下面介紹幾種編解碼器的具體實(shí)現(xiàn)方案。2.4.1 一維編解碼器這種編解碼器主要適用于單極性碼，如ooc，素?cái)?shù)碼等。但隨著器件技術(shù)的提高，人們開(kāi)始能夠?qū)崿F(xiàn)一維雙極性編解碼器。按照實(shí)現(xiàn)方式的不同，一維編解碼器又分為時(shí)域編解碼器，譜域編解碼器和相位編解碼器等。2.4.1.1 時(shí)域編解碼器一維時(shí)域編解碼器主要利用光纖延遲線來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用這種方法實(shí)現(xiàn)的編解碼器結(jié)構(gòu)主要有兩種：并行編解碼器和串行編解碼器5。 圖2.4 并行編碼器

36、5圖2.5 串行編碼器6圖2.4所示的是并行編碼器，該編碼器是將一個(gè)輸入光脈沖經(jīng)過(guò)功分器分成等功率的幾路光脈沖，這些脈沖經(jīng)過(guò)不同的時(shí)延后再由光耦合器重新合成一路，從而實(shí)現(xiàn)將一個(gè)輸入光脈沖變成一個(gè)脈沖序列(編碼)的效果。圖中虛線部分為可選模塊，通過(guò)這個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各路脈沖的選擇，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)碼字的動(dòng)態(tài)控制。這種編碼器實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，但需要器件較多，比較笨重，而且損耗比較大。圖2.5所示的是串行編碼器，即在每個(gè)光纖延遲塊(圖中的粗體黑框)都有兩個(gè)選擇性輸出，所以這種編碼器也叫n2編碼器。通過(guò)控制輸出出口而得到不同的時(shí)延以形成編碼。相對(duì)并行編碼器來(lái)說(shuō)，這種編碼器的功率損耗要低的多，而且由于其特殊的

37、結(jié)構(gòu)，易于集成。2.4.1.2 譜域編解碼器在相干ocdma中研究比較深入的譜域編碼器是所謂的自由空間4f光柵對(duì)結(jié)構(gòu)，如圖2.6所示。第一個(gè)衍射光柵實(shí)現(xiàn)了輸入光信號(hào)的擴(kuò)束，并對(duì)光信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，第二個(gè)光柵則將分開(kāi)的光束重新會(huì)聚；而空間光調(diào)制器則是在譜平面上對(duì)光譜進(jìn)行濾波，取出特定的譜分量，從而達(dá)到譜域編碼的效果。這種方法由于可以利用雙極性碼及相干檢測(cè)，所以性能較好；需要注明的是，如果空間光調(diào)制器采用相位調(diào)制的話，這便形成了譜域相位編碼，系統(tǒng)性能會(huì)得到進(jìn)一步的提高。但是該結(jié)構(gòu)也有很大的缺點(diǎn)：體積太大，選址速度慢且難于集成；受色散影響大，傳輸距離受限；容納的用戶數(shù)目有限(波長(zhǎng)的限制)等，所以該

38、方法一直沒(méi)能得到很大的發(fā)展。圖2.6 空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的譜域編碼器除了用空間光調(diào)制器外，還有一種完全基于fbg的全光譜域編碼方法，如圖2.7所示。圖2.7 全fbg譜域編解碼器每個(gè)編碼、解碼器端都由一對(duì)fbg組成，這兩個(gè)fbg的波長(zhǎng)陣列是完全相同的，是光的入射方向不同。入射光脈沖經(jīng)過(guò)第一個(gè)fbg(g1)進(jìn)行譜域編碼，在時(shí)域上成一個(gè)脈沖序列，然后在經(jīng)過(guò)第二個(gè)fbg(g2)后，這些脈沖序列又被壓縮，并重合成一個(gè)脈沖即譜域編碼過(guò)的光脈沖。這種方法在性能上可以與上述的4f光柵結(jié)構(gòu)相比，且實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，只是地址碼的碼長(zhǎng)受fbg數(shù)目的限制。除了用fbg做編碼器以外，還可以用陣列波導(dǎo)光柵(awg)做編碼器，

39、如圖2.8編碼器。awg編碼器有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以解決fbg編碼器的碼長(zhǎng)受限問(wèn)題，易集成，且類似于一維時(shí)域并行編碼器，可以通過(guò)加一個(gè)碼字控制器來(lái)進(jìn)行碼字的重構(gòu)。不過(guò)awg編碼器由于awg器件的存在而損耗較大。圖2.8 awg實(shí)現(xiàn)的譜域編碼器2.4.1.3 相位編解碼器在譜域編碼器中已經(jīng)提到了相位編碼的概念，利用掩模板調(diào)制器采用相位調(diào)制的方法即可實(shí)現(xiàn)譜域相位編碼，而在圖2.7中，如果第二個(gè)fbg(g2)相對(duì)第一個(gè)fbg(gl)存在相移，則也可以形成所謂的譜域相位編碼，而且可以通過(guò)在fbg上加相位調(diào)制器來(lái)控制相移，以達(dá)到碼重構(gòu)的目的7。輸入光脈沖經(jīng)ssfbg反射后，即形成編碼信號(hào)，然后在接收端通過(guò)編

40、碼器對(duì)應(yīng)的解碼器進(jìn)行解碼，即可得到恢復(fù)的光脈沖信號(hào)。隨著ssfbg制作技術(shù)的不斷提高，ssfbg長(zhǎng)度可以做得很長(zhǎng)，從而碼長(zhǎng)也可以很長(zhǎng)，可以得到較大的碼空間；而且相位編碼可以使用一些已經(jīng)非常成熟的雙極性碼，如m序列，gold序列等，提高了系統(tǒng)性能，所以該技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。2.5 光源部分作為ocdma系統(tǒng)的重要組成部分的光源來(lái)說(shuō)，大體可以分為兩大類，相干的非相干的，分別可以應(yīng)用于相干和非相干系統(tǒng)。對(duì)于非相干光源，可以是連續(xù)光，高速時(shí)需要超短脈沖；而對(duì)于應(yīng)用于非相干系統(tǒng)的光源而言，由于編碼信號(hào)中攜帶有相位信息，則要求光源相干性良好，這主要就是指超短脈沖激光光源。并且在高速系統(tǒng)中，要求脈沖的帶寬

41、在皮秒(ps)量級(jí)；如果是二維編碼則要求是寬譜的脈沖光源，這種光源的研究在后文中還有具體介紹。所以超短脈沖光源是ocdma的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)8。非相干系統(tǒng)中，信道編碼采用光強(qiáng)調(diào)制方式，利用光信號(hào)的有無(wú)來(lái)表示二進(jìn)制的”1”和”0”，終端采用平方律檢測(cè)光信號(hào)，信號(hào)是功率疊加而不是振幅疊加。非相干系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)多址功能時(shí)，編解碼器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，碼間串?dāng)_不可避免，誤碼率較高。相干的cdma與非相干的cdma相比，最主要的優(yōu)點(diǎn)在于它具有較高的信噪比。這主要是由于碼間具有較好的正交性，可以產(chǎn)生較高的處理增益。相干的ocdma的主要缺點(diǎn)是技術(shù)上實(shí)現(xiàn)較困難，以及相位移光信號(hào)的利用率較低。2.6 檢測(cè)部分在ocd

42、ma系統(tǒng)中，由于多個(gè)異步用戶同時(shí)占用一個(gè)通道，一個(gè)用戶的接收機(jī)必須能在系統(tǒng)其他用戶光脈沖信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)情況下，正確提取該用戶的脈沖信息。由于現(xiàn)在大部分是強(qiáng)度檢測(cè)，光信號(hào)只能是非負(fù)值(0或1)，而各地址碼的互相關(guān)值大于0，因此，當(dāng)一個(gè)用戶發(fā)送比特”1”時(shí)，系統(tǒng)中其他用戶在這個(gè)比特時(shí)隙可能也貢獻(xiàn)一個(gè)脈沖，這將使得光脈沖強(qiáng)度的疊加，尤其當(dāng)用戶發(fā)送比特”0”時(shí)，當(dāng)其他用戶貢獻(xiàn)的光強(qiáng)度大于判決值時(shí)，將引起誤判，這便是多用戶干擾(mui)?，F(xiàn)在減少多用戶干擾的方法有：差分接收，加光限幅器和多用戶檢測(cè)等。下面圖2.9是加硬件限幅器的ocdma差分接收機(jī)基本框圖：圖2.9 ocdma接收機(jī)框圖差分接收即在數(shù)據(jù)發(fā)

43、送時(shí)，對(duì)比特”1”和比特”0”分別用互相關(guān)為零的兩個(gè)碼進(jìn)行編碼(如圖2.10a的和，在接收時(shí)將光信號(hào)分成兩路，然后對(duì)兩路信號(hào)用相應(yīng)的地址碼進(jìn)行解碼接收，再對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行判決。下圖2.10是差分系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)，接收機(jī)框圖(其中編解碼器為二維編解碼器)。圖2.10 差分接收系統(tǒng)：(a)發(fā)射機(jī)；(b)接收機(jī)差分接收系統(tǒng)可以消除多用戶(單極性編解碼)干擾9。如設(shè)兩個(gè)雙極性碼滿足互相關(guān),則由此可產(chǎn)生單極性碼和光閾值器主要是通過(guò)光硬件限幅器來(lái)實(shí)現(xiàn)： （2-10）其中：為光硬件限幅器的判決電平，為輸入信號(hào)的光強(qiáng)。硬件限幅器可以有效地減少多用戶干擾：設(shè)一個(gè)用戶編碼為10110001000，用戶發(fā)”0”時(shí)干擾碼

44、為30000001000，判決電平是”2”，如圖2.11所示。圖2.11 硬件限幅器的應(yīng)用9從圖中可以看出，如果不加限幅器，接收機(jī)相關(guān)器輸出的值是”4”，判決為比特”1”；而加限幅器后，接收機(jī)相關(guān)器輸出值為”2”，在判決電平是”2”的情況下，由于”2”小于”4”，所以判決為比特”0”，從而不會(huì)引起誤判。但是一個(gè)限幅器也有排除不掉多用戶干擾的情形，如當(dāng)上面例子中的干擾為201100020000時(shí)，經(jīng)過(guò)限幅器后在相關(guān)器的輸出仍為”4”，將引起誤判，于是在文獻(xiàn)8中又提出了一種引入兩個(gè)限幅器的方案，在接收機(jī)的相關(guān)器后，即在圖2.15的解碼器和檢測(cè)之間再引入一個(gè)光硬件限幅器，分析得出，引入兩個(gè)光硬件限幅

45、器不僅可以有效地減少多用戶干擾，還可以減少系統(tǒng)其他噪聲的影響，從而改善了系統(tǒng)的誤碼性能。隨著ocdma用戶數(shù)的增多，單純用光限幅器是不能完全解決多用戶干擾問(wèn)題的，于是多用戶檢測(cè)技術(shù)被提了出來(lái)。多用戶檢測(cè)技術(shù)主要有最佳多用戶檢測(cè)和次最佳多用戶檢測(cè)。其中最近多用戶檢測(cè)的算法復(fù)雜度隨在線用戶數(shù)的增加而成指數(shù)增長(zhǎng)，很難在實(shí)際中應(yīng)用。圖2.12 干擾估計(jì)接收機(jī)類似于圖2.12的差分接收機(jī)，地址碼e與地址碼l互相關(guān)為零，只是e作為干擾估計(jì)碼，沒(méi)有分配給用戶做地址碼。解碼器e輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)檢測(cè)后進(jìn)入干擾估計(jì)接收機(jī)，得到的干擾估計(jì)值和解碼器1輸出的信號(hào)一起進(jìn)入判決器。采用這種技術(shù)后，系統(tǒng)的誤碼率相對(duì)于其他多用

46、戶檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，得到了非常明顯的改善。從上述方法的分析中可見(jiàn),減小多用戶干擾的一個(gè)思想就是避免發(fā)送比特為“0”時(shí)沒(méi)有光脈沖通過(guò)。雖然并行干擾抑制通過(guò)兩個(gè)支路相減可以更好地抑制多用戶干擾,但對(duì)于采用光正交碼的系統(tǒng),多用戶干擾不能通過(guò)兩個(gè)支路相減去除,因此若采用門限判決則會(huì)增加誤碼可能10。3 非相干ocdma編解碼系統(tǒng)在研究了ocdma系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)ocdma系統(tǒng)的一些關(guān)鍵部分的也有了比較深入的了解后，本章將對(duì)ocdma的系統(tǒng)進(jìn)行分析。并介紹一維相位編解碼系統(tǒng)和二維編碼系統(tǒng)：基于fbg編解碼結(jié)構(gòu)的快跳頻光碼分多址系統(tǒng)。3.1 一維相位編解碼系統(tǒng)在2.4.節(jié)中已經(jīng)對(duì)一維編解碼做過(guò)討論，相位編

47、碼的優(yōu)越性尤其體現(xiàn)在：采用雙極性碼，其互相關(guān)特性以及串?dāng)_都比采用單極性碼要好的多，并且對(duì)于給定碼長(zhǎng)時(shí)，相位編碼的信道之間的干擾也要小的多，于是可以允許更多的用戶接入11。3.1.1 基于相移光柵的編解碼系統(tǒng)在采用一維相位編解碼的ocdma系統(tǒng)中，由于采用的是雙極性碼，一般又都是相干系統(tǒng)，所以采用的光源都是超短激光脈沖，通常使用相移光柵作為編解碼器。相移光柵指的是光柵的正弦調(diào)制中涉及特定的相位突變。相移光柵可以根據(jù)地址碼的碼字設(shè)計(jì)在光柵相應(yīng)的位置引入不同的相移作為ocdma的編碼器，它的結(jié)構(gòu)小巧，便于集成化。圖3.1則顯示了單極性碼和雙極性碼在fbg上實(shí)現(xiàn)的區(qū)別：對(duì)于單純的幅度調(diào)制的單極性碼，只

48、是由光纖上某處有無(wú)光柵來(lái)確定是否碼字為”1”，對(duì)光柵內(nèi)部的折射率如何實(shí)現(xiàn)要求不高；而對(duì)于相位調(diào)制的雙極性碼，在整個(gè)光纖編解碼器部分都寫(xiě)有均勻的光柵，只是在某些特定位置，即兩個(gè)相鄰碼片的邊界處引入了折射率變化(即相移)，正是因?yàn)樾枰诓祭癫ㄩL(zhǎng)百納米級(jí)的精度上引入相移，對(duì)光柵制作技術(shù)精度要求極高，光柵的制作難度也就較大。圖3.1 基于fbg：(a)單極性碼；(b)雙極性比較復(fù)雜的相移光柵的制作需要使用帶有精確位置、幅度、相移數(shù)的相位掩模板，而這種精確的相位掩模板和負(fù)責(zé)寫(xiě)入光柵的激光光源的精度要求都很高。還有另外的方法，就是在兩段光柵之間加入精確的相移，但是此項(xiàng)方法要求對(duì)光纖和掩模板的位移具備納米

49、量級(jí)的精確位移控制，這樣的位移精度要求很高，不易實(shí)現(xiàn)。其他的方法，諸如紫外光寫(xiě)入、局部加熱處理等方法都不能非常精確的達(dá)到這樣的相移目的。3.1.2 基于等效相移光柵的編解碼系統(tǒng)3.1.2.1 等效相移光柵原理除了使用這種制作復(fù)雜的相移光柵作為一維相位編碼器，還可以使用等效相移光柵實(shí)現(xiàn)，這種等效相移光柵以幅度采樣的方式起到相移的效果，但是大大降低對(duì)位移控制精度的要求(只需達(dá)到微米量級(jí))，制作工藝與相移光柵相比要簡(jiǎn)單。但是由于受掩模板大小的限制，這種方法制作的等效相移光柵編解碼器能夠?qū)崿F(xiàn)的碼字不能太長(zhǎng)。由于用于光cdma編解碼器的光柵需要弱光柵，可以用以標(biāo)量理論為基礎(chǔ)的傅立葉變換來(lái)近似計(jì)算。等效相

50、移光柵是對(duì)采樣光柵在采樣函數(shù)上引入特定的相位變化制作而成。根據(jù)傅立葉變換的標(biāo)量計(jì)算，采樣光柵的相移可以等效成光柵的相移。如3-1式： （3-1）其中：是第m級(jí)衍射的傅立葉系數(shù)；a是光柵周期；為引入的等效相移；p為采樣周期。當(dāng)m=1或者-1時(shí)候，時(shí)，引入的相移為，如圖3.2所示。圖 3.2 等效相移采樣光柵沿光纖軸向的折射率變化曲線3.2 二維ocdma編解碼系統(tǒng)時(shí)域系統(tǒng)主要時(shí)域相干和非相干兩種系統(tǒng)，時(shí)域相干系統(tǒng)可以采用雙極性碼作為地址碼，與非相干系統(tǒng)相比，系統(tǒng)性能如容量，誤碼率等都有較大的改善，但是該系統(tǒng)對(duì)器件、檢測(cè)部分的要求也很高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。相對(duì)于一維時(shí)域或者一維譜域的ocdma系統(tǒng)

51、，二維的時(shí)域/譜域編解碼系統(tǒng)要相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)性能更好：它可以提供更大的碼空間，從而滿足大容量用戶的需要；二維編碼具有更好的互相關(guān)性能從而可以盡可能的降低多用戶干擾。所以二維ocdma系統(tǒng)是較為成功的非相干ocdma系統(tǒng)。在二維ocdma系統(tǒng)中,每個(gè)用戶的地址碼序列是二維的,即每個(gè)地址碼序列的光脈沖不僅在時(shí)域上擴(kuò)展,同時(shí)還在空間或波長(zhǎng)域上擴(kuò)展。由于增加了一個(gè)自由度(空間或波長(zhǎng)),二維ocdma系統(tǒng)的性能比一維ocdma系統(tǒng)有很大的提高。在相同的擴(kuò)頻系數(shù)下,不僅碼字?jǐn)?shù)增多,同時(shí)可使用的用戶數(shù)也有較大的提高。最重要的是二維ocdma系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)階段的光纖通信現(xiàn)狀比較現(xiàn)實(shí)，成本也要比雙極性ocdma

52、系統(tǒng)低的多。fbg是光纖通信中是一種重要的基礎(chǔ)無(wú)源器件，在光纖激光器、色散補(bǔ)償器、波長(zhǎng)復(fù)用器/解復(fù)用器、光插/分復(fù)用器以及傳感系統(tǒng)中有著重要的作用。在寬譜光源、光譜儀的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)下，利用準(zhǔn)分子激光器和相位掩模板，可以在光纖上光學(xué)刻蝕形成布拉格光柵。布拉格光柵波長(zhǎng)由相位掩模板的特征參數(shù)確定。在一根光纖上寫(xiě)上一系列不同反射頻率的光柵，稱為多波長(zhǎng)光纖光柵，可以用它來(lái)作為跳頻系統(tǒng)的編解碼器?；蛘咭部梢韵葘?xiě)上相同頻率的光柵，然后用壓電陶瓷設(shè)備通過(guò)拉伸作用來(lái)逐個(gè)地調(diào)節(jié)每個(gè)光柵的反射譜。這樣的好處就是只需要一塊相位掩模板。圖3.3 二維ocdma編解碼系統(tǒng)上圖3.3為一個(gè)典型的二維ocdma編解碼系統(tǒng)，數(shù)據(jù)源以on/off keying(ook)方式調(diào)制寬帶激光源，輸出的比特?cái)?shù)據(jù)通過(guò)級(jí)聯(lián)的fbg編碼器后，每個(gè)數(shù)據(jù)比特被編碼成長(zhǎng)度為p的光脈沖序列，光脈沖序列經(jīng)過(guò)環(huán)形器、edfa、色散位移光纖的傳輸進(jìn)入解碼器，解碼器與光脈沖序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到的解碼序列經(jīng)過(guò)光電二極管和信號(hào)分析儀，恢復(fù)出發(fā)送端數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。4 光源和接收部分研究及其實(shí)現(xiàn)4.1寬帶脈沖光源在二維編解碼的光cdma系統(tǒng)中，寬帶光源是