基于光纖光柵技術(shù)的跳頻光碼分多址通信系統(tǒng)分析

1、燕山大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于光纖光柵技術(shù)的跳頻光碼 分多址通信系統(tǒng)分析 學(xué) 院 里仁學(xué)院 年級專業(yè) 2003級電子信息工程學(xué)生姓名 朱文濤 指導(dǎo)教師 王玉寶 專業(yè)負(fù)責(zé)人 練秋生 答辯日期 2007年6月24日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級教學(xué)單位：電子工程系 學(xué)號學(xué)生姓名朱文濤專 業(yè)班 級電子信息工程1班課題題 目基于光纖光柵技術(shù)的跳頻光碼分多址通信系統(tǒng)分析來 源自選主要內(nèi)容內(nèi)容：掌握光碼分復(fù)用和光纖光柵技術(shù)原理；掌握基于光纖光柵技術(shù)的跳頻光碼分多址通信系統(tǒng)，并對系統(tǒng)性能進(jìn)行分析討論，理解技術(shù)應(yīng)用的思想。目標(biāo)：使學(xué)生掌握碼分復(fù)用技術(shù)中的編解碼技術(shù)；培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用和研

2、究能力基本要求1 學(xué)會搜集整理資料2 掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計原理3 能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、軟件工具進(jìn)行模擬分析4 論文書寫規(guī)范參考資料OCDMA系統(tǒng)地址碼理論現(xiàn)代光纖通信技術(shù)光纖光柵原理及應(yīng)用周 次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容查閱文獻(xiàn)資料、掌握軟件使用。建立模型、設(shè)計考察方法考察分析編制設(shè)計文 件。使用說明完成論文指導(dǎo)教師：王玉寶系級教單位審批：摘 要光碼分多址(OCDMA)技術(shù)是未來高速全光通信網(wǎng)絡(luò)的備選方案之一, 有著其獨特的優(yōu)勢它可以更加有效的利用光纖所能提供的巨大帶寬，不需要全網(wǎng)的時鐘同步，可以實現(xiàn)靈活的用戶接入，并且使靈活的光交換成為可能，它的突出特點就是給用戶分配特定的地

3、址碼從而使多用戶共享同一信道.目前正處于發(fā)展的初期階段.在未來網(wǎng)絡(luò)的全光化中,OCDMA技術(shù)將扮演重要角色. 本文著重研究光碼分多址系統(tǒng)中編解碼技術(shù),光纖光柵原理技術(shù),DS/FH編解碼技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。論文詳細(xì)介紹了光碼分多址的發(fā)展現(xiàn)狀及其面臨的問題。光碼分多址技術(shù)（OCDMA）是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ臄U容技術(shù)，特別是在光纖光柵技術(shù)逐漸完善的條件下，光碼分多址技術(shù)勢必成為未來光通信系統(tǒng)中重要的工具。本文首先對OCDMA系統(tǒng)原理進(jìn)行了分析和研究；其次對光纖光柵技術(shù)的光學(xué)特性，濾波特性等原理進(jìn)行了介紹；最后結(jié)合光纖光柵的跳頻技術(shù)分析OCDMA系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 光纖光柵；光碼分多址；光編解碼技術(shù)；跳頻； FH

4、-OCDMA系統(tǒng)AbstractOptical code-division multiple access (OCDMA) is one of the possible resolution for future all optical communication networks. In OCDMA system more users can be accessed into networks, and the communication between them does not require for the synchronization. Moreover, OCDM can pro

5、vide flexible switch among different code channels, which is very difficult in WDM.Its noted characteristics lie in that each user is assigned a unique signature code to make all user share the same channel. At present, it is still at the first stage of development. It will play an important role in

6、 the process of releasing all optical networks. This thesis is focused on some key technologies in OCDMA system, including the optical encoding/decoding technologies in OCDMA system, fiber grating technologies, FH systems, and so on.This thesis exactly introduces the condition of OCDMA system and an

7、alyzes the problems in OCDMA system. Optical CDMA technology is one of the technologies to increase communication capacity with a big potential，especially when the FBG technology is more and more mature .OCDMA technology will be an important tool in optical communication.Keywords FBG; OCDMA; Optical

8、 encoding/decoding technology; frequency-hoping; FH-OCDMA目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 光通信發(fā)展的歷史回顧11.3 光通信復(fù)用技術(shù)的比較31.4 OCDMA技術(shù)的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀51.5 OCDMA實用化面臨的問題61.5.1 編解碼方案和技術(shù)的問題61.5.2 多址干擾問題61.5.3 與現(xiàn)有復(fù)用技術(shù)的共存和融合問題71.5.4 在光纖中傳輸?shù)纳栴}71.6 本文將要研究的問題7第2章 OCDMA的分類、系統(tǒng)模型及關(guān)鍵技術(shù)92.1 OCDMA的基本技術(shù)原理92.2 OCDMA的分類122

9、.3 OCDMA的系統(tǒng)方案分類142.3.1 時域編碼系統(tǒng)152.3.2 頻域編碼系統(tǒng)162.3.3 跳頻系統(tǒng)172.4 OCDMA中的關(guān)鍵技術(shù)202.4.1 偽隨機地址碼序列的設(shè)計202.4.2 光編解碼器的設(shè)計212.4.3 多用戶干擾的消除222.4.4 光碼分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議232.5 小結(jié)23第3章 光纖光柵技術(shù)原理253.1 引言253.2 光纖光柵的特性253.2.1 光纖光柵的光敏性253.2.2 光纖光柵的光學(xué)特性(濾波特性)：263.3 光纖光柵的寫入技術(shù)273.3.1 光纖光柵寫入的基本原理：273.3.2 光纖光柵內(nèi)部的寫入結(jié)構(gòu)283.4 光纖光柵的應(yīng)用283.5

10、 小結(jié)29第4章 跳頻光碼分多址系統(tǒng)314.1 引言314.2 DS-OCDMA系統(tǒng)314.2.1 DS-OCDMA編解碼原理314.2.2 DS-OCDMA系統(tǒng)存在的問題324.3 光正交碼理論334.3.1 強碼片異步干擾模式364.3.2 弱碼片異步干擾模式364.3.3 碼片同步干擾364.4 跳頻系統(tǒng)384.4.1 編碼系統(tǒng)384.4.2 碼分多址系統(tǒng)模型394.4.3 跳頻碼分多址及其編碼404.4.4 信號干擾比率和誤碼率414.5 性能分析424.5.1 光跳頻碼分多址（FH-OCDMA）和非耦合直接序列碼分多址（DS-CDMA）424.5.2 誤碼率434.6 小結(jié)44結(jié) 論

11、45參考文獻(xiàn)46附錄148附錄251附錄355致謝72第1章 緒論1.1 課題背景通信技術(shù)的發(fā)展使人類社會進(jìn)入了信息時代。整個世界通過光纖干線網(wǎng)絡(luò)連成了一個整體，地球的空間已經(jīng)越來越小，“地球村”就是通信技術(shù)發(fā)展的最好體現(xiàn)。社會的信息化使得人們對信息量的需求不斷增長，各種各樣的新型寬帶信息業(yè)務(wù)大量涌現(xiàn)，如視頻點播、視頻電話、高清晰度圖像傳輸和視頻遠(yuǎn)程會議等多媒體信息服務(wù)，需要人們更好的充分利用現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)的巨大傳輸容量。為了進(jìn)一步提高光線龐大的潛在帶寬資源的利用率，滿足不斷增長的電信和Internet業(yè)務(wù)的需求，各種各樣的光復(fù)用技術(shù)被引入到光通信中，如波分復(fù)用（WDM）、頻分復(fù)用（FDM）

12、、時分復(fù)用（OTDM）、碼分復(fù)用（OCDM）等。WDM已經(jīng)成功地從實驗室走向商用化，已被廣泛應(yīng)用于世界各國地干線傳輸和城域網(wǎng)擴容。但是WDM實現(xiàn)擴容是受限的，可用波長數(shù)直接受到可用的傳輸信道窗口大小和最小信道間隔的限制。光時分復(fù)用（OTDM）技術(shù)在某種程度上避免了WDM系統(tǒng)存在的一些限制。但這種技術(shù)要求嚴(yán)格的色散管理和時鐘同步，并且相關(guān)器件價格比較高，系統(tǒng)也相對復(fù)雜，這些因素限制了OTDM的發(fā)展。為了進(jìn)一步擴大系統(tǒng)容量，結(jié)合光纖的巨大帶寬和光信息處理技術(shù)產(chǎn)生了光碼分復(fù)用技術(shù)。目前，隨著光纖光柵技術(shù)的發(fā)展，OCDMA技術(shù)無論在學(xué)術(shù)上還是在實用化上都進(jìn)展順利，理論研究成果和試驗報道系統(tǒng)屢見不鮮。1

13、.2 光通信發(fā)展的歷史回顧光通信是以光波作為載體來傳遞信息的一種通信方式。光通信的歷史可以追溯到3000年前的烽火臺。但現(xiàn)代的光通信則是在上世紀(jì)七十年代開始的。實現(xiàn)現(xiàn)代光通信的關(guān)鍵是兩個:光源和傳輸媒質(zhì)。1960年第一臺紅寶石激光器研制成。1962年半導(dǎo)體激光器出現(xiàn)，并于1970年實現(xiàn)了室溫下連續(xù)工作.半導(dǎo)體激光器克服了氣體、固體激光器體積大、效率低的缺點，為實用化的通信光源奠定了基礎(chǔ)，解決了光通信的光源問題。1970年，美國康寧公司首先拉制出了世界上第一條損耗為20dB/km的石英光纖，解決了光通信的傳輸媒質(zhì)問題。光源和傳輸媒質(zhì)解決以后，光通信進(jìn)入了實用化階段，發(fā)展突飛猛進(jìn)。30幾年來，現(xiàn)代

14、光通信已經(jīng)歷過三代的更替，性能得到了極大提高。第一代光通信(七十年代中期到八十年代中期)所用光源為0.85um AlGaAs半導(dǎo)體激光器，傳輸光纖為多模光纖，光電檢測器為硅PIN或APD二極管，典型損耗2dB/km，無中繼傳輸距離約為1Okm。其標(biāo)志是1976年美國亞特蘭大進(jìn)行的第一個實用光纖通信系統(tǒng)現(xiàn)場實驗，該系統(tǒng)傳輸速率44.7M b/s，傳輸了約1Okm。第二代光通信(八十年代中期到九十年代中期)開始采用當(dāng)時剛剛研制成功的1.3um InGaAsP半導(dǎo)體激光器，光電探測器為鍺材料的光電二極管。初期傳輸光纖為多模光纖，后來開始采用單模光纖。因為在該波段石英光纖具有較低的損耗和最低的色散，所

15、以無中繼傳輸距離更長，傳輸速率得到提高。典型損耗0.5dB/km，無中繼傳輸距離約50-100km，傳輸速率幾百Mb/s。第三代光纖通信(九十年代中期以后)開始使用損耗更低的1.55um窗口，傳輸光纖普遍采用單模光纖。該波段商用單模光纖的損耗只有約0.2d B/km，己接近該波段光纖損耗的理論極限，傳輸速率可達(dá)2.5- 10Gb/s，無中繼傳輸距離可達(dá)100-150km。光通信能夠以如此驚人的速度發(fā)展，這與其自身所具有的一系列優(yōu)點是分不開的:（1）容量大 單模光纖可咨利用的帶寬高達(dá)25THz。這意味著，如果充分加以開發(fā)利用，可以用一根光纖在1s左右的時間內(nèi)將人類有史以來的所有文字資料傳輸一遍。

16、但目前光網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)用方式(時分復(fù)用和波分復(fù)用)還沒有完全充分利用光纖帶寬。（2）損耗低 同軸電纜的傳輸損耗一般為每百米幾dB到十幾dB。電纜通信系統(tǒng)的中繼距離僅一兩公里。而商品光纖在1550nm窗口的損耗只有0.2dB/km，無中繼距離可達(dá)幾十至上百公里。（3）易集成 18管同軸電纜每米的重量高達(dá)llkg,100芯鉛皮對稱電纜每來的重量也有2.9kg，而同等容量的光纜每米只有90g重。此外，光纖具有很好的可繞性，可架空、直埋或者置入管道，陸、海、空等環(huán)境下均可使用。（4）性能好 光纖材料是電絕緣的，具有很好的抗電磁干擾能力。光信號在纖芯中傳播，芯外很快衰減，因而具有很好的保密性，日前還沒有在不

17、破壞光纖正常傳輸?shù)那闆r下的有效竊聽手段:光纖的主要成分Si02是自然界中蘊藏最為豐富的材料。這不僅可以節(jié)約大量金屬，而且成本低。正因為這些優(yōu)點，現(xiàn)代光通信成為目前人類發(fā)明的最為理想的有線通訊方式。經(jīng)過短短幾十年的發(fā)展，它己經(jīng)無可爭議地成為信息有線傳輸領(lǐng)域的骨干。為未來信息高速公路和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的實現(xiàn)提供了重要的基礎(chǔ)。未來光通信的發(fā)展方向是全光網(wǎng)，即在光通信網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)圣光交換和存儲。目前的光網(wǎng)絡(luò)由于使用較多的電子器件存在電子瓶頸，要實現(xiàn)全光網(wǎng)還有一段很長的距離。由文獻(xiàn)3,7可知。1.3 光通信復(fù)用技術(shù)的比較全光網(wǎng)按復(fù)用方式，它主要有三種類型:波分復(fù)用全光網(wǎng)絡(luò)(WDM)，光時分復(fù)用全

18、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，一根光纖同時傳輸具有不同波長的幾個甚至幾十個光載波，每個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多個復(fù)用信道進(jìn)行解復(fù)用。該技術(shù)的最大優(yōu)點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。缺點是對器件的要求較高，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，實現(xiàn)難度很大，造價昂貴。另外，在WDM系統(tǒng)中，由于多個波長的同時存在，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

19、數(shù)受到了一定的限制。光時分復(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。它通過把時間劃分為不同的時隙，每一個時隙傳輸一路信號做法，來達(dá)到復(fù)用擴容的目的。它的技術(shù)難點在于:超短光脈沖的產(chǎn)生和調(diào)制、網(wǎng)同步和光定時提取等。OCDMA ，即光碼分多址，是應(yīng)用在光域內(nèi)的一種擴頻技術(shù)。在光碼分多址系統(tǒng)中，每一個用戶預(yù)先被分配一個特定的地址碼。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，就像噪聲一樣

20、被過濾掉。它的特點在于:（1）通過直接的光編/解碼實現(xiàn)光信道的復(fù)用和光信號的交換，使數(shù)據(jù)的傳輸速率可達(dá)“Tb/s”的量級。（2）對于數(shù)百個用戶以下的中、小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，可采用異步OCDMA技術(shù)，此時用戶之間是異步的，無需全網(wǎng)同步，可實現(xiàn)靈活地組網(wǎng)方式，用戶可隨時訪問網(wǎng)絡(luò) ，無需預(yù)約等待和排隊緩沖，業(yè)務(wù)時延非常?。粚τ谟脩羧萘糠浅４蟮木W(wǎng)絡(luò) ，可采用同步OCDMA技術(shù)，雖然也需要網(wǎng)絡(luò)同步和訪問預(yù)約，但因是直接采用光信號處理，也可實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)傳輸。（3）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。（4）由于CDMA技術(shù)經(jīng)過擴頻處理，故抗干擾性能好，可和同頻帶的窄帶共存，而不

21、影響其正常工作。（5）對光源性能的穩(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)可采用價格便宜、技術(shù)上成熟的G.652光纖或G.653光纖 。 光碼分多址技術(shù)集傳輸與交換于一體，無需復(fù)雜的路由控制和網(wǎng)絡(luò)管理，對各種不同類型的信息是透明的、開放的，無需全網(wǎng)同步，用戶可實時地以異步方式接入、傳輸和交換，尤其它所具有的低時延、低抖動、高帶寬等顯著優(yōu)點，非常適合于實時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

22、該方面的諸多問題進(jìn)行研究也具有重要而迫切的現(xiàn)實意義。下圖為三種不同復(fù)用方式對信道帶寬的利用：圖1-1 WDM, OTDM和OCDMA 對信道帶寬的不同分割方式1.4 OCDMA技術(shù)的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀從前面的三種全光網(wǎng)的復(fù)用技術(shù)的比較可以看出，光碼分多址技術(shù)與其它兩種技術(shù)相比，更適合在全光網(wǎng)中使用，因此它引起了人們廣泛的注意。光碼分多址接入OCDMA技術(shù)，從提出發(fā)展至今己有二十多年，其發(fā)展歷程和目前狀況如下:二十世紀(jì)八十年代初OCDMA技術(shù)被提出，八十年代中期由于光學(xué)信息處理技術(shù)的快速發(fā)展，光纖延遲線編解碼方案引起了廣泛關(guān)注，這時的研究主要是針對直接序列擴頻DS-OCDMA系統(tǒng)方案。1989年

23、，Salehi等人發(fā)表了對OCDMA技術(shù)發(fā)展具有開創(chuàng)性的文章，提出了光正交碼的定義和構(gòu)造算法，很大程度上解決了光地址碼的問題。1992年，Eugene Park等提出了時分/空分OCDMA系統(tǒng)。1994年，Ta ncevski提出了多波長OCDMA系統(tǒng)方案。1998年，LamC.F提出了基于光譜強度和平衡接收的偽雙極性編碼的實驗系統(tǒng)，同年Commercial技術(shù)公司宣布推出CodeStream OCDMA系統(tǒng)，該系統(tǒng)可傳送128路OC-12信號。1999年，Habib Fathallah提出了基于光纖光柵的光快跳頻OCDMA系統(tǒng)方案。2000年7月日本郵政省通信綜合研究所宣布成功地進(jìn)行了采用新

24、型光纖多重通信方式的世界最長距離的數(shù)據(jù)傳輸試驗，這種新型傳輸方式被稱為光符號分割多重通信OCDM。美國CTC公司利用其專利技術(shù)開發(fā)了一個商用系統(tǒng)系統(tǒng)容120Gbits/s。NASA的研究所也完成了實驗性系統(tǒng)的研制并正將其實用化。2001年，加拿大APN公司在NFOEC上正式宣布把APN-1008投入市場，APN-1008是該公司的第一套采用OCDMA技術(shù)的產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以和現(xiàn)有的SONET和DWDM網(wǎng)絡(luò)相兼容。目前，人們除對編解碼方案和技術(shù)研究外，還把對OCDMA的研究擴一展到多比特率的實驗方案和OCDMA協(xié)議結(jié)構(gòu)上。國內(nèi)對OCDMA技術(shù)的研究機構(gòu)很多，北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交

25、通大學(xué)、深圳大學(xué)、成都電子科技大學(xué)等高校和研究所都在從事相關(guān)理論和實驗系統(tǒng)方面的研究。1.5 OCDMA實用化面臨的問題盡管光碼分多址是全光網(wǎng)理想的復(fù)用技術(shù)，但是目前對其的研究還僅僅停留在理論和原理性實驗階段，它要實用化還面臨很多問題。1.5.1 編解碼方案和技術(shù)的問題OCDMA技術(shù)與電CDMA技術(shù)的原理是一樣的。電CDMA技術(shù)已經(jīng)是非常成熟，被看成為第三代移動通信的主流技術(shù)，但是OCDMA技術(shù)卻很不成熟，目前僅還在理論探索和原理性實驗階段，離實用化還有一段很長的距離，這里面有很多原因。首先，由于迄今為止的光通信系統(tǒng)主要對于光信號的強度進(jìn)行調(diào)制和檢測，這決定了光信號不可能象電信號那樣具有負(fù)值，

26、與電CDMA系統(tǒng)相比，這種光領(lǐng)域碼的單極性決定了光CDMA系統(tǒng)對于碼系的要求遠(yuǎn)比電領(lǐng)域更苛刻，也就是說，電領(lǐng)域的成熟、優(yōu)良的碼系必須經(jīng)過修正后才能在光領(lǐng)域得到應(yīng)用。其次，由于我們希望在光領(lǐng)域的CDMA系統(tǒng)中獲得比電領(lǐng)域中CDMA系統(tǒng)更大的優(yōu)勢，如帶寬更高、可隨時上下路而不必事先請求、可支持的同時用戶數(shù)量更多、在網(wǎng)絡(luò)上可以同時話音、數(shù)據(jù)、視頻傳輸。所以，OCDMA的編/解碼理論與實現(xiàn)方法是與電CDMA有區(qū)別的，從OCDMA提出到目前為止一直是該領(lǐng)域的研究熱點。如何實現(xiàn)大容量、低誤碼的編解碼是OCDMA實用化需要解決的問題。目前提出了很多種OCDMA的編解碼技術(shù)，典型的有光纖延遲線、波導(dǎo)陣列、光纖

27、光柵編解碼方案。各種方案各有其優(yōu)缺點.對于OCDMA編解碼技術(shù)，它的要求是簡單、易集率、可尋址、制作容易。光纖光柵OCDMA編解碼器很好地符合了這些特點。另外，找到適應(yīng)多媒體要求的多速率的OCDMA系統(tǒng)地址碼也是OCDMA的一個難點。1.5.2 多址干擾問題OCDMA系統(tǒng)中最大的干擾是來自其他用戶的干擾-多址干擾。對多址干擾的消除提出了種種技術(shù)，主要有光硬限幅器、多用戶檢測，但這些技術(shù)僅停留在理論分析階段，要做成實際的器件，還是一個很難的問題。1.5.3 與現(xiàn)有復(fù)用技術(shù)的共存和融合問題盡管OCDMA與其它兩種復(fù)用技術(shù)有很多優(yōu)點，但它的成熟度遠(yuǎn)不如其它兩種復(fù)用技術(shù)?，F(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)中使用的復(fù)用技術(shù)就

28、是成熟的波分復(fù)用和時分復(fù)用技術(shù)，如何從現(xiàn)有的復(fù)用技術(shù)過渡到OCDMA復(fù)用技術(shù)，也是一個技術(shù)和理論難題。1.5.4 在光纖中傳輸?shù)纳栴}由于OCDMA系統(tǒng)是利用光纖媒質(zhì)，因此不可避免產(chǎn)生色散問題。OCDMA實用化必須有良好的色散補償技術(shù)。1.6 本文將要研究的問題盡管從OCDMA概念的提出到現(xiàn)在，無論在其理論研究還是初步應(yīng)用都取得了很大的成就，但是它作為一項新技術(shù)，需要研究的問題還很多.本論文著重分析跳頻碼分多址問題跳頻碼分多址系統(tǒng)是目前OCDMA領(lǐng)域一個研究的熱點，特別是光纖光柵的應(yīng)用為跳頻碼分多址技術(shù)的發(fā)展提供了新的動力，在本文中，我們將討論光纖光柵和OCDMA等方面的技術(shù)原理，在此基礎(chǔ)上

29、分析跳頻碼字的設(shè)計問題，并對系統(tǒng)的性能做出分析。第2章 OCDMA的分類、系統(tǒng)模型及關(guān)鍵技術(shù)2.1 OCDMA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。大致的過程是首先給每個用戶分配一個地址碼，用來標(biāo)記這個用戶的身份。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)信號首先經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光域上的信號，然后再經(jīng)過一個編碼器進(jìn)行擴頻處理，標(biāo)記上這個用戶的地址信息，成為偽隨機信號。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。擴頻信號(偽隨機信號)通過光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端之后，通過解碼器進(jìn)行解碼(它是編碼的逆過程)處理，恢復(fù)

30、出期望的光信號，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，得到電域上的數(shù)據(jù)信號(圖2-1).圖2-1 光碼分多址系統(tǒng)框圖從OCDMA的概念出現(xiàn)以來，專家學(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)以及時域編碼和頻域編碼系統(tǒng)等等。但是，比較起來，非相干的時域編碼(也稱為單極性時域編碼)系統(tǒng)方案最為直觀，它采用強度調(diào)制和功率檢測.光信號只能在非負(fù)值域(0，1)內(nèi)取值，沒有利用到相位信息，這與無線領(lǐng)域擴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。在無線CDMA中得到廣泛應(yīng)用的擴頻碼，如Gold序列，m序列等，雖然在(+1，-1)內(nèi)具有良好的自相關(guān)、互相關(guān)特性，但在(0,1

31、)域內(nèi)并不能保持這一特點，所以就不能應(yīng)用于這種系統(tǒng)。因此設(shè)計出合適的擴頻碼和相應(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)慣將擴頻調(diào)制器和解調(diào)器稱為編碼器(Encoder)和解碼器(Decoder).光正交碼 (Optical Orthogonal Code OOC)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)峰值使有用信號的檢測更為方便，提高了抑制其它干擾信號的能力。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

32、簡化了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，降低了網(wǎng)絡(luò)的造價。較低的互相關(guān)值使用戶盡可能地降低對其它用戶的干擾。這三點是設(shè)計碼字時所要考慮的基本要素。圖2-2是兩個正交碼的例子，其中碼長為32，碼重(碼重為其中“1”的個數(shù))為4,為碼字的時間寬度，為碼片Chip時間寬度。由文獻(xiàn)1,16可知。圖2-2 兩個光正交碼的例子（碼長為32，碼重為4）圖2-3(a)中表示圖2-2中第一個光正交碼的自相關(guān)曲線，(b)表示圖2-2中兩個光正交碼的互相關(guān)曲線。從圖2-3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11%。采用這樣的碼字的系統(tǒng)多址干擾比較小。另外，在圖2-3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

33、相關(guān)運算時，把碼片視為理想的矩形脈沖。由文獻(xiàn)2,3,16可知，圖2-4是采用光纖延遲線作為編解碼器的單極性擴時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，光源不發(fā)光，編碼器也沒有任何輸出:當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)“1”時，光源發(fā)射一個短脈沖，進(jìn)入編碼器后，根據(jù)碼重的大小被分成若干個小脈圖 2-3 （a）自相關(guān)曲線(b)互相關(guān)曲線圖2-4 采用光纖延遲線作為編解碼器的OCDMA系統(tǒng)沖，每個小脈沖經(jīng)歷長短不同的光纖延時線，每個小脈沖所經(jīng)歷時延的大小完全由地址碼決定。編碼器的輸出是一個小脈沖串，這就是所謂的直接擴時信號。直接擴時信號通過光纖網(wǎng)絡(luò)(在圖2-4中為星型網(wǎng)絡(luò))到達(dá)接收端。在

34、接收端，解碼器對該擴時信號進(jìn)行解擴處理后，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噪聲信號，判決器判定為“0”。這樣，所傳輸?shù)男畔⒈忍鼐捅换謴?fù)出來了。通常，判決器的闡值需要精心設(shè)置，它會明顯地影響系統(tǒng)的性能。當(dāng)然，由于其它用戶的信號對期望用戶的信號有干擾作用以及接收機中的散彈噪聲和熱噪聲的作用，不可避免地會出現(xiàn)錯誤判決現(xiàn)象。以上就是單極性時域編碼光碼分多址系統(tǒng)的簡要原理介紹。實際的系統(tǒng)可能會比上述的系統(tǒng)更為復(fù)雜。為了使系統(tǒng)更好的工作，往往會多一些必要的設(shè)備，比如為了抑制多址干擾而

35、采用的雙限幅器方案等。2.2 OCDMA的分類按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，OCDMA可劃分為不同的類型。根據(jù)實現(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)送的脈沖信號到達(dá)同一接受端的時間延遲之差遠(yuǎn)大于脈沖的相干時間，這樣在接受端形成期望接受信號的相干疊加與不期望信號的非相干疊加，并通過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，對光源要求高，檢測困難，實現(xiàn)難度很大。因此現(xiàn)在實用化的系統(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

36、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、素數(shù)碼等，但總體來說，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)對器件的要求比相干系統(tǒng)要低。根據(jù)地址碼所在的空間，OCDMA可分為時域OCDMA,頻域OCDMA、空域OCDMA。時域OCDMA就是指地址編碼在時域進(jìn)行，圖2-5畫出了用戶信息在時域編碼的全過程。一個用戶信息比特，經(jīng)編碼變成幾個光脈沖，這幾個光脈沖在時間軸的位置是由地址碼確定的。假設(shè)其地址碼碼長為L，則經(jīng)時域編碼后，系統(tǒng)的工作傳輸速率為數(shù)據(jù)速率的L倍。頻域OCDMA的編碼則在波長上進(jìn)行。圖2-6畫出其編碼的全過程。一個用

37、戶信息比特，編碼后的光脈沖時域形狀不變，但只有某些波長按地址碼決定的規(guī)律組合后發(fā)送出去，其他波長不發(fā)送出去。系統(tǒng)的工作速率沒有增加，與原來的信息比特速率一樣?？沼騉CDMA的編碼則在空域進(jìn)行，它對眾多的空間光束進(jìn)行編解碼。圖2-7畫出一個空域頻譜編解碼的OCDMA示意圖。由文獻(xiàn)16,3，4可知。圖2-5 OCDMA時域編碼圖2-6 OCDMA頻域編碼圖2-7 空域頻譜幅度編碼這個編碼器由一對共焦透鏡組成、一對衍射光柵和掩模板(地址碼)組成。一對衍射光柵分別放在兩個透鏡的焦平面上，第一個光柵將入射光信號在空間進(jìn)行頻譜展寬，一個空間幅度掩模放在兩個透鏡的共焦面上對光信號進(jìn)行頻譜編碼，不同的空間掩模

38、即代表不同的用戶，編碼后的信號通過第二個光柵重新合并成單光束。按編碼后的維度分，可以分為一維OCDMA、二維OCDMA、三維OCDMA。一維OCDMA只是取時域編碼、頻域編碼、空域編碼三種中的二種，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。圖2-8畫出了一個二維OCDMA的編碼過程。用戶信息編碼后不僅在時域上的位置由地址碼決定，而且頻域上波長的選取的位置也有地址碼決定，這是一個典型的時域/頻域編碼的二維OCDMA。圖2-8 OCDMA編碼2.3 OCDMA的系統(tǒng)方案分類自從1989年Jawad. A.salehi發(fā)表了關(guān)于正交碼

39、的開創(chuàng)性的工作之后，許多對這一領(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)行了實驗驗證，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，還有時域編碼和頻域編碼之分等等。實際上，一個系統(tǒng)方案可能會同時屬于上述幾個不同的范疇。不過由于可以實現(xiàn)靈活的異步接入時OCDMA系統(tǒng)的重要優(yōu)點之一，所以對同步OCDMA系統(tǒng)的研究就相對比較少，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OCDMA系統(tǒng)的分類作一介紹。2.3.1 時域編碼系統(tǒng)時域編碼OCDMA一般分為相干和非相干系統(tǒng)。相干系統(tǒng)利用到了光信號的相

40、位信息。因為相干系統(tǒng)首先對光源的要求比較高，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，即光域上的CDMA信號如何受到傳輸介質(zhì)的影響并且如何去補償矯正等問題還沒有得到真正解決。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現(xiàn)的難度。實際上，最重要的問題目前集中在編解碼器上。對于相干系統(tǒng)來說，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，盡管從理論上來講具有許多潛在的優(yōu)越性能，但是實現(xiàn)起來難度很大。由文獻(xiàn)4可知。相干系統(tǒng)的框圖為圖2-9所示：圖2-9 相干OCDMA系統(tǒng)原理圖在擴時編碼方案里，除了相干系統(tǒng)

41、，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，其特點在于采用強度調(diào)制的功率檢測，優(yōu)點是易于實現(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）素數(shù)碼（Prime Code）以及改進(jìn)素數(shù)碼（Modified Prime Code）作為地址碼。該類碼字統(tǒng)稱為單極性非相干碼，其碼重（Code Weight）是碼字“1”的個數(shù)。碼重與碼長相比，一般都比較小。這樣設(shè)計的目的是為了減小其它用戶對期望用戶的干擾，提高系統(tǒng)的性能。但是這無疑使碼字的數(shù)目減小，系統(tǒng)不能同時承載更多的用戶。另外一方面，也不能把碼長取得太大，因為對于一個傳

42、輸數(shù)據(jù)速率一定的系統(tǒng)來說，增大碼長就意味著減小碼片的時間寬度。毫無疑問，這將在光纖中引起嚴(yán)重的色散和非線性效應(yīng)。表2-1給出了雙極性碼和單極性碼的一些基本性質(zhì)。在表2-1中K為碼重，F(xiàn)代表碼長。表2-1 雙極性碼和單極性碼的性質(zhì)對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K自相關(guān)旁瓣或互相關(guān)值112.3.2 頻域編碼系統(tǒng)我們前面已經(jīng)提到，在時域編碼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，就必須減少碼片的寬度，這會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)方案中除了時域編碼系統(tǒng)，還有頻域編碼系統(tǒng)。在頻域編碼編

43、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：非相干系統(tǒng)和相干系統(tǒng)。非相干系統(tǒng)可以采用廉價的非相干光源（如LED和EDFA的ASE噪聲），這是一個很大的優(yōu)勢。圖2-10干頻域編碼OCDMA系統(tǒng)的示意圖：在這個系統(tǒng)里，采用LED作為光源，編（解）碼器由兩個衍射光柵兩個透鏡和一塊掩模板（Amplitude Mask）組成。它們按照圖2-10其中兩個透鏡應(yīng)處于同一光軸上，并且需要共焦點。由LED發(fā)出的非相干光經(jīng)過數(shù)據(jù)信號調(diào)制后，先射到第一個鏡子上，然后經(jīng)過衍射光柵把光譜分解開，再經(jīng)過第一個透鏡后到達(dá)掩模板。掩模板示意圖中的黑色部分表示光不能通過，透明部

44、分則表示光可以通過。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)來實現(xiàn)，并且由電極來控制其上不同的部分是否能夠透光，從而使掩模板或者說編（解）碼器達(dá)到可調(diào)諧的目的。通過掩模板的光再經(jīng)過第二個透鏡和衍射光柵后，重新合并成一個時域上的光脈沖信號。這個光脈沖信號就攜帶有地址碼信息，和編碼前相比，缺失了某些頻率分量。它通過光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端時，將會遇到一個和編碼器結(jié)構(gòu)相同的解碼器，如果碼字相同，就會恢復(fù)出數(shù)據(jù)信息，圖2-10 非相干頻域編碼OCDMA系統(tǒng)和編碼前相比，缺失了某些頻率分量。它通過光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端時，將會遇到一個和編碼器結(jié)構(gòu)相同的解碼器，如果碼字相同，就會恢復(fù)

45、出數(shù)據(jù)，否則，輸出低強度的噪聲信號。在接收端。為了提高系統(tǒng)信噪比，可以使用差動接收方式（圖2-10）。圖2-10中表示其中的掩模板與中的掩模板呈互補關(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現(xiàn)起來有很大的困難，至少從目前來看還不是很實用。還有一種非相干頻域編碼的系統(tǒng)，有時也稱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

46、，精細(xì)度越大，系統(tǒng)所能容納的用戶就越多。2.3.3 跳頻系統(tǒng)在時域編碼系統(tǒng)中，提高碼速率就意味著減小碼片的時間寬度。為了克服這個困難，可以把頻域看作另外一“維”，同時在時域和頻域上進(jìn)行編碼，這就是二維碼，通常也稱作跳頻碼。采用跳頻碼進(jìn)行工作的系統(tǒng)稱為跳頻光碼分多址系統(tǒng)（FH-OCDMA）。目前最常見的跳頻系統(tǒng)的編碼器是多波長光纖光柵（FBG）。多波長光纖光柵就是利用光柵寫入技術(shù)（如掩模板法）在一根光纖上按照一定順序刻上多個光柵，并且每個光柵對應(yīng)不同的波長，即不同的反射譜。光柵之間的距離是根據(jù)系統(tǒng)的碼速率和跳頻碼的情況事先精心設(shè)計好的。數(shù)據(jù)信號調(diào)制后，耦合進(jìn)入光學(xué)編碼器多波長光纖光柵。寬帶光脈沖

47、遇到光柵后，相應(yīng)的頻率分量被反射回來，剩下的頻率分量繼續(xù)向前傳播，直到被另外一個光柵反射回來。被反射回來的光脈沖具有不同的頻率分量，并且在時域上有一定的間隔。碼片與相鄰光柵之間的距離之間的關(guān)系可以由下式表示： (2-1)圖2-11 采用多波長光纖光柵的跳頻系統(tǒng)的編碼過程在（2-1）式中，為碼片時間，為光柵中有效群速度指數(shù)，c為真空中光速。一個大的光脈沖進(jìn)入多波長光纖光柵后再被反射回來，形成了具有一定次序的小脈沖串（這個次序就體現(xiàn)了跳頻碼），這個過程就是OCDMA跳頻編碼。圖2-12為采用多波長光纖光柵的跳頻系統(tǒng)的解碼過程。需要注意的是，互相匹配的編解碼器應(yīng)該按相反的方向放置，才能達(dá)到正確解碼的

48、效果。在一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，如何使這樣的編解碼器達(dá)到可調(diào)諧是一個非常重要的問題。眾所周知，對光纖光柵的兩端施加應(yīng)力（拉伸或者壓縮）可以改變其反射譜（或透射譜）的作用。目前一般是利用這個原理來使編解碼器實現(xiàn)可調(diào)諧的。L.Bin設(shè)計了一種具有優(yōu)良性能的跳頻碼（圖2-13）。它具有以下三個基本性質(zhì)：（1）所有的碼序列都具有相同的長度（在這里，碼的長度也就等于編解碼器里光柵的個數(shù)）。（2）在每一個碼序列里，每一個頻率最多使用一次。（3）碼序列的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)值都不超過“1”。圖2-13所示的跳頻碼共有29個頻點（頻率）和12個時隙，而圖中只標(biāo)出了圖2-12 采用多波長光纖光柵的跳頻系統(tǒng)的解碼過程3個碼

49、字“1”“2”“7”。它最大的特點是采用這種碼字進(jìn)行編碼的多波長光纖光柵，通過壓電（Piezo-electric）陶瓷在其兩端施加應(yīng)力后，可以自動地成為本碼組內(nèi)的另外一個碼字。至于說究竟跳變到哪一個碼字，取決于應(yīng)力的大?。ㄒ簿褪枪鈻欧瓷渥V偏移量的多少），這可以通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷上的電壓來精心的調(diào)節(jié)。目前看來跳頻編碼系統(tǒng)是一種很有前途的技術(shù)方案。一方面是因為它同時在時域和頻域上工作，克服了擴時系統(tǒng)中碼片比較窄的不足的頻域編碼系統(tǒng)比較難實現(xiàn)光學(xué)傅立葉展開的弱點。另一方面，因為它采用光纖光柵作為編解碼器，體積小，非常輕便，并且可以很方便地做到可調(diào)諧，這這種編解碼器就可以實現(xiàn)光學(xué)集成，則大大降低它的成本

50、。目前，加拿大圖2-13 一種具有29個頻點和12個時隙的跳頻碼University Laval在這一方面的研究處于世界領(lǐng)先水平。2.4 OCDMA中的關(guān)鍵技術(shù)2.4.1 偽隨機地址碼序列的設(shè)計從2.1節(jié)OCDM系統(tǒng)的基本原理可以看出，不同的OCDM編解碼方式對偽隨機地址碼序列的要求是不同的，要根據(jù)自己的特點進(jìn)行碼序列設(shè)計。適用于時域振幅編碼OCDM系統(tǒng)的偽隨機地址碼序列的設(shè)計是研究較深入的領(lǐng)域，其根本思想在于針對光信號單極性，無負(fù)極性的特點，在滿足自相關(guān)和互相關(guān)的基本要求下，盡量能夠容納多的用戶。已經(jīng)提出的地址碼序列有：光正交碼素數(shù)碼準(zhǔn)素數(shù)碼素數(shù)碼全等碼擴展全等碼同余碼擴展同余碼等。光波長編

51、碼OCDM系統(tǒng)的偽隨機地址碼序列的構(gòu)造方法有以下兩種：基于對原有時域振幅編碼OCDM系統(tǒng)偽隨機地址碼序列的改造和適合于光纖光柵編解碼器的碼組設(shè)計。第一種方法中，碼組構(gòu)造的思想是對單極性直擴碼中“1”位置處的光脈沖進(jìn)行不同頻率的組合，構(gòu)成在時域和頻域同時滿足一定正交性的跳頻擴時碼。例如對改進(jìn)素數(shù)碼中的“1”脈沖進(jìn)行基于素數(shù)碼的時間和波長的組合，因此又被稱為二維正交碼。二維正交碼克服了單極性直擴碼可用用戶少構(gòu)造困難相關(guān)性差等缺點。波長光纖光柵在OCDMA系統(tǒng)的應(yīng)用帶動了二維正交碼的設(shè)計。多波長光纖光柵是在光纖的不同位置處寫入不同的波長的子光柵，由于子光柵之間的位置不可能相距太遠(yuǎn)光線長度不能太長，因

52、此要求碼組中“1”位置不能相距太遠(yuǎn)，即稀疏碼組不適用于光纖光柵編解碼器。Bin于1997年在無線跳頻系統(tǒng)中提出的一次重疊序列在光波長編碼OCDM系統(tǒng)得到了一定的應(yīng)用。這種碼組的每一個碼片位置都是“1”脈沖，不存在“0”脈沖，用戶數(shù)與波長點數(shù)相同，相鄰碼字之間波長點的關(guān)系為順序增加，該碼組雖然克服了碼組稀疏的缺點，但是構(gòu)造困難。偽隨機地址碼序列的構(gòu)造一直是OCDM領(lǐng)域的研究熱點，除了上述提到的單極性直擴碼二維正交碼等，還有在空間進(jìn)一步擴展的三維正交碼，隨機曼徹斯特碼Trubo碼等。2.4.2 光編解碼器的設(shè)計光編解碼器是OCDM系統(tǒng)的核心部件，OCDM的發(fā)展實質(zhì)就是光解碼器和編碼器的發(fā)展。光編解

53、碼器的結(jié)構(gòu)和特性直接影響著系統(tǒng)的功能損耗用戶容量誤碼率成本以及整個系統(tǒng)的靈活性。可以說每一種偽隨機地址碼序列都可以設(shè)計出相應(yīng)的編解碼器。在光振幅編碼OCDM系統(tǒng)中，樹型網(wǎng)絡(luò)梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，光波長編碼OCDM系統(tǒng)中采用光纖光柵AWG技術(shù)，相位編碼OCDM系統(tǒng)采用掩模板光纖延時線加移相器和光纖光柵等技術(shù)。圖2-14 采用樹形網(wǎng)絡(luò)的時域振幅編碼OCDM系統(tǒng)可調(diào)諧編碼器結(jié)構(gòu)圖圖2-14就是最早提出的一種結(jié)構(gòu)。一個光脈沖依次通過分波器F個不等長的平行光纖延遲線合波器后，成為個較小的光脈沖組成的脈沖序列，F(xiàn)是碼長，是碼重，可以通過碼字選擇來控制光開關(guān)，從而實現(xiàn)地址碼的可調(diào)諧。不同的延遲序列對應(yīng)不同的

54、碼字，同理，可得到相應(yīng)的解碼器。圖2-15所示為自反饋的AWG編碼器，在發(fā)送端，寬帶光脈沖經(jīng)過AWG后，首先在波長上分離，不同波長的光脈沖按編碼方案經(jīng)歷不同的光纖時延，然后再反饋回制至AWG相應(yīng)輸入端口，從輸出端口輸出的則是時間和波長上分離的跳頻擴時序列。在接收端的光解碼器與發(fā)送端編碼器結(jié)構(gòu)類似，只是光纖延時線的分布與發(fā)送端編碼器互補，由文獻(xiàn)16可得。利用AWG來實現(xiàn)OCDM系統(tǒng)的優(yōu)點在于光信號處理靈活，可充分利用光波長，難點在于AWG的制造技術(shù)成本以及編碼器的可調(diào)諧性，特別是AWG的端口數(shù)直接限制了可用碼字的長度。光纖光柵的反射特性使得它可以廣泛的應(yīng)用于OCDM系統(tǒng)的編碼器中。利用光纖光柵的

55、部分振幅反射特性，在一根光纖上寫入振幅反射率按比例減小的分段光柵，可以構(gòu)成單極性振幅編碼OCDM系統(tǒng)的編解碼器；利用光纖光柵的波長選擇性，可以構(gòu)成光波長OCDM系統(tǒng)編解碼器；利用光纖光柵的相位反射特性，可以代替難以集成的掩模板而構(gòu)成光相位OCDM系統(tǒng)編解碼器。將光纖光柵應(yīng)用于OCDM領(lǐng)域是目前研究比較多的課題，也是最有希望將OCDM系統(tǒng)實用化的研究方向。圖2-15 基于AWG的自反饋光波長編碼OCDM系統(tǒng)編解碼器2.4.3 多用戶干擾的消除與WDM和OTDM技術(shù)相比，多用戶干擾（MAI,Multiple Access Interference）是OCDM系統(tǒng)特有的問題。由于不同用戶之間沒有了波

56、長或者時間上的保護(hù)，所有用戶的光信號重疊在同一波長和時間段上，用戶之間的光信號必然存在相互干擾，特別是單極性偽隨機地址碼的正交性差，解碼時不能完全消除由此引起的信道干擾，這種干擾帶來的問題就更加突出。多用戶干擾一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于OCDM系統(tǒng)中的其他干擾源，如接收機的熱噪聲散彈噪聲APD噪聲等，它的存在是限制OCDM系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的一個重要因素。目前，用于消除或者減少多用戶干擾的主要辦法是使用“光硬件限幅器”，它是一種閥值器件，理論分析證明使用光硬件限幅器可以有效的抑制碼間干擾，減小系統(tǒng)的誤碼率。然而，目前對光硬件限幅器的研究大多還停留在理論研究上，其實際實現(xiàn)還有待于光器件的發(fā)展與突破。2.4.4 光碼分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議OCDM技術(shù)對傳輸介質(zhì)而言,是一種共享媒質(zhì)技術(shù),比較適合業(yè)務(wù)特征為突發(fā)性低密度和非實時性的局域網(wǎng)接入網(wǎng)等共用信道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中.傳統(tǒng)的接入?yún)f(xié)議