空間光cd-ma系統(tǒng)的設(shè)計

空間光cd-ma系統(tǒng)的設(shè)計

1光cd技術(shù)的應(yīng)用在室內(nèi)照明系統(tǒng)中，光信號在空氣或自由空間傳輸。由于光束色散損失、全球散射損失和全球吸收損失的影響，光信號在長距離傳輸后非常薄弱。接收機探測的信號光既包括接收的信號光、又包括其它用戶發(fā)射的光以及背景光,背景光干擾很強,產(chǎn)生的噪聲極大。在理論上可以通過增加光學濾波器來解決,但目前生產(chǎn)這種先進的濾波器還很困難,而且濾波器的帶寬也不是越窄越好,帶寬越窄對激光器的要求也越高(激光的譜線要窄),而目前卻難以生產(chǎn)線寬極窄、高穩(wěn)定性的激光器。當使用光碼分多址時,給每一個用戶分配一個單獨的光脈沖序列作為自己的地址碼,數(shù)字信號在各自的地址碼上進行編碼,在接收機上通過相對應(yīng)的序列進行解碼。由于采用了地址碼的相關(guān)接收技術(shù),大大提高系統(tǒng)的抗噪能力,可以把信號從噪聲很強的環(huán)境中檢測出來。采用光CDMA技術(shù),還可以把有用信號隱藏在很強的噪聲中,這樣可以提高系統(tǒng)的保密性。另外,在星間激光通信中,通信往往都是突發(fā)的,光CDMA的異步操作模式能支持突發(fā)性業(yè)務(wù),可以很好的解決突發(fā)性問題。空間光CDMA技術(shù)充分利用了擴頻通信的優(yōu)點(如抗干擾能力強、抗多徑衰落能力強、隱蔽性和保密性好、對其他系統(tǒng)的干擾小、系統(tǒng)容量大以及傳輸速率高等)。其中最突出的優(yōu)點是抗干擾性強和系統(tǒng)容量大,這是光CDMA技術(shù)應(yīng)用在空間光通信中的主要優(yōu)勢。2光脈沖編解碼技術(shù)與典型的光纖CDMA通信系統(tǒng)不同,空間光CD-MA系統(tǒng)的信道為大氣隨機信道,信號光在空間中傳輸,參照文獻,提出空間光CDMA系統(tǒng)設(shè)計方案,圖1和圖2給出該系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu)示意圖。發(fā)射端,光源發(fā)出的光由一個1×N耦合器均分為N路,對于每一路光,首先由調(diào)制器進行調(diào)制,將邏輯電信號轉(zhuǎn)換為光脈沖信號,然后由編碼器對光脈沖信號進行編碼,得到擴展的光脈沖序列。N路擴展的光脈沖序列再由一個1×N耦合器耦合進同一根光纖中傳輸,然后經(jīng)摻鉺光纖放大器(EDFA)放大、準直系統(tǒng)準直后,由發(fā)射天線發(fā)送到空間信道。接收端,擴展的光脈沖序列經(jīng)接收天線接收后送入一個耦合模塊,由耦合模塊耦合進單模光纖。然后用摻鉺光纖放大器將接收到的擴展光脈沖進行放大,再用一個1×N耦合器將光信號分為N路,在每一路中,光解碼器采用相關(guān)技術(shù),對相對應(yīng)的擴展脈沖進行解碼,得到光脈沖信號。最后經(jīng)探測、判決、再生,恢復出用于電信號。在空間光CDMA系統(tǒng)中,由于采用了地址碼的相關(guān)接收技術(shù),系統(tǒng)的抗噪能力特別好。3空間光cd系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)空間光CDMA通信技術(shù)屬于前沿性理論研究,許多關(guān)鍵問題需要解決。目前,在空間光CDMA系統(tǒng)中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要有地址碼的構(gòu)造、編解碼器的設(shè)計、光纖放大、空間光到光纖的耦合技術(shù)、信號檢測技術(shù)等內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和業(yè)務(wù)要求,下面對空間光CDMA通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。3.1單極性碼的組合由于現(xiàn)在的光通信系統(tǒng)基本上都是采用強度調(diào)制/直接探測,因此,在射頻中成熟的雙極性碼不能直接應(yīng)用于光CDMA系統(tǒng)中,光CDMA系統(tǒng)只能使用單極性碼。目前研究成熟的單極性碼主要包括光正交碼(OOC)、素數(shù)碼(PC)等地址碼,無論是相關(guān)性能還是容量,單極性碼的性能都不如雙極性碼,單極性碼容易產(chǎn)生碼間干擾,系統(tǒng)容量小,為了獲得一定數(shù)量的容量,碼長一般很長,這必然增加系統(tǒng)的復雜度。如果將單極性碼進行合理組合,可以得到二維時域擴頻/頻域跳頻組合碼,這種二維地址碼可大大提高系統(tǒng)的性能,降低了探測在復雜性、碼長和處理速度等方面的要求。構(gòu)造具有良好的自相關(guān)、互相關(guān)特性以及較大碼容量的地址碼是空間光CDMA通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。3.2光cd編解碼器在空間光CDMA通信系統(tǒng)中,地址碼通過編解碼器來實現(xiàn),光編/解碼器是光CDMA系統(tǒng)的核心部件,直接影響空間光CDMA系統(tǒng)的通信性能。光CDMA編解碼器主要包括光纖延遲線、光纖布喇格光柵(FBG)和陣列波導光柵(AWG)。光纖延遲線編解碼理論基本成熟,具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)的特點,但是光纖延遲線只能用于時域單極性系統(tǒng),系統(tǒng)容量低,用戶數(shù)少,現(xiàn)在研究最多的光CDMA編解碼器主要是光纖布喇格光柵和陣列波導光柵。光纖布喇格光柵和陣列波導光柵既可以實現(xiàn)頻域編碼,也可以實現(xiàn)頻域、時域同時編碼,用于二維光CDMA系統(tǒng)。與光纖延遲線相比,光纖布喇格光柵和陣列波導光柵可以大大提高系統(tǒng)容量,降低系統(tǒng)的復雜度。采用壓電陶瓷控制技術(shù),連續(xù)可調(diào)的FBG編解碼器可以達到靈活、快速選址的目的。當然布喇格光柵也存在自身的缺點,要想在大范圍內(nèi),通過調(diào)整溫度或壓力來獨立地調(diào)整波長和精確地改變時間延遲很困難。因此,人們提出將陣列波導光柵作為OCDMA通信系統(tǒng)的編解碼器。設(shè)計性能更好、更實用的編解碼器是空間光CDMA系統(tǒng)中一個重要的研究方向。3.3光cd系統(tǒng)性能在光纖通信系統(tǒng)中,要求光源的單色性好、譜寬窄,且工作在低色散、低損耗窗口。但在空間光CDMA通信系統(tǒng)中,由于OCDMA技術(shù)是一種擴頻通信技術(shù),光源的質(zhì)量直接影響空間光CDMA通信系統(tǒng)的性能。光源發(fā)出的脈沖寬度直接影響到系統(tǒng)能夠達到的通信速率和誤碼率,光源的譜寬直接影響到光CDMA地址碼的數(shù)量,從而影響到系統(tǒng)能夠容納的用戶數(shù)。如何獲得超短脈沖寬譜光源是無線OCDMA通信的一個關(guān)鍵技術(shù)。目前文獻報道最多的寬譜光源主要是摻鉺光纖源(ASE),此光源的輸出譜線寬,具有高輸出穩(wěn)定性、偏振相關(guān)損耗及回波損耗小,但調(diào)制速率和脈沖寬度還需要進一步研究。研究譜線寬、調(diào)制速率高、能產(chǎn)生超短脈沖光源是空間光CDMA通信系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。3.4基于多址干擾的消除技術(shù)多址干擾是指同一OCDMA通信系統(tǒng)中不同用戶之間的干擾。在OCDMA通信系統(tǒng)中,由于不同用戶采用的地址碼不能完全正交,再加上不能完全保證波長或時隙的隔離,多址干擾十分嚴重,其存在嚴重影響系統(tǒng)的鏈路性能,降低系統(tǒng)容量。消除多址干擾常用的方法在接收端放置光硬限幅器(OpticalHard-limiter),但是這種方法是以損耗有限的信號能量為代價的,而且效果不是很理想。一種更有效的方法是采用多用戶檢測(Multi-UserDetection)技術(shù)。多用戶檢測技術(shù)能夠更充分利用信號能量,更能準確的恢復出原始數(shù)據(jù)。4應(yīng)用前景空間光CDMA技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景,不僅可以用于無線紅外組網(wǎng),而且可以用于激光衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。4.1市場機械通信技術(shù)在智紅外無線通信傳輸?shù)男盘柌皇軣o線電干擾,使用紅外無線通信技術(shù)不受無線電管委會的限制,在解決短距離、低成本、高可靠的通信中有具有獨特的優(yōu)勢和長遠的應(yīng)用前景。這種通信技術(shù)已經(jīng)在便攜式計算機、移動電話、遙控裝置等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于光CDMA技術(shù)通過正交擴頻序列來區(qū)分用戶,不需要在時間或頻率上對用戶進行嚴格的管理,再加上光CDMA通信系統(tǒng)是一個真正的隨機接入系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)擴容方便,將光CDMA技術(shù)應(yīng)用于紅外無線通信系統(tǒng)中,組建空間無線紅外CDMA局域網(wǎng),既可以發(fā)揮無線紅外通信的優(yōu)勢,又可充分利用光CDMA的特點,具有廣泛的應(yīng)用前景。4.2水質(zhì)、水質(zhì)難以滿足隨著通信技術(shù)和通信需求的發(fā)展,需要建立傳輸速率快、信息量大、覆蓋面廣的綜合信息網(wǎng)。目前采用的衛(wèi)星微波通信受到帶寬、體積、功耗等方面的限制,難以滿足需求。激光通信具有帶寬大、體積小、