專利名稱：非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統(tǒng)，可以利用射頻CDMA系統(tǒng)中的雙極性編碼實現(xiàn)多址接入，可用于城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、局域網(wǎng)等系統(tǒng)，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。
OCDMA接入系統(tǒng)一般為星型拓撲結(jié)構(gòu)，也可以采用總線型、樹型拓撲結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中的每個用戶的發(fā)送機和接收機中分別有一個光編碼器和一個光解碼器，系統(tǒng)為每個用戶分配一個獨有的地址碼。用戶的光編碼器按照其地址碼將信息比特擴頻為編碼序列發(fā)送到光纖網(wǎng)絡(luò)中，光纖網(wǎng)絡(luò)由光纖、耦合器、光分路器等無源器件組成。光纖網(wǎng)絡(luò)中的光信號經(jīng)分路器進入接收用戶的光解碼器，光解碼器基于匹配濾波的原理完成信號解碼，將信息比特數(shù)據(jù)送給其用戶終端。
自從OCDMA的概念出現(xiàn)以來，提出了各種系統(tǒng)方案，如非相干直接序列(DS)、相干DS、快跳頻(Fast Frequency-Hop，F(xiàn)FH)、頻域編碼(FE)等。大多數(shù)方案都是采用單極性編碼，也就是說對光強進行編碼。這樣碼字的相關(guān)特性較差，且構(gòu)造復(fù)雜，相對而言需要很長的地址碼，增加了實現(xiàn)的難度。傳統(tǒng)的射頻OCDMA系統(tǒng)都采用雙極性編碼，如m-序列、Walsh碼等，這些碼字構(gòu)造簡單，相關(guān)特性好，如果能將在OCDMA技術(shù)中采用這些雙極性碼字，對OCDMA系統(tǒng)的實用化具有重要的價值。目前對雙極性O(shè)CDMA的研究都采用相干編碼的方法，但相干光的信號處理和傳輸技術(shù)還不是很成熟，系統(tǒng)的實現(xiàn)比較困難。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明采用了基于啁啾的非相干的雙極性O(shè)CDMA系統(tǒng)方案，采用全無源、全光纖結(jié)構(gòu)。在這個啁啾編碼OCDMA系統(tǒng)中，光編碼器由一個線性啁啾光纖光柵，光環(huán)行器、光纖延遲線網(wǎng)絡(luò)和光耦合器構(gòu)成。數(shù)據(jù)比特以O(shè)n/Off鍵控的方式調(diào)制超短脈沖激光器，如鎖模激光器、增益開關(guān)DFB激光器，電吸收超短脈沖光源或者外調(diào)制激光器等。光源輸出的寬帶超短光脈沖(其脈沖寬度遠小于Tc)經(jīng)光分路器后分成兩路，各自經(jīng)過由光纖延遲線組成的網(wǎng)絡(luò)，光纖延遲線產(chǎn)生不同的延時，每個光纖延遲線對應(yīng)于碼字中的一個切普，這樣形成兩個超短脈沖的序列，光纖延遲線的相對延遲量為cTc/neff的倍數(shù)，具體的延遲量由地址碼決定。這里c為光在真空中的速度，Tc為切普寬度，neff為光纖延遲線中的有效折射率。這兩個序列經(jīng)光環(huán)行器后進入兩個光環(huán)行器間的線性啁啾光纖光柵。線性啁啾光纖光柵對不同波長的光脈沖反射時延與波長成線性關(guān)系，所以超短脈沖(帶寬較寬)被展寬為一個寬度為Tc的線性啁啾光脈沖，從兩個方向進入光纖光柵的脈沖經(jīng)歷的啁啾量相等，但符號相反。兩個展寬后的脈沖序列經(jīng)合路器形成一路雙極性啁啾編碼擴頻信號。在這個啁啾編碼擴頻序列中，各個切普內(nèi)的脈沖功率是相同的，但是光信號的頻率是隨時間變化的如果地址碼中的一個切普的值為+1，則在這個切普內(nèi)的光信號頻率是隨時間線性增加的；如果地址碼中的某一個切普的值為-1時，該切普內(nèi)光信號的頻率是隨時間線性減小的。具體的頻率-時間的斜率(啁啾度)可以根據(jù)系統(tǒng)的容量和誤碼率要求、線性啁啾光纖光柵制作工藝決定。
光解碼器和光編碼器結(jié)構(gòu)類似。光解碼器由光分路器、光合路器、光纖延遲線、光環(huán)行器、線性啁啾光纖光柵組成。如圖所示，接收機將接收到的信號，包含系統(tǒng)中所有用戶發(fā)射的擴頻信號，耦合到光解碼器，解碼器中的光分路器將信號分為兩路，分別進入一個光纖延遲線網(wǎng)絡(luò)，該延遲線網(wǎng)絡(luò)中的延遲線長度與編碼器中的相互補，也就是解碼器中上(下)面一路的某個光纖延遲線長度與編碼器中下(上)面某一光纖延遲線的長度之和為常數(shù)，這樣就形成一個匹配濾波器。在解碼器的上面一路實現(xiàn)部分信號(負啁啾脈沖部分)的相關(guān)運算，輸出一個主瓣和一系列旁瓣；同樣的，下面一路也將另一部分(正啁啾脈沖部分)信號的相關(guān)運算，亦輸出一個主瓣和一系列旁瓣。這兩個主瓣在時間上是對應(yīng)的，經(jīng)過光環(huán)行器和線性啁啾光纖光柵的脈沖壓縮，各形成一個功率很大的超短光脈沖，這兩個超短光脈沖經(jīng)合路器重合在一起，形成一個最強的輸出脈沖。光纖延遲線網(wǎng)絡(luò)輸出的旁瓣中一些脈沖的啁啾度與啁啾光纖光柵的啁啾度相反，脈沖得到壓縮；反之被進一步展寬，所以解碼器的最終輸出也存在一些旁瓣，但是他們相對于主瓣都很小，所以自相關(guān)干擾很小。通過選擇互相關(guān)特性比較好的雙極性地址碼，可以使用戶的互相關(guān)干擾也比較小，這樣系統(tǒng)就實現(xiàn)很好的解碼效果。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，由于線性啁啾光纖光柵的啁啾可以是正的，也可以是負的，而且正(負)啁啾的光脈沖經(jīng)大小相同的負(正)啁啾的光纖光柵后能壓縮為一個高強度的短脈沖，而如果光脈沖的啁啾度與光纖光柵的啁啾度大小相同符號也相同，那么脈沖將被進一步展寬，接近于0，所以符合{+1，-1}的雙極性編碼運算規(guī)則，因此在本發(fā)明的啁啾編碼OCDMA系統(tǒng)中可以采用相關(guān)性較好的m序列，M序列，GOLD序列、WALSH序列等已有的雙極性射頻CDMA地址碼。具體采用哪種碼字由系統(tǒng)的容量要求，碼字互相關(guān)性要求，誤碼性能要求等決定。光檢測器將光解碼器輸出轉(zhuǎn)換為電信號并利用提取信號中的主瓣，然后通過閾值判決提取數(shù)據(jù)比特。
本發(fā)明的一個重要優(yōu)點是系統(tǒng)容量大。由于采用傳統(tǒng)RF CDMA系統(tǒng)中常用的雙極性地址碼，所以可以提供很多的碼字供用戶使用，相對于其他非相干OCDMA系統(tǒng)，碼字數(shù)量極大地提高，所以比較適合用戶數(shù)較多，業(yè)務(wù)量密度不高的接入網(wǎng)。為進一步提高用戶數(shù)量，還可以采用不同的啁啾度形成碼字子集。對每個啁啾度分別建立其碼集，由于不同啁啾度的，碼字間干擾也很小，所以這樣也可以提高系統(tǒng)容量。
本系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是系統(tǒng)誤碼率比較低。較同樣非相干的DS-OCDMA、FE-OCDMA、FFH-OCDMA系統(tǒng)，在相同的碼長的情況下，該系統(tǒng)有著很低的誤碼率。同樣，系統(tǒng)的吞吐量也相對得到極大的提高。
本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，而且編解碼器均為全光纖無源結(jié)構(gòu)，便于集成。另外系統(tǒng)的成本也相對較低，更適合對成本敏感的接入網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)應(yīng)用。
本發(fā)明的系統(tǒng)中每個用戶可以實現(xiàn)比較高的數(shù)據(jù)速率。由于采用超短脈沖技術(shù)，目前的超短脈沖產(chǎn)生和檢測技術(shù)的進展使得用戶數(shù)據(jù)速率可以達到很高。相比傳統(tǒng)的采用光正交碼(OOC)的DS-OCDMA系統(tǒng)，由于碼字長度要求很長，所以用戶數(shù)據(jù)速率受到限制。而FE-OCDMA、FFH-OCDMA系統(tǒng)中由于色散的影響，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率也不能很高。


和
具體實施例方式圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的光編、解碼器結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，圖1(a)為光編碼器，圖1(b)光解碼器。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)擴頻信號的光功率和光頻率與時間關(guān)系示意圖。
如圖1(a)所示，啁啾編碼的光編碼器由超短脈沖激光光源1、1∶2光分路器2、1∶ω1和1∶ω2光分路器3、ω1+ω2個光纖延遲線4、ω1∶1和ω2∶1光合路器5，二個光環(huán)行器6，一個線性啁啾光纖光柵7，2∶1光合路器8構(gòu)成。其中，ω1、ω2分別為編碼序列中正啁啾脈沖和負啁啾脈沖的數(shù)量，ω1+ω2＝N，N為碼長。光纖延遲線的相對長度為cTc/neff的倍數(shù)，且所有光纖延遲線的相對長度各不相同，在最后合路后能形成一個連續(xù)而不重疊的脈沖序列。超短脈沖光源1在數(shù)據(jù)比特的調(diào)制下以O(shè)n/Off鍵控(或脈沖位置調(diào)制PPM等)的方式發(fā)射寬帶超短脈沖，該脈沖被分路器2分成兩路，各自完成正啁啾和負啁啾展寬。上路的脈沖被分成ω1路，分別經(jīng)過ω1個光纖延遲線4的延遲形成一個離散的脈沖序列，然后經(jīng)光環(huán)行器6的端口二進入線性啁啾光纖光柵7(其啁啾度為正值)，由于線性啁啾光纖光柵7的反射延遲與光頻率成線性關(guān)系，其斜率就是啁啾度，所以每個脈沖中的不同光譜成分依次被反射回來，在三端口形成一個光頻隨時間線性變化的展寬的正啁啾脈沖，其寬度為Tc。下路的脈沖也同樣形成ω2個離散的展寬的負啁啾脈沖，其寬度也是Tc。這兩路的信號經(jīng)2∶1合路器8后形成一個連續(xù)的N個脈沖，脈沖是正啁啾或者負啁啾的，這樣形成雙極性啁啾編碼。
如圖1(b)所示，啁啾編碼的光解碼器由1∶2光分路器2、1∶ω1和1∶ω2光分路器3、ω1+ω2個光纖延遲線4、ω1∶1和ω2∶1光合路器5，二個光環(huán)行器6，一個線性啁啾光纖光柵7，2∶1光合路器8，APD光檢測器9，閾值判決器(10)和時鐘提取電路(11)構(gòu)成。該延遲線網(wǎng)絡(luò)中的延遲線4長度與編碼器中的相互補，以實現(xiàn)匹配濾波的功能。接收機接收到的信號分成上下兩路，上面一路實現(xiàn)負啁啾脈沖信號的相關(guān)運算，輸出一個主瓣和一系列旁瓣；同樣的，下面一路實現(xiàn)正啁啾脈沖信號的相關(guān)運算，亦輸出一個主瓣和一系列旁瓣。這兩路脈沖序列分別被啁啾光纖光柵7壓縮或展寬(取決于脈沖的啁啾是否和光纖光柵的啁啾度互補)。這兩個主瓣在時間上是對應(yīng)的，經(jīng)過線性啁啾光纖光柵7的壓縮，各形成一個功率很大的超短光脈沖，這兩個超短光脈沖經(jīng)合路器8重合在一起，形成一個最強的輸出脈沖。光纖延遲線網(wǎng)絡(luò)輸出的旁瓣被展寬或壓縮，使得解碼器的最終輸出也存在一些旁瓣，但是他們相對于主瓣都很小，所以自相關(guān)干擾很小。通過選擇互相關(guān)特性比較好的雙極性地址碼，可以使用戶的互相關(guān)干擾也比較小，這樣系統(tǒng)就實現(xiàn)很好的解碼效果。經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后由時鐘提取電路11和閾值判決器10實現(xiàn)數(shù)據(jù)比特的恢復(fù)，完成解碼。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)擴頻信號的光功率和光頻率與時間關(guān)系示意圖。
圖2以N＝7的碼字{-1，+1，+1，-1，+1，-1，+1}為例。如圖2所示，一個用戶比特的擴頻信號在時間上由N個脈沖組成，它們在功率上是相同的。但是，他們在頻率上是隨著時間線性變化的，其中ω1個是正啁啾的脈沖，ω2個是負啁啾的脈沖。具體一個脈沖是正啁啾還是負啁啾由該用戶的地址碼決定。采用m序列的碼字時，N＝ω1+ω2＝2n-1，其中n為整數(shù)，ω1＝2n-1，ω2＝2n-1-1。
權(quán)利要求
1.一種非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統(tǒng)，其特征在于光編碼器由超短脈沖激光光源(1)、1∶2光分路器(2)、1∶ω1和1∶ω2光分路器(3)、ω1+ω2個光纖延遲線(4)、ω1∶1和ω2∶1光合路器(5)，二個光環(huán)行器(6)，線性啁啾光纖光柵(7)，2∶1光合路器(8)構(gòu)成，其中，ω1、ω2分別為編碼序列中正啁啾脈沖和負啁啾脈沖的數(shù)量，ω1+ω2＝N，N為碼長，脈沖光源(1)在數(shù)據(jù)比特調(diào)制下發(fā)射的寬帶超短脈沖經(jīng)分路器(2)分成兩路，各自完成正負啁啾展寬，上下兩路脈沖分別經(jīng)光纖延遲線(4)形成離散的脈沖序列，然后經(jīng)光環(huán)行器(6)的端口二進入線性啁啾光纖光柵(7)，在端口三分別形成光頻隨時間線性變化的展寬的正、負啁啾脈沖，其寬度為Tc，兩路信號經(jīng)2∶1合路器8后形成雙極性啁啾編碼；光解碼器由1∶2光分路器(2)、1∶ω1和1∶ω2光分路器(3)、ω1+ω2個光纖延遲線(4)、ω1∶1和ω2∶1光合路器(5)，二個光環(huán)行器(6)，線性啁啾光纖光柵(7)，2∶1光合路器(8)，光檢測器(9)，閾值判決器(10)和時鐘提取電路(11)構(gòu)成，其中延遲線(4)長度與編碼器中的相互補，接收信號分成上下兩路，形成的正、負啁啾脈沖序列分別被啁啾光纖光柵(7)壓縮或展寬，再經(jīng)合路器(8)重合，輸出脈沖經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后由時鐘提取電路(11)和閾值判決器(10)實現(xiàn)數(shù)據(jù)比特的恢復(fù)，完成解碼。
2.如權(quán)利要求1所說的非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統(tǒng)，其特征在于光纖延遲線(4)的相對延遲量為cTc/neff的倍數(shù)，其中，c為光在真空中的速度，Tc為切普寬度，neff為光纖延遲線中的有效折射率。
3.如權(quán)利要求1所說的非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統(tǒng)，其特征在于采用射頻CDMA系統(tǒng)中的m序列、GOLD序列或WALSH序列雙極性地址碼。
全文摘要
一種非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統(tǒng)，光編碼器由一個線性啁啾光纖光柵，光環(huán)行器、光纖延遲線網(wǎng)絡(luò)和光合路器構(gòu)成。數(shù)據(jù)比特調(diào)制超短脈沖激光器輸出寬帶超短光脈沖，經(jīng)光分路器后各自經(jīng)由光纖延遲線形成兩個超短脈沖序列，經(jīng)光環(huán)行器后進入兩個光環(huán)行器間的線性啁啾光纖光柵，兩個展寬后的脈沖序列經(jīng)合路器形成一路雙極性啁啾編碼擴頻信號。光解碼器的結(jié)構(gòu)類似，經(jīng)光環(huán)行器和線性啁啾光纖光柵的脈沖壓縮形成的超短光脈沖，經(jīng)合路器重合，形成強輸出脈沖，實現(xiàn)解碼。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，編解碼器均為全光纖無源結(jié)構(gòu)，便于集成，系統(tǒng)容量大，誤碼率低。
文檔編號H04B10/12GK1399420SQ02136709
公開日2003年2月26日 申請日期2002年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月29日
發(fā)明者沈成彬, 范戈 申請人:上海交通大學(xué)