專利名稱：碼位重疊快跳頻光碼分多址接入系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快跳頻光碼分多址接入系統(tǒng)，尤其涉及一種新型的易于實(shí)現(xiàn)的碼位重疊快跳頻光碼分多址接入系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)信息比特直接調(diào)制寬帶光源，擴(kuò)頻碼位重疊發(fā)送，解碼輸出直接檢測(cè)，進(jìn)而判決輸出。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。
在目前已有的OCDMA系統(tǒng)方案中，快跳頻光碼分多址FFH-OCDMA接入方案具有很多優(yōu)點(diǎn)，如全無(wú)源結(jié)構(gòu)，可自由尋址、易于集成，系統(tǒng)容量大，誤碼率相對(duì)較低，是非常有前途的一種方案，受到廣泛關(guān)注，是目前OCDMA技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
在傳統(tǒng)的FFH-OCDMA系統(tǒng)(H.Fathallah，and L.A.Rusch，“Passive opticalfast frequency-hop CDMA communications system，”J.Lightwave Technol，17(3)，pp397-405，1999.)中，跳頻OCDMA系統(tǒng)將光纖的可用帶寬分成一定數(shù)量(q個(gè))的頻隙(Frequency Slot，即波長(zhǎng))，為多個(gè)用戶所共享。每個(gè)用戶擁有一個(gè)自己的地址碼(跳頻圖案)，按照這個(gè)地址碼，每個(gè)數(shù)據(jù)比特(比特周期為T)被擴(kuò)頻成N個(gè)時(shí)隙(切普)，每個(gè)切普內(nèi)光脈沖的波長(zhǎng)各不相同，這樣各個(gè)切普內(nèi)的光脈沖在不同的波長(zhǎng)間跳變，形成快跳頻擴(kuò)頻信號(hào)。在接收端，光解碼器采用匹配濾波原理將數(shù)據(jù)從接收到的信號(hào)中提取出來。
跳頻OCDMA系統(tǒng)的光編碼器采用光纖Bragg光柵(FBG)和光纖延遲線級(jí)連的結(jié)構(gòu)。各光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)不同，并與長(zhǎng)度為cTc/2neff的光纖延遲線串聯(lián)，Tc為切普寬度，Tc＝T/N，T為數(shù)據(jù)比特周期。這里c為真空中的光速，neff為光纖內(nèi)的有效折射率。在該編碼中，數(shù)據(jù)比特經(jīng)OOK調(diào)制超短脈沖寬帶光源，產(chǎn)生寬度為Tc光脈沖。該短脈沖經(jīng)光環(huán)行器進(jìn)入編碼器，光脈沖依次經(jīng)過各個(gè)光纖光柵，光柵使中心波長(zhǎng)為λi的光譜成分反射后進(jìn)入光環(huán)行器輸出端口，由于各光柵中心反射波長(zhǎng)不同，而且不同波長(zhǎng)的脈沖所經(jīng)延遲不同，這樣就形成跳頻編碼。光解碼器的結(jié)構(gòu)與光編碼器基本相同，也采用“光纖延遲線+光纖光柵”級(jí)連構(gòu)成，但光纖光柵的位置與編碼器相反。這種光編解碼器中的光纖光柵通過溫度控制或應(yīng)力控制(如在每個(gè)FBG上采用壓電器件)可以實(shí)現(xiàn)中心反射波長(zhǎng)的改變，所以可以很容易的實(shí)現(xiàn)自由尋址。
在這種傳統(tǒng)FFH-OCDMA系統(tǒng)中，由于一個(gè)數(shù)據(jù)比特被編碼成一個(gè)包含N個(gè)持續(xù)時(shí)間為Tc切普的的擴(kuò)頻序列，該序列的持續(xù)時(shí)間為一個(gè)比特周期T，相鄰比特的擴(kuò)頻序列是接連的卻不交迭。在發(fā)送機(jī)內(nèi)要求有一個(gè)電路，將一個(gè)電的數(shù)據(jù)脈沖壓縮成寬度為Tc的超短脈沖去調(diào)制寬帶光源；在接收機(jī)內(nèi)要求有一個(gè)電路將解碼并經(jīng)光電變換后輸出的寬度為Tc的脈沖展寬為信息比特。這兩個(gè)過程都要求有一定的定時(shí)精度，所以系統(tǒng)在電路上的復(fù)雜性上升。而且，對(duì)于給定的光源，其用戶數(shù)據(jù)速率是光源最大調(diào)制速率的1/N，所以用戶數(shù)據(jù)速率較低，相對(duì)的通信成本較高。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明提出的碼位重疊快跳頻光碼分多址接入系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或采用總線型、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，光纖網(wǎng)絡(luò)由光纖、耦合器、光分路器等無(wú)源器件組成，通過光編碼器、光解碼器與用戶終端相連。系統(tǒng)中每個(gè)用戶終端的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)中分別有一個(gè)光編碼器和一個(gè)光解碼器，光編碼器將用戶信息比特?cái)U(kuò)頻為編碼序列發(fā)送到光纖網(wǎng)絡(luò)中，光纖網(wǎng)絡(luò)中的光信號(hào)經(jīng)分路器進(jìn)入接收用戶的光解碼器，完成信號(hào)解碼，將信息比特?cái)?shù)據(jù)送給其用戶終端。
每個(gè)用戶的光編碼器由寬帶光源、光環(huán)行器、N個(gè)Bragg光纖光柵、光纖延遲線順序連接組成。在本發(fā)明的碼位重疊FFH-OCDMA系統(tǒng)的編解碼器中，光纖延遲線長(zhǎng)度為cT/2neff而不是傳統(tǒng)FFH-OCDMA系統(tǒng)的cTc/2neff。用戶終端的數(shù)據(jù)比特直接調(diào)制光源，發(fā)出寬度等于比特周期的寬帶光脈沖，經(jīng)過光環(huán)行器進(jìn)入光纖光柵和光纖延遲線線陣。接收用戶側(cè)的光解碼器由光環(huán)行器、光纖延遲線和N個(gè)光纖光柵組成。這N個(gè)光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)的位置與對(duì)應(yīng)的光編碼器相反，這樣一個(gè)編碼序列經(jīng)不同數(shù)量的光纖延遲線后，N個(gè)脈沖重新迭合在一起，形成一個(gè)脈沖，該脈沖的寬度等于數(shù)據(jù)比特的周期，所以由光探測(cè)器完成光電變換后通過閾值判決就可以直接提取數(shù)據(jù)比特。由于數(shù)據(jù)直接調(diào)制光源，所以相鄰比特的擴(kuò)頻序列是相互重疊的。
本發(fā)明的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是連續(xù)發(fā)送并直接調(diào)制寬帶光源(沒有傳統(tǒng)FFH-OCDMA系統(tǒng)中的脈沖壓縮過程)，產(chǎn)生寬度為T的寬帶光脈沖，光脈沖進(jìn)入由光環(huán)行器、Bragg光纖光柵(FBG)和光纖延遲線構(gòu)成的編碼器，產(chǎn)生由N個(gè)寬度為T的、波長(zhǎng)互不相同的光脈沖組成的擴(kuò)頻序列。這樣，每個(gè)用戶信息比特?cái)U(kuò)頻成N個(gè)切普，每個(gè)比特的擴(kuò)頻信號(hào)占用N個(gè)比特的時(shí)間，每個(gè)比特的擴(kuò)頻信號(hào)都和與它相鄰的比特的擴(kuò)頻信號(hào)重疊(N-1個(gè)比特周期是重疊的)。由于FFH-OCDMA系統(tǒng)中的地址碼具有一個(gè)特殊的屬性碼字自相關(guān)函數(shù)沒有旁瓣，也就是說，系統(tǒng)中不存在用戶的自相關(guān)干擾，用戶接收機(jī)中的光解碼器能夠?qū)U(kuò)頻序列的N個(gè)光脈沖重新迭合起來，形成一個(gè)單脈沖輸出。所以同一個(gè)用戶發(fā)送的相鄰比特的信號(hào)經(jīng)解碼后不會(huì)發(fā)生互相干擾。因此，在本發(fā)明提出的碼位重疊FFH-OCDMA系統(tǒng)中，用戶接收機(jī)利用光解碼器直接將信號(hào)恢復(fù)成數(shù)據(jù)比特，省略了傳統(tǒng)的FFH-OCDMA系統(tǒng)中的脈沖展寬過程，而是利用傳統(tǒng)IM/DD數(shù)字光傳輸系統(tǒng)中采用的簡(jiǎn)單的鎖相環(huán)電路、光探測(cè)器和判決器就可以完成數(shù)據(jù)比特提取。這樣就省去了編碼和解碼過程中的電脈沖壓縮和展寬過程，而這兩個(gè)過程對(duì)于高速率系統(tǒng)來講實(shí)現(xiàn)難度較大，而且容易受環(huán)境溫度變化等因素導(dǎo)致的時(shí)鐘漂移和電磁干擾影響而產(chǎn)生脈沖寬度的不精確和誤碼，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了性能。
在我們的碼位重疊FFH-OCDMA系統(tǒng)中，地址碼采用傳統(tǒng)FFH-OCDMA中常用的單重合序列(One-coincident Sequence)，不需要構(gòu)造特別的碼字，因此也具有容易設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。另外我們的系統(tǒng)采用全無(wú)源的光纖光柵+光纖延遲線結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，編解碼器的成本較低，光纖延遲線的誤差相對(duì)容易控制。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，每個(gè)用戶可達(dá)到的信息比特率等于光源的調(diào)制速率(在傳統(tǒng)FFH-OCDAM系統(tǒng)中，用戶信息比特率為光源調(diào)制速率的1/N)，因此用戶信息比特率提高了N倍。提高了每個(gè)用戶的信息比特率也就降低了單位信息的通信成本，因此系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性極大改善。這就使它很適合目前的城域網(wǎng)和將來的接入網(wǎng)。
本發(fā)明的系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)用戶數(shù)小于(N+1)時(shí)，在不考慮噪聲的情況下，用戶可以實(shí)現(xiàn)無(wú)誤碼通信，而傳統(tǒng)系統(tǒng)的無(wú)誤碼通信用戶數(shù)為N/2，因此本系統(tǒng)的無(wú)誤碼用戶數(shù)擴(kuò)大了二倍。如果采取前向糾錯(cuò)措施，用戶數(shù)還可以提高。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的信息吞吐量極大提高。如果給定光源的調(diào)制速率為M，則每個(gè)用戶的信息比特率就為M，對(duì)于N個(gè)用戶，系統(tǒng)的總吞吐量為NM。而傳統(tǒng)的FFH-OCDMA系統(tǒng)，每個(gè)用戶的信息比特率為M/N，系統(tǒng)最大用戶數(shù)為q(q為地址碼集占用的波長(zhǎng)數(shù))，所以其總吞吐量為qM/N，而對(duì)于已知的地址碼中，都有q＜＜N2的關(guān)系，所以系統(tǒng)總吞吐量提高了N2/q倍。如果我們采用q＝N+1的地址碼，那么本發(fā)明的系統(tǒng)可以達(dá)到目前的WDM(波分復(fù)用)系統(tǒng)的吞吐量，所以在系統(tǒng)性能上就有很大優(yōu)勢(shì)，而系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度、成本、易維護(hù)性、保密性、網(wǎng)管復(fù)雜性等方面都優(yōu)于WDM系統(tǒng)。
本發(fā)明的系統(tǒng)還可以采用文獻(xiàn)H.Fathallah，and L.A.Rusch，“Robust opticalFFH-CDMA communicationscoding in place of frequency and temperaturecontrols，”IEEE Journal of Lightwave Technology，Vol.17，No.8，p1284-1293，Aug.1999.中提出的地址碼，就可以有效克服環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的光纖光柵中心反射波長(zhǎng)的漂移，提高系統(tǒng)的魯棒性，這相對(duì)于WDM系統(tǒng)所必須的昂貴的溫度控制措施而言，大大降低了復(fù)雜性和成本。所以，本發(fā)明的系統(tǒng)可以提供比WDM更好的接入性能和更佳的經(jīng)濟(jì)性。
本發(fā)明的系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)FFH-OCDMA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，如可自由尋址、保密性好、光功率損耗小等諸多優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明可以用于全光城域網(wǎng)、光接入網(wǎng)和光局域網(wǎng)以及其他光纖公用總線系統(tǒng)(如艦船和飛行器的內(nèi)部總線)領(lǐng)域，而且采用色散補(bǔ)償措施后也可以用于骨干網(wǎng)領(lǐng)域，具有極好的應(yīng)用前景。


和
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的原理框圖。
如圖1所示的系統(tǒng)采用了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中有N個(gè)用戶終端，每個(gè)用戶的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)中分別有一個(gè)光編碼器和一個(gè)光解碼器。光編碼器將用戶信息比特?cái)U(kuò)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(wú)源器件組成。光纖網(wǎng)絡(luò)中的光信號(hào)經(jīng)分路器進(jìn)入接收用戶的光解碼器，完成信號(hào)解碼，將信息比特?cái)?shù)據(jù)送給其用戶終端。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的光編碼器和光解碼器結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，圖2(a)為本發(fā)明的光編碼器，圖2(b)為本發(fā)明的光解碼器。這是典型的N＝4，地址碼集占用的波長(zhǎng)數(shù)q＝5的光編碼器和光解碼器。
如圖2(a)所示，每個(gè)用戶的光編碼器由寬帶光源(1)、光環(huán)行器(2)、N個(gè)Bragg光纖光柵(4)、光纖延遲線(3)和光纖(6)順序連接組成。N為碼字長(zhǎng)度。光源(1)可以是LED，EDFA/ASE光源，或其他寬帶光源。用戶終端的數(shù)據(jù)比特直接調(diào)制光源，發(fā)出寬度等于比特周期的寬帶光脈沖(7)。光脈沖(7)經(jīng)過光環(huán)行器(2)的端口進(jìn)入光纖光柵(4)和光纖延遲線(3)線陣。在一個(gè)編碼器中光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)是各不相同的，所以每個(gè)光纖光柵反射一個(gè)寬度為T的中心波長(zhǎng)不同的窄帶(相對(duì)的)光脈沖(8)。
在本發(fā)明系統(tǒng)的編碼器中，光纖延遲線長(zhǎng)度為cT/2neff而不是傳統(tǒng)FFH-OCDMA系統(tǒng)的cTc/2neff，式中T＝NTc，為數(shù)據(jù)比特周期。所以就形成了一個(gè)持續(xù)時(shí)間為NT的光脈沖序列。該序列經(jīng)光環(huán)行器(2)進(jìn)入光纖網(wǎng)絡(luò)，廣播給所有的用戶。
如圖2(b)所示，本發(fā)明在接收用戶側(cè)的光解碼器有著類似的結(jié)構(gòu)，由光環(huán)行器(2)、光纖延遲線(3)和N個(gè)光纖光柵(4)組成。這N個(gè)光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)的位置與對(duì)應(yīng)的光編碼器相反，這樣一個(gè)編碼序列經(jīng)不同數(shù)量的光纖延遲線后，N個(gè)脈沖重新迭合在一起，形成一個(gè)脈沖，該脈沖的寬度等于數(shù)據(jù)比特的周期，所以由光探測(cè)器(5)完成光電變換后通過閾值判決就可以直接提取數(shù)據(jù)比特。由于數(shù)據(jù)直接調(diào)制光源，所以相鄰比特的擴(kuò)頻序列是相互重疊的。
圖3為本發(fā)明系統(tǒng)中一個(gè)用戶發(fā)送信號(hào)的碼位重疊示意圖。
圖3中給出了經(jīng)解碼器解碼后的波形，圖中數(shù)據(jù)圖案以“1101”為例，其中第三比特為“0”，其波形為虛線繪制，意味著沒有光信號(hào)。從圖3中可以看出，接收機(jī)可以在光電變換后直接進(jìn)行閾值判決輸出。
權(quán)利要求
1.一種碼位重疊快跳頻光碼分多址接入系統(tǒng)，由光纖、耦合器、光分路器等無(wú)源器件組成的光纖網(wǎng)絡(luò)通過光編碼器、光解碼器與用戶終端相連，用戶光編碼器將用戶信息比特?cái)U(kuò)頻為編碼序列發(fā)送到光纖網(wǎng)絡(luò)中，光纖網(wǎng)絡(luò)中的光信號(hào)經(jīng)分路器進(jìn)入接收用戶的光解碼器，完成信號(hào)解碼，將信息比特?cái)?shù)據(jù)送給其用戶終端，其特征在于每個(gè)用戶的光編碼器由寬帶光源(1)、光環(huán)行器(2)、N個(gè)Bragg光纖光柵(4)、光纖延遲線(3)和光纖(6)順序連接組成，用戶終端的數(shù)據(jù)比特直接調(diào)制光源發(fā)出的寬度等于比特周期的寬帶光脈沖(7)經(jīng)光環(huán)行器(2)進(jìn)入光纖光柵(4)和光纖延遲線(3)線陣，每個(gè)光纖光柵(4)反射一個(gè)寬度為T的中心波長(zhǎng)不同的窄帶光脈沖(8)，接收用戶側(cè)的光解碼器由光環(huán)行器(2)、光纖延遲線(3)和N個(gè)光纖光柵(4)組成，光纖光柵(4)的中心反射波長(zhǎng)的位置與對(duì)應(yīng)的光編碼器相反，采用傳統(tǒng)IM/DD數(shù)字光傳輸系統(tǒng)中的鎖相環(huán)電路、光探測(cè)器和判決器完成數(shù)據(jù)比特提取。
2.如權(quán)利要求1所說的碼位重疊快跳頻光碼分多址接入系統(tǒng)，其特征在于光纖延遲線(3)的長(zhǎng)度為cT/2neff，式中T為數(shù)據(jù)比特周期。
全文摘要
一種碼位重疊快跳頻光碼分多址接入系統(tǒng),光編碼器中用戶終端的數(shù)據(jù)比特直接調(diào)制光源,發(fā)出的寬帶光脈沖經(jīng)光環(huán)行器進(jìn)入光纖光柵和光纖延遲線線陣,光解碼器中光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)的位置與對(duì)應(yīng)的光編碼器相反,采用傳統(tǒng)IM/DD數(shù)字光傳輸系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)提取電路完成數(shù)據(jù)比特提取,光編碼器和解碼器中光纖延遲線的長(zhǎng)度為cT/2n
文檔編號(hào)G02B6/24GK1347210SQ01132218
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月15日
發(fā)明者沈成彬, 范戈 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)