專利名稱：基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送和接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光接入網(wǎng)中所使用的一種基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送和接收裝置。
背景技術(shù)：
光碼分多址技術(shù)(OCDMA)是將碼分多址(CDMA)技術(shù)與大容量的光纖通信技術(shù)相結(jié)合的一種通信方式。OCDMA技術(shù)與其他復(fù)用技術(shù)相比，有著支持完全異步傳輸，對(duì)不同的傳輸協(xié)議透明和多用戶共享信道的能力等特點(diǎn)。盡管研究者提出了許多的光編解碼器設(shè)計(jì)方案，但是目前為止，仍然沒有合適的方法能夠制備簡(jiǎn)單，低成本便于大規(guī)模商用的光編解碼器。此外，為了能夠消除OCDMA系統(tǒng)中光信號(hào)的差拍干擾噪聲和多址干擾以獲得良好的傳輸性能，需要在接收端使用復(fù)雜且昂貴的光閾值器件和光時(shí)域門限技術(shù)。近年來(lái)，由于電器件處理速率的不斷提高以及成本的低廉，研究人員提出電域處理的光碼分復(fù)用系統(tǒng)。2010年日本沖電氣工業(yè)株式會(huì)社(OKI)提出了一種基于電域處理的光碼分復(fù)用系統(tǒng)。在電域?qū)τ脩魝鬏敂?shù)據(jù)進(jìn)行雙極性的時(shí)域碼字直接擴(kuò)頻，并將多個(gè)用戶的傳輸數(shù)據(jù)通過碼分復(fù)用的方式耦合在一起，最后調(diào)制在光信號(hào)上通過光纖進(jìn)行傳輸。接收端進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，在電域進(jìn)行相關(guān)信號(hào)處理和相應(yīng)的擴(kuò)頻解碼，恢復(fù)出目標(biāo)用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)。該方案采用大規(guī)模集成電路進(jìn)行電域擴(kuò)頻編碼，而在接收端使用CCD解碼器和匹配濾波器進(jìn)行解碼，取代了模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字匹配解碼。但值得注意，由于傳統(tǒng)的電域CDMA (ECDMA)中的擴(kuò)頻和解擴(kuò)都是需要在切片同步下進(jìn)行的，所以對(duì)于ECDMA系統(tǒng)來(lái)說，不管在上行或是下行鏈路，在進(jìn)行電域解碼時(shí)都要進(jìn)行切片同步。對(duì)于下行鏈路，可以在OLT輕易的實(shí)現(xiàn)切片同步，而對(duì)于上行鏈路，則需要在OLT和各個(gè)ONU之間進(jìn)行一定的反饋控制。在傳統(tǒng)的ECDMA技術(shù)中，數(shù)據(jù)速率滿足以下公式:數(shù)據(jù)數(shù)率*碼字長(zhǎng)度(用戶數(shù)率)=切片數(shù)率。式中，碼字長(zhǎng)度代表能用的碼字個(gè)數(shù)，同時(shí)也代表著系統(tǒng)中的用戶容量。由于ECDMA方案是對(duì)電信號(hào)進(jìn)行時(shí)域的直接擴(kuò)展，電域編解碼器必須運(yùn)行在切片速率上，而電域的處理速度限制著切片速率。如果為了提高用戶數(shù)量增加碼長(zhǎng)，則會(huì)限制數(shù)據(jù)的傳輸速率。因此對(duì)于ECDMA方案，提高電編解碼器的切片速率是其重點(diǎn)，而電域的處理速率瓶頸在短時(shí)間內(nèi)很難克服。為了克服ECDMA方案的缺點(diǎn)，研究人員提出一種基于電域空間編碼的譜域多階幅移鍵控調(diào)制方式的光碼分復(fù)用系統(tǒng)。在發(fā)送端，利用具有光開關(guān)陣列的電域編碼器，對(duì)多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行基于電域的空間編碼，形成相應(yīng)的非相干譜域幅度編碼(SAC)信號(hào)，產(chǎn)生的k路SAC編碼信號(hào)通過光調(diào)制器分別加載在k個(gè)不同的副載波信號(hào)上，進(jìn)行副載波復(fù)用后的信號(hào)再調(diào)制在光信號(hào)上進(jìn)入光纖中傳輸。光源由相應(yīng)波長(zhǎng)的激光陣列組成，而在接收端使用波分復(fù)用器將傳輸光信號(hào)解復(fù)用和光電轉(zhuǎn)換后，通過相應(yīng)的解碼器結(jié)構(gòu)進(jìn)行接收。因?yàn)樵摲桨笇⒂脩粜盘?hào)在電域進(jìn)行空間編碼，編碼后的不同切片信號(hào)調(diào)制在不同頻率的光信號(hào)上進(jìn)行傳輸，即進(jìn)行了頻域擴(kuò)展。因此該方案中數(shù)據(jù)速率與切片速率相等，可以克服電處理速率的瓶頸，提高系統(tǒng)的傳輸速率。但是該方案在電域編碼的過程中，需要光開關(guān)陣列，并且副載波復(fù)用方案需要多個(gè)射頻信號(hào)源形成副載波復(fù)用信號(hào)，使用激光器陣列作為光源，提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送和接收裝置，其具有成本低、體積小和集成度高的特點(diǎn)。為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置，主要由具有η個(gè)輸入端和L個(gè)輸出端的可編程邏輯器件編碼器，光源，L個(gè)光調(diào)制器，L個(gè)光環(huán)形器，L個(gè)光纖光柵，以及光耦合器組成；其中可編程邏輯器件編碼器的η個(gè)輸入端上各接一路用戶信號(hào)；光源的輸出端與第一光環(huán)形器的輸入端相連，第一光環(huán)形器的透射輸出端與第一光纖光柵的輸入端相連接，第一光纖光柵的輸出端與第二光環(huán)形器的輸入端相連接；第二光環(huán)形器的透射輸出端與第二光纖光柵的輸入端相連接，第二光纖光柵的輸出端與第三光環(huán)形器的輸入端相連接；依次類推，第L光環(huán)形器的透射輸出端與第L光纖光柵的輸入端相連接；L個(gè)光環(huán)形器的發(fā)射輸出端各與一光調(diào)制器的其中一個(gè)輸入端相連，這L個(gè)光調(diào)制器的另一個(gè)輸入端分別連接在可編程邏輯器件編碼器的L個(gè)不同的輸出端上，L個(gè)光調(diào)制器的輸出端共同連接至光耦合器的輸入端。上述發(fā)送裝置中，所述可編程邏輯器件編碼器主要有η個(gè)乘法器，η個(gè)串并轉(zhuǎn)換器，以及L個(gè)加法器組成；其中每個(gè)乘法器的2個(gè)輸入端分別接一路用戶信號(hào)和一路擴(kuò)頻碼字；每個(gè)乘法器的輸出端個(gè)與一個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的輸入端相連；每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器均具有L個(gè)輸出端；每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第一路輸出端均連接至第一加法器的輸入端上，每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第二路輸出端均連接至第二加法器的輸入端上，依次類推，每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第L路輸出端均連接至第L加法器的輸入端上。上述發(fā)送裝置中，所述光源為放大自發(fā)輻射寬帶光源。上述發(fā)送裝置中，所述L的取值范圍介于7 993之間。上述發(fā)送裝置中，所述η的取值范圍介于I L之間。一種基于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置，主要由波分復(fù)用器，L個(gè)光電檢測(cè)器，L個(gè)解碼乘法器，擴(kuò)頻碼字運(yùn)算器，解碼加法器和權(quán)重乘法器組成；其中波分復(fù)用器具有L個(gè)輸出端，波分復(fù)用器每一個(gè)輸出端各經(jīng)過一個(gè)光電檢測(cè)器與一個(gè)解碼乘法器的其中輸入端相連，這L個(gè)解碼乘法器的另一個(gè)輸入端均與擴(kuò)頻碼字運(yùn)算器的輸出端連接，L個(gè)解碼乘法器的輸出端共同連接至解碼加法器的輸入端，解碼加法器的輸出端與權(quán)重乘法器的輸入端相連。上述接收裝置中，所述L的取值范圍介入7 993之間。上述接收裝置中，所述η的取值范圍介于I L之間。本實(shí)用新型的原理是:各用戶數(shù)據(jù)信號(hào)使用不同擴(kuò)頻碼字，通過電域編碼器進(jìn)行擴(kuò)頻編碼，各用戶的編碼電信號(hào)復(fù)用在一起，所有編碼信號(hào)調(diào)制在一組具有不同波長(zhǎng)的光信號(hào)上進(jìn)行傳輸。在接收端使用波分復(fù)用器將接收到的光信號(hào)先進(jìn)行波長(zhǎng)解復(fù)用和光電轉(zhuǎn)換，對(duì)各路波長(zhǎng)的電信號(hào)使用相應(yīng)的解碼器結(jié)構(gòu)即可恢復(fù)出目標(biāo)用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)。該方法相比較于傳統(tǒng)的非相干光碼分復(fù)用系統(tǒng)，可更好的消除差拍噪聲和多址干擾帶來(lái)的影響，獲得更好的系統(tǒng)傳輸性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì):1、本實(shí)用新型采用的是OCDMA中的單極性地址碼，而不是傳統(tǒng)無(wú)線CDMA中的雙極性地址碼，所以本系統(tǒng)屬于光碼分復(fù)用系統(tǒng)，并且具有異步隨機(jī)接入和多用戶共享信道的特點(diǎn)。2、本實(shí)用新型利用電域的空間編碼，將傳統(tǒng)的光域SAC在電域?qū)崿F(xiàn)后再調(diào)制在不同的光波長(zhǎng)上，可以避免使用體積大且昂貴的光器件，并且可以消除光信號(hào)間的差拍噪聲，并充分發(fā)揮SAC中平衡檢測(cè)接收方法的優(yōu)勢(shì)，消除系統(tǒng)中的多址干擾。3、本實(shí)用新型中使用可編程邏輯器件作為電域編碼器，不需要體積龐大的光開關(guān)陣列和高成本的射頻器件，即可實(shí)現(xiàn)電域多階幅度鍵控編碼。并且FPGA芯片具有體積小，低功耗，集成性高等特點(diǎn)。4、本實(shí)用新型使用非相干寬帶光源作為系統(tǒng)光源，極大地降低系統(tǒng)發(fā)送端的成本。采用ASE寬帶光源和光纖光柵的組合，提供一組不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，代替了激光器陣列，降低了系統(tǒng)的成本。此外，由于FBG波長(zhǎng)的可調(diào)諧性，可根據(jù)地址碼碼字的變化，動(dòng)態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)中光源的波長(zhǎng)組成從而適應(yīng)系統(tǒng)地址碼的動(dòng)態(tài)變化。

圖1為系統(tǒng)光發(fā)送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為FPGA編碼器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為系統(tǒng)光接收機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種基于電域編解碼的光碼分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，主要由一個(gè)基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置和至少一個(gè)基于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置組成。上述基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置，如圖1所示，主要由具有η個(gè)輸入端和L個(gè)輸出端的可編程邏輯器件編碼器，光源，L個(gè)光調(diào)制器，L個(gè)光環(huán)形器，L個(gè)光纖光柵，以及光耦合器組成?？删幊踢壿嬈骷幋a器的η個(gè)輸入端上各接一路用戶信號(hào)。在本實(shí)用新型中，所述可編程邏輯器件編碼器如圖2所示，主要有η個(gè)乘法器，η個(gè)串并轉(zhuǎn)換器，以及L個(gè)加法器組成。每個(gè)乘法器的2個(gè)輸入端分別接一路用戶信號(hào)和一路擴(kuò)頻碼字。每個(gè)乘法器的輸出端個(gè)與一個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的輸入端相連。每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器均具有L個(gè)輸出端。每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第一路輸出端均連接至第一加法器的輸入端上，每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第二路輸出端均連接至第二加法器的輸入端上，依次類推，每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第L路輸出端均連接至第L加法器的輸入端上。在本實(shí)用新型中所述光源為放大自發(fā)輻射寬帶光源。光源的輸出端與第一光環(huán)形器的輸入端相連，第一光環(huán)形器的透射輸出端與第一光纖光柵的輸入端相連接，第一光纖光柵的輸出端與第二光環(huán)形器的輸入端相連接。第二光環(huán)形器的透射輸出端與第二光纖光柵的輸入端相連接，第二光纖光柵的輸出端與第三光環(huán)形器的輸入端相連接。依次類推，第L光環(huán)形器的透射輸出端與第L光纖光柵的輸入端相連接。L個(gè)光環(huán)形器的發(fā)射輸出端各與一光調(diào)制器的其中一個(gè)輸入端相連，這L個(gè)光調(diào)制器的另一個(gè)輸入端分別連接在可編程邏輯器件編碼器的L個(gè)不同的輸出端上，L個(gè)光調(diào)制器的輸出端共同連接至光耦合器的輸入端。在本實(shí)用新型中，所述擴(kuò)頻碼字為單極性地址碼，且該擴(kuò)頻碼字需同時(shí)滿足以下3個(gè)條件，即碼長(zhǎng)L=q2+q+l，碼重w=q+l，相關(guān)系數(shù)λ為I。上述q為素?cái)?shù)。根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求的不同，所選用的L的值不同，理論上L可以取到無(wú)窮大，但考慮到實(shí)際應(yīng)用，則不可能無(wú)限大。因此在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，q的取值介于2 31之間，即L的取值范圍介于7 993之間。而所述η的取值范圍介于I L之間。上述每個(gè)基于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置均對(duì)應(yīng)一個(gè)目標(biāo)用戶，即每個(gè)接收裝置為一個(gè)目標(biāo)用戶進(jìn)行解碼。系統(tǒng)的接收裝置的數(shù)目根據(jù)目標(biāo)用戶的數(shù)目決定，因此基于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置的個(gè)數(shù)介于I η之間。上述每個(gè)基于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置，如圖3所示，主要由波分復(fù)用器，L個(gè)光電檢測(cè)器，L個(gè)解碼乘法器，擴(kuò)頻碼字運(yùn)算器，解碼加法器和權(quán)重乘法器組成。波分復(fù)用器具有L個(gè)輸出端，波分復(fù)用器每一個(gè)輸出端各經(jīng)過一個(gè)光電檢測(cè)器與一個(gè)解碼乘法器的其中輸入端相連，這L個(gè)解碼乘法器的另一個(gè)輸入端均與擴(kuò)頻碼字運(yùn)算器的輸出端連接，L個(gè)解碼乘法器的輸出端共同連接至解碼加法器的輸入端，解碼加法器的輸出端與權(quán)重乘法器的輸入端相連。上述接收裝置中，所述L的取值范圍介于7 993之間。
權(quán)利要求1.關(guān)于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置，其特征是:主要由具有η個(gè)輸入端和L個(gè)輸出端的可編程邏輯器件編碼器，光源，L個(gè)光調(diào)制器，L個(gè)光環(huán)形器，L個(gè)光纖光柵，以及光耦合器組成；其中 可編程邏輯器件編碼器的η個(gè)輸入端上各接一路用戶信號(hào)； 光源的輸出端與第一光環(huán)形器的輸入端相連，第一光環(huán)形器的透射輸出端與第一光纖光柵的輸入端相連接，第一光纖光柵的輸出端與第二光環(huán)形器的輸入端相連接；第二光環(huán)形器的透射輸出端與第二光纖光柵的輸入端相連接，第二光纖光柵的輸出端與第三光環(huán)形器的輸入端相連接；依次類推，第L光環(huán)形器的透射輸出端與第L光纖光柵的輸入端相連接； L個(gè)光環(huán)形器的發(fā)射輸出端各與一光調(diào)制器的其中一個(gè)輸入端相連，這L個(gè)光調(diào)制器的另一個(gè)輸入端分別連接在可編程邏輯器件編碼器的L個(gè)不同的輸出端上，L個(gè)光調(diào)制器的輸出端共同連接至光耦合器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置，其特征是:所述可編程邏輯器件編碼器主要有η個(gè)乘法器，η個(gè)串并轉(zhuǎn)換器，以及L個(gè)加法器組成；其中 每個(gè)乘法器的2個(gè)輸入端分別接一路用戶信號(hào)和一路擴(kuò)頻碼字；每個(gè)乘法器的輸出端個(gè)與一個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的輸入端相連； 每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器均具有L個(gè)輸出端；每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第一路輸出端均連接至第一加法器的輸入端上，每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第二路輸出端均連接至第二加法器的輸入端上，依次類推，每個(gè)串并轉(zhuǎn)換器的第L路輸出端均連接至第L加法器的輸入端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置，其特征是:所述光源為放大自發(fā)輻射寬帶光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置，其特征是:所述L的取值范圍介于7 993之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送裝置，其特征是:所述η的取值范圍介于I L之間。
6.關(guān)于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置，其特征是:主要由波分復(fù)用器，L個(gè)光電檢測(cè)器，L個(gè)解碼乘法器，擴(kuò)頻碼字運(yùn)算器，解碼加法器和權(quán)重乘法器組成；其中 波分復(fù)用器具有L個(gè)輸出端，波分復(fù)用器每一個(gè)輸出端各經(jīng)過一個(gè)光電檢測(cè)器與一個(gè)解碼乘法器的其中輸入端相連，這L個(gè)解碼乘法器的另一個(gè)輸入端均與擴(kuò)頻碼字運(yùn)算器的輸出端連接，L個(gè)解碼乘法器的輸出端共同連接至解碼加法器的輸入端，解碼加法器的輸出端與權(quán)重乘法器的輸入端相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置，其特征是:所述L的取值范圍介于7 993之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于電域編解碼的光碼分復(fù)用接收裝置，其特征是:所述η的取值范圍介于I L之間。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于電域編解碼的光碼分復(fù)用發(fā)送和接收裝置，各用戶數(shù)據(jù)信號(hào)使用不同擴(kuò)頻碼字，通過電域編碼器進(jìn)行擴(kuò)頻編碼，各用戶的編碼電信號(hào)復(fù)用在一起，所有編碼信號(hào)調(diào)制在一組具有不同波長(zhǎng)的光信號(hào)上進(jìn)行傳輸。在接收端使用波分復(fù)用器將接收到的光信號(hào)先進(jìn)行波長(zhǎng)解復(fù)用和光電轉(zhuǎn)換，對(duì)各路波長(zhǎng)的電信號(hào)使用相應(yīng)的解碼器結(jié)構(gòu)即可恢復(fù)出目標(biāo)用戶的數(shù)據(jù)信號(hào)。該方法相比較于傳統(tǒng)的非相干光碼分復(fù)用系統(tǒng)，可更好的消除差拍噪聲和多址干擾帶來(lái)的影響，獲得更好的系統(tǒng)傳輸性能。
文檔編號(hào)H04J14/00GK202931335SQ20122052894
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者李傳起, 胡金林 申請(qǐng)人:廣西師范大學(xué)