毕业设计（论文）-非相干光CDMA系统的编解码方案研究.doc

非相干光CDMA系统的编解码方案研究非相干光CDMA系统的编解码方案研究摘要光码分多址充分利用了光的频谱资源，适合局域网中突发流量、大流量和高速率环境，动态分配带宽，网络易于扩展。与光时分多址(OTDMA)，波分多址(WDMA)等多址技术相比，光码分多址(OCDMA)技术凭借其高安全保密性，软容量，支持异步接入，并且直接进行光编码和光解码，网络中没有电节点，能真正实现在光层上的传输和交换，利于突破“电子瓶颈”效应，构成超高速率、超大容量的全光系统和网络，吸引了越来越多人的注意和研究，并被认为在未来的光网络，特别是光接入网中具有巨大的发展潜力。是实现未来全光通信网络的重要技术之一。本文介绍了光通信中三种复用方式的应用，对OCDMA技术的优点和其他三种复用方式的特点作了比较和归纳总结。重点对OCDMA系统的编解码方法，编解码器的构造和工作原理，以及接收检测部分作了理论分析。提出了新型的更有效率的编码方案，最后对OCDMA技术进行了展望总结。关键词：光码分多址（OCDMA）；编解码器；素数码；光正交码非相干光CDMA系统的编解码方案研究NON-COHERENTOPTICALCDMASYSTEMCODECRESEARCHABSTRACTCurrentopticalfibernetworkisbotheredbytheelectricalbottle-neckeffect.Opticalcodedivisionmultiplexingtechniquetriestoovercomethisproblembytakinguseofopticalencodinganddecodingtorealizeopticalchannelmultiplexingwithoutswitching.Thistechniquecanincreasethedatatransferencespeedgreatly.Andithasevolvedintomanyvariations,e.g.,OpticalTimeDivisionMultipleAccess(OTDMA),WaveDivisionMultipleAccess(WDMA)andOpticalCodeDivisionMultipleAccess(OCDMA).OCDMAisconsideredasthemostpromisingmethodforitsadvantages,suchashighsecurity,convenientnetworkmanagement,etc.Thispaperfirstcomparesthethreecommonmultiplexingtechniques,whichareOTDMA,WDMAandOCDMA.Thenthepapermainlydescribesthebasictheory,existingproblemsandcurrentapplicationsofmultiplexingtechniques.OCDMAisthefocusofthispaper.Itsworkingmechanismandimplementationmethodarepresentedinthispaper.AndanimprovedversionofOCDMAisproposed.FinallythepaperdiscussedthefutureofOCDMA.Keywords:OCDMA；encoder/decoder；Primecode；Opticalorthogonalcode非相干光CDMA系统的编解码方案研究目录1绪论.11.1光通信发展回顾.11.2光通信中的复用多址方式.21.2.1光时分多址（OTDMA）技术21.2.2波分多址（WDMA）技术.41.2.3光码分多址（OCDMA）技术41.3OCDMA技术发展及研究现状.51.4课题主要研究方法.61.5本文主要研究内容.62OCDMA系统编解码关键技术82.1OCDMA系统模型.82.2地址码设计.82.3单极性码.92.3.1光正交码.102.3.2素数码.112.3.3光正交跳频码.112.4编解码器的实现132.5光源部分162.6检测部分173非相干OCDMA编解码系统.203.1一维相位编解码系统.203.1.1基于相移光栅的编解码系统.203.1.2基于等效相移光栅的编解码系统.213.2二维OCDMA编解码系统224光源和接收部分研究及其实现.244.1宽带脉冲光源244.1.1二维OCDMA编解码系统中的拍频噪声分析24非相干光CDMA系统的编解码方案研究4.1.2太赫兹光非对称解复用器（TOAD）254.2相干超短脉冲光源研究274.2.1主动锁模光纤激光器简介.274.2.2主动锁模光纤环形激光器实现.284.3系统接收部分性能分析及其改进294.3.1多用户干扰（MAI）.294.3.2基于超连续谱的阈值比较.305OCDMA的应用前景和新型方案.325.1OCDMA在计算机网络中的应用.325.2OCDMA/WDM混合网络.335.2.1OCDMA和WDM的混合.335.2.2OCDMA和WDM混合网络实现.345.3OCDMA系统在PON中的应用355.4几种新型的OCDMA编解码方案355.4.1二维码到三维码的变迁.355.4.2基于非对称波导布拉格光栅的编码器.365.5本章小结376总结与展望.39参考文献.40致谢.42附件1开题报告.43附件2译文及原文影印件.48非相干光CDMA系统的编解码方案研究第1页共42页1绪论1.1光通信发展回顾光通信的发展史可以追溯到两千年前古人利用烽火进行通信的年代。然而直到20世纪60年代，随着激光器的出现，以及随后英籍华人高昆博士及霍克姆博士提出的可以利用光导纤维进行通信的思想，现代光通信才真正出现。1970年，康宁公司开发出了第一根可用做远距离传输的光纤，这使得利用光纤进行通信成为了现实。由于光纤通信具有与生俱来的高速、大容量及高可靠性等无与比拟的巨大优点，各国竞相进行研究，并于1977年，美国最先实现了商用，随后各国也开始用光纤替代传统的电缆，人类也开始进入了光纤时代。经过数十年的发展，在无源、有源光器件发展的基础上，光通信系统也得到了巨大发展，主要可分为以下三个重要阶段：(1)基于0.85微米多模光纤的光通信系统(2)基于1.31微米多模光纤/单模光纤的光通信系统(3)基于1.55微米单模光纤的光通信系统色散位移光纤(DSF，G.653)是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模光纤的零色散波长在1.31微米附近，色散位移光纤将零色散波长从1.31微米移到1.55微米，从而有效地解决了1.55微米光通信系统的色散问题。20世纪80年代发明的光纤放大器是光纤通信的一场革命，实现了波长透明、速率透明和调制方式透明的光信号放大，从而推动了采用波分复用技术的新一代光纤系统的商用化。在20世纪90年代的十年间，光纤通信依然快速发展，在充分掌握了光传输技术之后，还实现了光通道的复用和解复用技术，实现了光信号的交换和路由技术等。这样光纤通信技术逐步渗入并扩展到数据链路层和网络层，不但承担了数据传输的功能，还具备了一定的交换能力和路由能力。这些交叉连接、交换和路由等功能的实现为智能光网络(ASON)的发展奠定了基础。智能光网络是由众多国际标准化组织制定的新一代传送网体系架构，在SDH和非相干光CDMA系统的编解码方案研究第2页共42页WDM传送网络基础上，通过引入新的控制平面实现网元的动态配置和保护/恢复功能。智能光网络的兴起和发展推动着光通信技术的功能和结构的深刻变革，不但允许动态控制和分配光网络资源，还引入众多新的智能业务类型，充分调度现有的光网络资源，有效挖掘现有的已铺光缆的应用潜力，使光网络从传统的基础传送网向业务网方向演进。随着数十年光通信技术的实用化进程，国内外对光通信技术的理论研究和实验研究仍在继续。为进一步提高信息传输性能，各国研究机构又陆续提出了光码分多址(OCDMA)概念，并在此基础上进行深入的系统研究和实验论证，并且认为光码分多址系统可以与ASON结合，进一步挖掘光传送系统的容量并提高光网络的性能。光通信技术作为信息通信产业的重要支柱和下一代网络(NGN)的核心支撑技术，在未来还将继续保持持续发展的趋势。而结合OCDMA和WDM，OTDM等先进技术的智能全光网络，将成为未来光网络发展的主要研究目标。1.2光通信中的复用多址技术自20世纪90年代以来，随着数据通信的迅速发展，特别是Internet业务量呈爆炸性增长，数据传输网带宽的需求越来越高，据有关专家预测，每6-9个月，主要SIP的Internet骨干链路的带宽需求就增长一倍，比著名的摩尔定律(约18个月翻一倍)还要快2-3倍，而且没有减缓的迹象。这种传输网信息容量需求的快速增长，带来的直接后果是所谓的“光纤耗尽”的现象，即现有的光纤都用完了。于是出现的一些网络扩容的新技术，如波分复用、频分复用、时分复用、空分复用、副载波复用、光码分复用等，逐步得到了人们的重视。在综合网络建设成本和网络性能因素后，现在认为最具潜力的是光时分复用(OTDM)，波分复用(WDM)和光码分复用(OCDM)等复用技术，而与此相对应的多址技术为光时分多址(OTDMA)，波分多址(WDMA)和光码分多址(OCDMA)等多址技术。1.2.1光时分多址(OTDMA)技术TDMA(时分多址)是将信道与时隙相对应，将信道分成一系列的时隙，这些时隙按指定分配给各用户或者按需动态地分配给各用户，各个发射机定时依次查询并发送数据，依靠全网同步，接收端接收与预期发送者相关时隙的信息，如图1.1所示非相干光CDMA系统的编解码方案研究第3页共42页超短脉冲发生器splitMod1Mod2Modn帧同步时钟合路器接收机误码检测光波时钟产生时钟提取电路信道数据输入延时线阵列EDFADEMUX全光开关OBPF图1.1OTDMA系统1目前在O