（电磁场与微波技术专业论文）混合光码分多址系统与网络.pdf

摘要 光码分多址( o c d m a ) 技术是未来高速全光邋信网络的备选方案之一，它的突 国特点藏是绘鬻户势- 酲特定静缝琏蕊觚焉使多爰户焚享同一蓓逶。蠢嚣正处予发震懿 初期阶段。在未来网络的金光化中，o c d m a 技术将扮演重要的角色。本论文着重研 究光码分多皱系统中编解秘技术、混合d s f h 编解码系统、密爨碣分多址逶憾系绞等 关键技术。 论文首先回顾和总结了光码分多蚍系统的发展j 口现状，分析了光码分多址技术面 l 缝载运题。豢迎党码分多疆( o c d m a ) 拔零是一爨极其发震潜力扩容技术，冠荚毽复禹 方式相结合的混合全光网络和采用光纤光栅编解码器是光码分多址技术的最海希望的 发展方向。 编鬃强羧零是o c d m a 瓣关篷按术，最遥毙纾光撵( 秘g ) 缓簿璃技术懿发爨裰 大地促进了猩o c d m a 技术的发展。利用光纤光栅的空间特性可实现延时；利用光纤 光搬的楣移特性，可以实现双极性光棚位o c d m a 编解码；利用光纤光栅的波长选择 往可缓实现澎波长编解码；可调谐光纤淹橱提离了o c d m a 系绕的灵活注，燹活酶可 调谐的光纤光栅编解码系统是o c d m a 系统最具察用化的主要发展方向。 基于d s ( 妻接扩频) 、f h ( 蹉频 缡解码技拳，针对迸一步扩客霞要增擞鹳长与 编解码器实现困难的矛_ l 鹭，经过系统的论证，创新媳提出了光混合d s f h 编解码的概 念。在混合d s f h 编解码系统中，系统能够在时域和频域进行编码，在提供相同数目 鹳字戆蘸掇下，奁混合系统孛绽玛投大遮藏枣了璐长，簌蠢溪大了羁冀躲净筑薅阁宽 度，有利于减小光纤信邋对系统的负荫影响。基于光正交码( 0 0 c ) 理论，对d s f h 系统的性能进行了分析。结果表明，采用该系统的性能要优于棚应的d s 、f h 系统。 基予溉合d s f h 缡瓣码器，薪撬滋了一萃孛密繁光码分多簸系统( d o c d m a ) ，蒡 对其进行了探索研究。从地址码的构造理论和系统的编解确器特点出发，分析了 o c d m a 系统扩容的隈制因素。针对辈绝系统扩蜜嚣寸可用的性熊良好的码字少翻增加 码长引发的编解码器复杂等问题，在充分考虑了耀合系统编解粥时分步编礤、分步解 鹤的特点聪，刹用混合系统分步编解粥的特点，可以采用码字爨复利用的方式来实现 密集码分遴倍。分析表明混合编解码( d s f 珏) 系统适于密集邋信，可有效缝解决单 纯直扩和跳频系统存在的问题；有效地解决了可用的性能好的光地址码码字的限制问 题，也缓籍了增鸯嚣码长对壤解码器兹聪力。这对予蜜骥密集o c d m a 通售其囊重要的 参考意义。 关键词：光码分多址光编解码技术混合d s f h 系统密集码分多士止系统 a b s t r a c t o p t i c a lc o d e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ( o c d m a ) i so n eo ft h ep o s s i b l er e s o l u t i o n sf o r f u t u r ea l lo p t i c a lc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s 。t h en o t e dc h a r a c t e r i s t i c sl i ei nt h a te a c hu s e ri s a s s i g n e dau n i q u es i g n a t u r ec o d et om a k ea l lu s e r ss h a r et h es a m ec h a n n e l a tp r e s e m ，i ti s s t i l la tt h ef i r s ts t a g eo fd e v e l o p m e n t i tw i l lp l a ya l li m p o r t a n tr o l e i nt h ep r o c e s so f r e l e a s i n ga l lo p t i c a ln e t w o r k s t h i st h e s i si sf o c u s e do ns o m ek e yt e c h n o l o g i e si no c d m a s y s t e m ，i n c l u d i n g t h e o p t i c a le n c o d i n g d e c o d i n gt e c h n o l o g i e s ，h y b r i d d s f h e n c o d i n g d e c o d i n gs y s t e m s ，d e n s eo p t i c a lc d m ac o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，a n ds oo n t h eh i s t o r yo fo c d m at e c h n o l o g yi sr e v i e w e da n dt h ep r o b l e m si no c d m as y s t e m a r ea n a l y z e d i tt e l l su st h a tt h eo p t i c a lc d m at e c h n o l o g yi so n eo ft h et e c h n o l o g i e st o i n c r e a s ec o m m u n i c a t i o nc a p a c i t y 旗爨ab i gp o t e n t i a l 。c o m b i n i n gw i t ho t h e rm u l t i p l e x i n g t e c h n o l o g i e st od e s i g nt h eh y b r i dc o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n du s i n gf i b e rg r a t i n g sa st h e e n e o d e r d e c o d e ra r et h em o s tp r o m i s i n gt r e n d si no c d m ad e v e l o p m e n t t h ee n c o d i n g d e c o d i n gt e c h n o l o g yi st h ek e yi s s u eo fo p t i c a lc d m as y s t e m 。i n r e c e n ty e a r s ，t h ed e v e l o p m e n to ff i b e rb r a g gg r a t i n g ( f b g ) t e c h n o l o g i e sh a v ep r o m o t e dt h e e n c o d i n g d e c o d i n gp r o c e s si no c d m as y s t e md r a m a t i c a l l y i tc a r lr e a l i z et h et i m ed e l a y u t i l i z i n gt h es p a t i a lf e a t u r e so ff b g ，c a l lr e a l i z eb i p o l a rp h a s ee n c o d i n g d e c o d i n gp r o c e s s e m p l o y i n gt h ep h a s es h i f tt e c h n o l o g y , a n dc a nr e a l i z ew a v e l e n g t he n c o d i n g d e c o d i n g p r o c e s sb a s e do nt h ei n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h ew a v e l e n g t hc o r r e s p o n d i n gt ot h ef b g t h et u n a b l ef b gm a k e st h eo c d m as y s t e mf l e x i b l e ，a n dt h ef l e x i b l yt u n a b l e e n c o d i n g d e c o d i n go p t i c a lc d m as y s t e me m p l o y i n gf b gt e c h n i q u e si st h em o s t p r a c t i c a l l yd e v e l o p i n gt r e n d b a s e do nt h ed s ( d i r e c t - s e q u e n c 醇a n df hf f r e q u e n c y - h o p p i n g ) t e c h n i q u e s ，w em a k e an e wc o n c e p tt h a th y b r i dd s f he n c o d i n g d e c o d i n gp r o c e s si si n t r o d u c e dt os o l v et h e c o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h en e e df o ri n c r e a s i n gt h ec o d el e n g t ht oe x t e n dt h ec o m m u n i c a t i o n c a p a c i t ya n dt h ed i f f i c u l t i e sf o rt h ee n c o d e r d e c o d e rt or e a l i z e a sf o rd s f hs y s t e m ，t h e e n c o d i n g d e c o d i n gp r o c e s st a k e sp l a c ei nb o t ht h et i m ea n df r e q u e n c yd o m a i n o nt h e c o n d i t i o nt h a tt h en u m b e ro ft h ec o d ei se q u a l ，t h ec o d el e n g t hi nt h eh y b r i dd s f hs y s t e m i sd e c r e a s e dd r a m a t i c a l 璇a sar e s u l t ；t h ec h i pd u r a t i o ni si n c r e a s e d ，a n dt h e nt h ea d v e r s e i m p a c t0 nt h ef i b e rc h a n n e li sm i t i g a t e d b a s e do nt h eo o c ( o p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e ) t h e o r y , t h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i sf o rd s f hs y s t e mi sc a r r i e do u t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e h y b r i ds y s t e mp e r f o r m sw e l lr e l a t i v e l ： b a s e do nt h eh y b r i dd s f he n c o d e r d e c o d e r , an o v e ld e n s eo p t i c a lc d m a 国o c d m a ) s y s t e mi sp r o p o s e d 。f u r t h e rr e s e a r c hw o r k s0 1 1t h es y s t e ma r ec a “i e do u ta l s o ， i n c l u d i n gt h ef a c t o r sw h i c hl i m i tt h ec a p a c i t yo fo c d m as y s t e m t h ei s s u et h a tt h eg o o d c o d e sa r el e s sf o rt h ep u r es y s t e m ，a n dt h ep r o b l e mt h a tt h ec o d el e n g t hi n c r e a s i n gm a k e s t h ep u r es y s t e me n c o d e f f d e c o d e rm o r ec o m p l i c a t e d ，a n ds oo n 。b a s e do nt h es t e p - b y - s t e p e n c o d i n g d e c o d i n gp r o c e s s ，t h ed e n s eo p t i c a lc o m m u n i c a t i o nc a nb er e a l i z e dt h r o u g h r e u s i n gt h eg o o dc o d e 。t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eh y u n dd s f hs y s t e mi ss u i t a b l ef o rt h e d e n s eo p t i c a lc d m ac o m m u n i c a t i o n ，s o l v et h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h ep u r ed so rf h s y s t e m ，r e l a xt h el i m i to ft h eg o o dc o d ew h i c hi sl a c k ，a n dl o w e rt h er e q u i r e m e n to nt h e e n c o d e f f d e c o d e ri n t r o d u c e db yi n c r e a s i n gt h ec e d el e n g t he f f e c t i v e l y , i ti si m p o r t a n tf o r r e a l i z i n gt h ed e n s ec o m m u n i c a t i o n k e yw o r d s ：0 c d m a ；o p t i c a le n c o d i n g d e c o d i n gt e c h n o l o g y ；h y b r i dd s f hs y s t e m ； d e n s eo c 转鹾as y s t e m ， j 匕苟c 蝴；电大掌博士沱。文 缩写词索3 缩写词索引 a s e ( a m p l i f i e ds p o n t a n e o u se m i s s i o n ) a w g ( a r r a yw a v e g u i d eg r a 幽g ) a b b e r ( b i te r r o rr a t e ) c c c ( c o n g r u e n c ec o d e ) c c c ( c u b i cc o n g r u e n c ec o d e ) c d m a ( c o d ed i v i s i o n m u l t i p l e a c c e s s ) d o c d m a ( d e n s eo p t i c a lc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 戴 e d f a ( e r b i u m - d o p e df i b e r a m p l i f i e r ) e p c ( e x t e n d e dp r i m ec o d e ) e q c c ( e x t e n d e dq u a d r a t i cc o n g r u e n c ec o d e ) e w o ( e q u a lw e i g h tc o d e ) f b g ( f i b e rb r a g gg r a t i n g ) f w m ( f o u rw a v em i x i n g ) h f c ( h y b r i df i b e rc o a x ) l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ) l e d ( l i g h t e m i t t i n g d i o d e ) m a i ( m u l t i p l ea c c e s si n t e r f e r e n c e ) m p c ( m o d i f i e dp r i m ec o d e ) m z i ( m a c h - z e n d e ri n t e r f e r o m e t e r ) f h l m o o a n ( o p t i c a la c c e s sn e t w o r k ) o c d m a ( o p t i c a lc o d ed i v i s i o nm u l 却l e a c c e s s ) o o c ( o p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e ) 。8 8 一 放大自发辐射 阵列波导光栅 比特差错率，谩码警 同余码 立方阐余鹈 码分多址 密集光码分多丘 掺锈党纤放大器 扩展素数码 扩展平方同余码 全等鹞 光纤布拉格光栅 四波混频 混合光纤同轴电缆 局域阚 发光二极管 多j = | j 户十扰 改进素数码 骂赫一增德干涉仪 光接入网络 光码分多址 光正交稀 北京邮电大蝣博士论文 嫡写词索引 q p c ( q u a s i - p r i m e c o d e ) o t d m ( o p t i c a lt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x ) p c ( p r i m ec o d e ) p p m ( p l 王l s ep o s i t i o nm o d u l a t i o n ) q c c ( q u a d r a t i cc o n g r u e n c ec o d e ) s p 蕊( s e l f p h a s e m o d u l a t i o n ) s s f b g ( s u p e rs t r u c t u r ef i b e rb r a g gg r a t i n g ) t d m a ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e xa c c e s s ) w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x ) x p 醚( c r o s sp h a s em o d u l a t i o n ) p q s t w x 准素数码 竞露分复建 素数码 熬淳霞撼缡码 平方同余码 鸯稳德谪 | i l 超结构光纤光栅 时分复耀接入 波分复用 交叉稳馥满簇 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 生竺! 昱： 日期： 迎生誊孥掉 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围， 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：幻，d 驴塑i 舟一 同期：型卑盟 北京邮电大墩博士论文 第一章绪论 1 it 引言 第一章绪论 二卡毽鳃邋售按本熬飞速发震爱人类享主会送入了缤惠对 弋。熬个整癸透过光纾于线 网路连成了一个整体，地球的空间感已经越来越小，“地球村”就是通信技术发展的壤好 体现。社会的信息化使得人们对信息慧的需求不断增长，各种备样的新型宽带信息业务 大量漂瑰，始褫菝熹撵、横频龟透、瓷清豢度蚕豫佼输交褪频逡程会谈等多攥俸售愚骚 务，需要人们更好的充分利用现有光纤通信系统的融大传输容熬。 为了进步提高光纤中庞太的潜在带宽资趱艇租甩率，满足不断增长的电信和 魏t e m e t 鼗务瓣需求，备耱各撵翡走复粥技术搜弓l 入爨光逶蕊中，鲡渡分复嗣f w d m 、额 分复用( f d m ) 、时分复用( o t d m ) 、码分复用( o c d i v l ) 等。其中，随着掺铒光纤放大器 ( e d f a ) 的广泛应用，以及大范围可调谐光源等技术的成熟，w d m 技术成功地从实验 室走自了裔耀纯，己鼗广泛应焉予擞赛各国酶予线传输帮城域鼹扩容，翻垒籍美国静 m o n e t 、n t o n c 计划和欧洲的r a c e 、a c t s 计划等。w d m 技术中，每个信道采用 不同的光波长在同一根光纤中同时传输。不同的倍邋可以根据需要传输不同的速率和数 据格式。通_ i 篷不断减，j 、波妖简隔帮扩震e d f a 静平濑带宽鞋及聚掰酗t l z l a d 放大器等技术， 朗讯( l u c e n t ) 所属的贝尔实验室已经研发出1 0 2 2 信道的d w d m l l l 。而单波长光通道上 的传输速率瞧从2 。5 g b s 鞠1 0 g b s 摄激至4 0 g b t s 。实验室中超麓速大容量，怒长距离传 输系统戬及笈用波长数的记录己经达戮 2 】( 2 7 3 x 4 0 g b i t l s ) 。 然而w d m 技术实现扩容也是受限的，可用波长数直接受到可用的传输倍道窗口大 小、e d f a 蠢艰蒂宽帮最小信道弱隔懿羧铡。琏着波长数静增麴，波长闻隔变窄，光纤中 的菲线性影响【3 l 会变大。最小信道间隔盛接受到光源芹拜传输媒质的非线性效应的限制，要 进一步减小最小信道间隔会对光源和其它光器件提出更高的要封芝，这会大大增加系统的 鼓拳成本。 光时分簸用( o t d m ) 技术在某种程度上避免了w d m 系统存在的一些限制( 如四 北京邮电大学博士论文 第一章绪论 波混频和拉曼散射等) 。它通过将调制后的光信号在时间上多路复用来实现扩容。其关键 技术包括高重复率超短光脉冲源、超短光脉冲传输技术、时钟恢复技术、时分复用信号 处理和色散管理传输技术等。但这种技术要求严格的色散管理和时钟同步，且应用于 o t d m 的光器件价格一般较高，系统也相对复杂，这些因素在某种程度上限制了o t d m 技术的发展，但其组网灵活、单波长传输可以克服w d m 系统中存在的非线性影响等， 使得o t d m 仍成为光纤通信系统研究的热点，是未来高速、大容量光纤通信系统的方案 之一。目前，o t d m 实验系统的传输速率可达1 2 8 t b s 1 4 1 ，单路速率也达到了1 6 0 g b s 5 1 。 为了进一步扩大系统容量，在八十年代基于电码分复用技术原理，结合光纤的巨大 带宽和光信息处理技术，产生了光码分复用技术，并成为一个研究热点。在这种技术中， 每个用户被预先分配一个特定的地址码来实现复用，多用户可共享同一信道，在时间和 频率上重叠，本质上是利用地址码在光域内的正交性来实现彼此的区分。目前，随着光 纤光栅技术的发展，o c d m a 技术无论在学术上还是在实用化进程上都进展顺利，理论 研究成果与实验系统报道屡见不鲜。概括说来，o c d m a 技术具有如下优势： 1 、可采用全光处理以实现光信号的直接复用与交换，避免了“电子瓶颈”的限制。 2 、能动态分配带宽，网络拓扑容易( 如o c d m w d m ) ，接入灵活，网管简单，适 于实时、高突发、高速率和高保密性的通信业务。 3 、在同等条件下网络可以支持更多的用户。通过给用户分配地址码实现点到点、点 到多点的通信，并且一个节点的故障不会影响网路中的其它节点，用户可以随即接入， 时延也很小。 4 、具有很高的保密性、安全性。采用c d m a 技术通信，每个用户具有不同的地址 码，只有地址码相匹配的用户才能正确解码，这就有加密的性质，入侵者在没有获得编 码方案和相应码组序列的条件下，得到的只是伪随机光信号，破解各路信号的概率低。 5 、用户数目属于“软限制”。系统能否再接入更多的用户主要取决于当前服务用户 的通信质量。如果当前服务用户的通信质量良好，就可以接入更多的用户。其最终判决 标准应是接入新的用户后，整个网络的通信质量应保持在可接受的范围内。 6 、光信号处理简单。可以利用光信号的各种参数特性给各个用户附加地址码信息， 编解码实现方式多种多样，解码时不象光时分复用( o t d m ) 那样要求严格的时钟同步。从 而大大降低了收发设备的成本。 d 匕京自5 电太麟博士论文 ，带一# 绪论 目前，o c d m a 技术依然处于研究的初期阶段，存在许多阉题需要解决，其关键技 米斡发展将决定其在未来黼路中的魏佼。 w d m 、o t d m 和o c d m a 技术题三种不同复用方式，对信道带宽的利用可用图1 1 浓壹观表示。w d m 采用频谱分割豹方式；o t d m 采用时间分割的形式，用户在时间上 顺序发送壤譬并同时占裔麓个带宽；聪o c d m a 翼l 莱用特定酶圭| 羹缝弱谈剐煎方式来实现 信号的复用。三种技术方案都可以实现高速、大容激光纤通信，且各有各的忧缺点。在 建设下一代众党阏上，三秘技术并不襁置接斥，近譬来这三种技拳互补共同构筑大容量 豁光纤通信系统已经成为一种趋势。混合w d m o t d m “、w d m 0 c d m a p 】的系统均已 实现超过1 r b s 的传输容檄。 卞浚长t 漩筏l 璇鬣 黾嗵i 2 3 恿 编蹲 啦 o t d r ( c ) o c d 鹭l lw d m 、o t d m 帮o c d m 黠傣邀带宽的不两分裁方式 1 ，20 c d m a 技术原理 由于光领域自身的特点，相比于电域c d m a 技术，o c d m a 技术在实现方式上采用 了穰多毅熬瑾论，光学蘩号豹处理技拳也县寿自务鹣特点，与媳玛分复蠲技术籀魄，已 有很大的不黼，很多电的领域发展成熟的技术不熊成用至光领域。例如，现肖的光通信 系统一般都采用强度调制和功率检测，电领域的g o l d 序列，i t i 序列等，虽然在( + 1 ， - - i ) 装痰爨骞夷荮蕊蠡鞠关、互稳荚跨经，毽在( e ，1 ) 域两并不韪保持这一特点，所 以就不能通用。但在基本思想上，0 c d m a 技术巅楚与电码分复用技术基本致，都是 采用特有的地址码来标记用户的身份，各用户的地址码不同且互相正交( 或准证交) 。 北京邮电大学博士论文 第一章绪论 1 2 1 0 g d m a 系统基本原理 1 、0 g d n a 系统基本结构 图1 - 20 c d m a 通信系统框图 o c d m a 系统框图如图1 2 所示。在发送端，要传输的数据信号首先经过讽制转换成 相应的光域上的“0 、1 ”码，然后经过光编码器编码处理，标记上这个用户的地址信息 后发送到光纤信道传输，成为伪随机信号。多用户的编码信号( 伪随机信号) 通过光纤 网络传输到接收端后，通过解码器进行解码( 它是编码的逆过程) 处理，恢复出期望的 光域上的“0 、1 ”码，再经光电检测，得到电域上的数据信号。其网络可以是各种拓朴 结构，图中采用了目前研究比较多的星型结构。在发送端和接收端，光编解码器的加入 是o c d m a 技术中的关键。地址码的附加过程是在光域上进行的，这一点适应了未来的 全光网络。 2 、用户区分一地址码 结合光通信自身的特点，o c d m a 系统采用了各种各样的伪随机地址码序列来实现 用户i 司的区分。尽管各种地址码的构造理论各不相同，但都要求伪随机地址码序列必须 满足以下几点： ，沌小+ 仁骸，巍一。 m z ， z 、阢i = 隆f - i 卜o _ l f - 1 ( 1 2 ) 北京邮电大学博士论文第一章绪论 其中，x 和y 为码序列中的任意两个码字；f 为碱长；下标n 和f 则表示时间位移；w ， 屯，磊是鬻数。w 表示螽辩关峰篷，般等予臻羹瓣大小；磊表示蠢程关旁瓣毽；墨表 示互相关峰值。自相关旁辩值和互相关峰值由于采用的码序列不同而不同。一般说柬，”7 越丈越好，丸，是越小越好。 到目前为止，专家举辔们研究较彰的适用于光域的地址码序猁主要有：光正交码f 8 1 ( o o c ，o p t i c a lo r t h o g o n a lc o d e ) 、素数码【9 】1 0 1 、准素数码1 ( q p c ，q u a s i - - p r i m ec o d e ) 、 2 n 素数码【豫1 、改遗素数璐 1 3 l 、全等鼹f 瑚( e w o ，e q u a lw e i g h tc o d e ) 、平方瓣余搿1 5 5 q q c c ，q u a d r a t i cc o n g r u e n c ec o d e ) 、扩展平方同氽码【1 7 l1 8 1 ( e q c c ，e x t e n d e dq u a d r a t i c c o n g r u e n c ec o d e ) 等。若用参数来描述，它们可以波示为：( f ，w ，a 。，丸) 。f 为码长： w 为码重，静“1 ”( 毙僚弩归一亿) 静令数；磊秘曩分爨为自桶关旁瓣僮耪甄稿关僵。 自相关和互相关函数的寇义见方程( 1 - 1 ) 、( 1 - 2 ) 。躺丑。= 屯= a 时，( f ，w ，五。，疋) 麓记尧( 只w ，五) 。渡上瓣璃亭蜀帮楚单极性逡缓鹞，逶台予瑷骞熬宠遥镶磺终，篦较 接近于实用化，但也都存在这样那样的缺点，不能令人满意。总体来说，地址码理论正 处于发展阶段。 由于不鹬静逮蛙羁奁o c d m a 系统中缟解码特，貔不罨稷司，下嚣汉懿竞援交蕊为鲷 来说明o c d m a 系统的编解码特性。一般情况下可以用码元“l ”在伪随机序列中出现的 位置来表示鹅组。对于最优化的光正交码组，自相关旁瓣值和互相关峰值均阿达到最小 值，邵童。气= l 。镶魏光正交码( 3 2 ，4 ，1 ) 的确字，如果翼褥在第1 、1 0 、1 3 、2 8 个 码元位置为“l ”，则可以表示为( 1 ，1 0 ，1 3 ，2 8 ) 。 黼早_ 孕目，等p 营 早o b _ 警越 卜一一 圈1 - ：3两个用户经o o c 编码后的1 比特图卜4 用户i 连续发送“1 ，0 ，1 ”三个比特 考虑系绞孛毒嚣个蠲户，每令愿声缘采趸码长尽：3 2 、码耋w = 4 戆o o c 缡玛方式， 用户l ( 麓凝接收用户) 滗续发送“1 ，0 ，l ”三个眈特，用户2 连续发送“0 ，1 ，l ”三 j e 京邮电大端博士论文 第一帮绪论 个比特，图1 - 3 是码长f = 3 2 ，码重w = 4 的两个不溺耀户被编码飚的1比特。图1 - 4 楚露户l 连续发送“l ，0 ，1 ”三个魄将示意图b 9 i 。惩户l 兹虢璐麓( 1 ， 0 ，1 3 ，2 8 ) ， 用户2 的编码为( 1 ，5 ，1 2 ，3 1 ) 。 ( 1 ) 系统阉步 在系统同步情况下，用户l 接收灞阈值判决道稷如图1 5 所示： 用户1 解码器结构决定的光信号 秘荧亩萋4 阙值判决1 鹫t - 5系统鬻疹避，蠲产l 搂浚端解西过程 上图中，用户1 解硝器输入端光信号为两个用户光信号在时间上的叠加倍号，匹配 髌码器的结构由用户l 豹地址码序列决定，簿码嚣对输入光信号避李亍相关运算，其输出 光信号为糨荧运算的叠赧结果。从图中看出，由予鞠户2 的干扰存在，用户1 发送“l ” 比特时，解码器输出相关值大于等于4 ，而用户l 发送0 比特时，解码器输出相关值 不为0 ， i ；怒弱户l 和用户2 豹互楣关旁瓣值为1 ，这个篷称为多髑户于扰。旋没青噪声 的前提下，将剐决阈值设为码重值4 ，将出用户2 引起的多用户予扰消除，恢复糟户1 的 初始发送信息“1 ，0 ，1 ”序列。 ( 2 ) 系绞爨步 在系统舜步的情况下，用户1 接收端的阂值判决过程与上述过程类似，如网1 - 6 所示。 圈中所示为豢统异步时用户闻码片对凇的情况。由于是异步系统，用户之间不荐t e 特同 步( 经蕊片闷多) ，钛圈中容荔看出，系统丽撵存在精户2 对焉户l 豁予抗，这荦辛多焉户 d e 京邮电大辫博士论文 第一常绪论 予扰可以通道设置适当的溺俊判决门限来消除。 脚麟茸虬山。上川平吡山山。且叫 虬山眦。山川山吣山山儿山。山川皿山。衄山山。 栩关值4 阐德判决10 圈1 - 6系统异步( 码片阔步) 时，用户1 接收端躬码过程 及以上分获可浚著爨，当籁望疆户发送“0 ”魄符游，不论戮步还是异步，蓑统都存 在多用户干扰。这种干扰的大小取决予码片的重叠概率。容易潜出，码重越大、干扰用 户数越多，则码片重叠概率越大。一熙干扰超过闽俊判决门限，就会出现误刿。为了减 ，l 、这耱误戴覆簧增鸯嚣弱长f ，这藏酱糍鹅长配谒耋大静多鞠情穗，导致弱鬟稀蘸，编码效 率降低。 根摄光暇交鹤理论删，光正交码豹疆犬用户数为l 影v ( v 1 ) j ( 符号b j 表示取小于等 于x 的最大熬数) 。僦如码长为2 0 0 ，礴重为5 的光正交码，能够容纳的用户数小于l o 。 研究表明，前面提到的豢数码等码序列能够容纳的最大用户数秣不相同，但都和正交码 样具有码缝舔薅兹弱患，要求玛长鬟晓玛重大熬多，只有这撵习一麓藏是裹熬蠢援关峰 值和低的互稽关峰值并容纳较多的用户。 、以上以光工e 交码为例对o c d m a 技术的基本原理进行了简聚介绍。在实际的系统中， | 羹子走绫瑟鹚器熬结掏不尽褪嚣，采瓣沟傍夔橇蟪壤鹃i | 亨到瞧务零孛蚤襻，在编簇强暴理 上也各不棚同。这使得对0 c d m a 系统原理进行分类说明成为个比较复杂的问题。仿 照电c d m a 的分类可以把o c d m a 系统分成直扩( d s s s ，d i r e c ts e q u e n c e s s p r e a d s p e e t m m ) 、魏频( f h s s ，f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a d s p e c m m a ) 、懿霹( t h s s ，t i m e 北京邮电犬嫩博士论文 冀 一肇绪论 h o p p i n gs p r e a d - s p e c 拄u m ) 帮混合扩谱( h y b r i ds p r e a d - s p e c t r u m ) 等；也可以按照光售号 的稻干性，掰分为棺于翻非相干o c d m a 系统；按黼步方式箍分为丽步和异疹系统；还 可以按照采用的伪随机地址码序列不同而进行分类擗。以上分类方法各有优缺点，所涵 燕豹重点各不媚同。在本文中，考虑到o c d m a 技农的应孀是在必领域进行，必信号的 主要特征参数反映在光掭襁、相位和频率上，所以，以下将从光掇幅编码、光檑位编码 和光频域编粥三个方面来谶一步简要阐述o c d m a 技术的基本原理。 1 2 2 光振幅编码 考虑到光振幅编码没嚣剥月到相位信息，光信号只能在非负壤域( o ，1 ) 肉双值， 这种技术不熊象无线领域豹扩频透信霁样，遗址码霹戳采爱双辍黢褥字( + l ，一i ) 。缝 址码需要选撵前面提到的单极性地址码。光振幅编码可以按照对光信号振幅的不同处理 方式进一步分为时域摄嚼编鹤窝频域攒蠖辕码。 1 、时域振幅编码 1 7 采用光纾延迟线编解璃蓉统方案 时域掇攥编羁技术楚o c d m a 按术中最早研究也是最具代表健豹技术，出于其编码 的直观性一藏作为理论分析出现在众多文献中。图l 。7 是采餍光纾延迟线作为编解码嚣 的单极性时域振幅o c d m a 系统，也w 以采用梯形结构延时，逐可以采用光纤光栅延时 等。数据僖惑数据对于 特簿续对闻愆缮多载光脉冷寒传送。采粥光正交羁俘为地址码， 在发射端一个代表信息“l ”的信号脉冲通过不同的延时被编成一串特定的脉冲序列，正 是这种不同的脉冲延时顺序形成了地士止码信息，实现了用户区分，当数据是“0 ”时，光 源不发光，缡鹞器逛没蠢任嚣输出；纛接收端列逶过完全提反瓣延时矮_ | 葶对躲? 孛滓到遂 行相关处理，不同的延时顺序对应不黼的正交码，腻配的解码过程将时间上的脉冲序列 - 8 j 匕京邮电大掌博士论文 第一章绪论 恢复成初始光脉冲，输入刹判决设备邋行判决。不飘配的解码过程则把收到的脉冲序列 送一步分割藏低量豹毙躲狰噪声。程期望震户爱“l ”的情流下，鲡采簿褥器与编码器 完全匹配，那么输出一个尖锐的自相必峰值，判决器判定为“1 ”；否则输出一系列低功 率的伪随枫噪声信号，判决器判定为“0 ”。这样，所传输的信息e 特就被恢复出来。值 得一提兹是涮决器的闽蕊髓要精心设嚣，它会明显魄影响系统静往能。 以上分析是在理想的情况下进行的，实际的系统可能要复袋得多。在考虑多用户干 扰稠信道噪声的情况下，不可避免地会出现误判现象。为了提蕊系统豹性能，往 ：主会多 些必要的设备，琵如为了抑制多垃干扰而采焉了擞黻幅器f 2 0 - 2 2 t 等。 2 、频域振幅编码 时域振幅编码是采丽强度调制和功率检测，属于非相干系统。优点是霸予实现，不 足之处是多址干扰比较严重，必须要采用特殊的干扰抑制措施才能保证系统正常工作。 采滔豹码字嗽为单摄蛙黪稳于玛，为了溅，j 、多曩声熬干撬，不褥不增大码长。瞧羽于一 个传输数据遽率一定的系统来说，把黼长取得太大，意味着要减小码片的时间宽度，将 凝求非常窄的光脉冲及精确的延迟。凝无疑问，这将在光纤中引起严重的色散和非线性 散应。为了竞g 萎这些嚣戆，可强在频城巍对频逶振攥避行缡羁。荚蒺本思想是後雳f o u r i e r 频谱交换方法，对经过数据调制后的光脉冲频谱谶行分解，然殿邋过振幅掩模板，使光 谱中不同的波长成份产嫩特定的振幅掩模衰减，伪随机地址码体现在振幅掩模板上，掩 模援麓篷摸矮痔零嚣翻代表不嚣兹堍瞧璐。该续璐方式霹激慕嚣光撵、臻翻渡导竞攒 ( a w g ，a r r a yw a v e g u i d eg r a t i n g ) 求实现频谱成分的分离攀”。 1 2 。3 光榈位编码 目前大多数的学术论文和实验都蹙针对非相干系统的，没肖利用到光信号的相位信 怠。是蠼谴缓鹚夔最大绫熹在于可毅遴蓬对竞绩号豹糖篷售悬避行处理寒实疆双强毪缡 码，从而引入无线c d m a 技术中研究的比较成熟的码序列，如m 序列，g o l d 码序列， 避免光振幅编码中可选择的单极性地止码码组稀疏和可承载的用户数少的缺点。基本原 瑾是在光毽譬熬程霞上辫秀鼗镑夔凝建墟玛枣刭寒实璃光装上夔o c d m a 翁麓缮。其实褒 _ 匕京邮电大嫩博- 士论文 ，书一，# 绪论 方式主要煮零片集或光缡解强器、稳经掩模绽解码嚣葶曩光纾光撩稷经编码嚣等。 编码时w 以采用双极性相位编码，信源调制餍的短脉冲首先猩时闯上分成等间隔的 光脉冲码片，每一个小的码片分别通过不同的移相器附加“0 ”域者“7 c ”的相位，再经 过藕窘器藕合恁赣出，毙僖号藏免露蠲上扩矮、不溺玛片携蘩不瓣辐馒信息鹣疆稼冲枣 列，其伪随机地址码序列体现在移相器上，如图1 8 所示。解码器的结构与编码器完全相 同，只是附加相位的顺序相反以便达到匹配状态。谯接收端，需鞭采用相干梭测技术。 图i - 8 相位编码基本原理 总的来说，光相位编鹦以实现双极性编码，弼以弓l 入无线c d m a 技术中研究的比 较成熟静弱黪捌等往患，键由于它是x 尊稿位进行楚避，遣密现了备稀各样静润麟。首先是 对光源的要求比较高。其次，光纤的色散和非线性效j 陂如何影响携带有相位信息豹光信号， 期光域上的c d m a 信号始傅受到传输介质的影响，并且如何去补偿矫正等闯题还没有得 到真正解决。舅辨，褶千系统还需要遴行偏振控截，这些因素都大夫增加了蜜蕊静难度。 l + 2 4 光波长编码 在时域振幅编码技术中，由于需骤的码序列码长很长，编码效率很低。为了解决这 个闯题，专家学者们提出娥频域看作冀辨一“维”，阍时在时域和频域上进行缡码，形成 二维褥，称之为光波长编解码技术。它的特点在予瓣宽带先源酶波长进行选群，不丽的 用户根据预先设计好的伪随机地址码硝采用不同的波长组合，用户间的区分豳地址码的 燕交，陡