二维光正交码ocdma系统编解码器的设计

二维光正交码OCDMA系统编解码器的设计董海峰,杨淑雯深圳大学新技术研究中心,广东深圳518060摘要文章提出了二维光正交码的概念并对其性能进行了分析重点介绍了二维光正交码光纤延迟线编解码器的设计,并且给出了二维光正交码光纤光栅编码原理关键词光码分多址光正交码二维光正交码编解码器中图分类号TN9132文献标识码ATHEDESIGNOFTWODIMENSIONALOPTICALORTHOGONALCODESENCODERANDDECODERINOPTICALCODEDIVISIONMULTIPLEACCESSSYSTEMDONGHAIFENG,YANGSHUWENADVANCEDTECHNOLOGYRESEARCHCENTER,SHENZHENUNIVERSITY,SHENZHEN518060,CHINAABSTRACTTHECONCEPTOFTWO2DIMENSIONALOPTICALORTHOGONALCODEISEXPATIATED,ANDITSPERFORMANCEISANALYSEDTHEPAPERINTRODUCESTHEDESIGNOFTWO2DIMENSIONALOPTICALOR2THOGONALCODEFIBERDELAYLINEENCODERANDDECODEREMPHATICALLY,ANDTHESCHEMEOFTHEEN2CODERBASEDONFIBERGRATINGISPRESENTEDKEYWORDSOCDMAOPTICALORTHOGONALCODESTWO2DIMENSIONALOPTICALORTHOGONALCODESENCODERDECODER在光码分多址OCDMA系统中,每个用户被分配唯一的、且相关特性好的光地址码以便相互标的性能有较大的提高,在相同扩频系数下,码字数会有较大提高目前时域和频域相结合的跳频扩频二维码成为研究的热点研究表明,时域频域二维光正交码的容量远远大于光正交码的容量,码字性能也有很大的改善识和区别,实现共享信道随机通信OCDMA通信系统是未来高速全光局域网的可能解决方案之一1,由于网络的整体性能在很大程度上依赖于系统所采用的光地址码,因此,研究适合OCDMA系统的大容量、相关特性优良的光地址码是OCDMA的关键技术之一扩频码如涉及到时域、频域和空域中的任意两个则称为二维码二维码的每个地址序列的光脉冲不仅在时域上扩展,同时还在空间或波长上扩展,由于增加了一个自由度空间或波长,二维码OCDMA系统的性能比一维码OCDMA系统光正交码1光正交码OOC,OPTICALORTHOGONALCODE是OCDMA系统中比较成熟的地址码之一,文献2中提出了OOC的概念,并分析了它的性能OOC因其良好的相关特性,深受国际学术届的重视,目前,收稿日期2002205217基金项目国家自然科学基金重点资助项目60132040国家自然科学基金资助项目69982006光通信研究2002年第6期总第114期很多人对OOC的构造及其性能进行了讨论一个N,A,C光正交码C就是一组长度为N,码重即码字中1的数目为的“0”、“1”序列所组成的集合,其中,A为自相关限,C为互相关限,并M1N1XI,JXI,JI0J0M1N1XI,JXI,JA0I0J0M1N1且每个码字X0,X1,XN1的循环还是一个码字,XI,JYI,JCI0J0为了获得较好的性能,一般取A0,C1A0意味着码字中的每个脉冲分配不同的波长,即码字而它的循环自相关函数和任意一个相异码字Y0,YN1之间的循环互相关函数分别满足2Y1,N1A01N矩阵中的每行只有一个“1”,1意味着任意两个CXIRXI1不同的码字只有一个波长相同二维光正交码MN,这里I0N1XIRYICAC0N13I0这里的“”是模N加在一个N,A,C光正交码C中,码字的个数|C|称为此码的容量如果光正交码CN,这里AC的容量满足JOHNSON限,即的容量上限为5MN,MMN1MN2MN12二维光正交码MN,A,C的容量上限为35N,N1N2N15MN,AC则称C为最佳OOCOOC码的容量很小,其容量随着码长的增大而增大,但随着码重的增大而减小,因此为了增大容量不得不极大地增大码长和减小码重,增大码长导致了有效数据的传输速率下降,减小码重导致了自相关峰值下降,这些都导致系统性能的下降MMN1MN2MNCA12C假定一维OCDMA系统使用T个N,1,1光正交码,TN1,则其互相关均值是422N1其互相关方差为21202二维OOC的描述、构造及性能分析利用业已成熟的OOC,构造时域频域相结合的二维光正交码,它是用不同的波长频率填充光正交扩频码0,1序列中的“1”脉冲二维光正交码可以用MN的矩阵表示,行数M为可用波长数,列数N为光正交码的码长,I,J1表示第J个脉冲用第I个波长发送每个用户分配一个矩阵作为地址码当用户发送信息比特“1”时,根据对应的地址码扩展成长度为N的一帧光信号,当用户发送“0”时,不发送任何信息在接收端,每一行“1”即同一个波长将单独进行互相关,然后进行叠加形成码字互相关一个二维光正交码可用MN,A,C来表示,满足条件3222N22在N个用户同时使用的情况下,它的4N2误码率上界为4N112I2N1IPECI11N2ITH2N2N如果T个N,1,1光正交码用于我们的二维系统,取N个波长,构成二维光正交码OCDMANN,1,1,这时的码字数为NN21N1NN1NN1T1122互相关均值为4互相关方差为2N22N22222221102N22N22N22N222N224N4董海峰等二维光正交码OCDMA系统编解码器的设计在N个用户同时使用的情况下,它的误码率上界为4N12I2N1IPE1CI11N22ITH2N2N通过比较,二维码系统明显的具有以下3个优点1码字数成倍增加2在相同扩频系数和相同用户数下,误码率低,即在相同误码率和扩频系数下,同时用户数增加3安全、保密性大大增强,接收端要正确解码,不仅要知道各个光脉冲在时域上的位置,而且要知道对应光脉冲的不同波长图1时频域二维光正交码光延迟线编解码定考虑单模系统有5光纤的归一化传播常数V为VK0RARN1R2式中,K02光纤芯直径为2AMN1为光纤的折射率0003为弱导条件下的折射率差导波的径向归一化相位常数UV为二维OCC光纤延迟线编解码器31978年,MAROME等人提出的在光处理中采用光纤延迟线,被认为是大部分OCDMA实现和应用的基础,光纤延迟线编解码器的研究一度成为热点图1为二维光正交码光纤延迟线编解码原理图它是把在时域内码字处于不同延时位置上的光脉冲调制在不同的波长上光纤延迟线编码器是由并行的几束不同长度的光纤和两个1星形耦合器构成的,作用是将输入的一个短光脉冲分成几份,进行不同的延时,在输出端得到由这些不同延迟的短光脉冲合成的脉冲序列当系统采用开关键控时,在“0”的期间不发光,在信息为“1”的期间发出一个足够短的光脉冲,假设光正交码217,4,1这里码长为217,码重为4,自相关限和互相关限均为1中的一个码字为0,6,43,65,当用户信息的“1”出现时,编码器将输入的单位短光脉冲一分为四,分别延时0、6、43和65个单位时间,然后利用可调谐激光器用不同的波长调制延时脉冲,从而得到用户的标志序列,与所设计的光正交码相对应在接收端,解码器首先进行滤波处理,滤出相应的波长进行波长互相关,再进行延迟,与解码器包含的标志序列作相关运算,进行相关识别,直接探测,通过阈值判断,从而在混有众多用户信号的接收信号中识别并拣出某用户的数据,实现光正交码的产生和解码12RVUVV4144112UV2传播常数为K20RN1A光纤中的传输群速度为12RRCDJJ1,2,3,4GJ2JDJ假定系统的传输速率为RB,选用的地址码长为L,则CHIP宽度为1LRB光延迟线长度为LENJIJRRGJ式中,IJ为第J个CHIP在地址码字中所对应的位置解码时光纤延迟线长度为LENJL1IJRRGJ光纤光栅编码器4图2是利用光纤光栅的时频域二维光正交码光延迟线的长度由OCDMA系统的传输速率、图2时频域二维光正交码光纤光栅编解码原理系统选用的地址码的码长及具体的地址码共同决33光通信研究2002年第6期总第114期编码原理图,用不同的波长调制不同延时的光脉冲光栅的中心反射波长可由压电陶瓷致动器PZT调节光栅周期而改变,实现波长编码,而光栅的位置起到了光纤延迟线的功能,即实现时域的编码6的插损小,结构精细小巧光纤光栅一般是通过紫外光照射感光光纤而制作,受限于光纤光栅的制造技术,每一个码的码重由一根光纤上可光刻的光栅数决定,一般刻的个数非常有限二维光正交码OCD2MA系统无论是在确定误码率条件和同时传输用户数方面,还是在系统总用户数方面,都明显优于一维结论5码OCDMA系统用现有成熟的技术实现二维码光纤延迟线编解码器制作简单,但是受温度影响很大,集成度和灵活度也很低光纤光栅编解码器OCDMA系统,是OCDMA系统实现大容量的有效途径之一参考文献1SALEHIJACODEDIVISIONMULTIPLE2ACCESSTECHNIQUESINOPTICALFIBERNETWORKS,PARTIFUNDAMENTALPRINCIPLESJIEEETRANSCOMMUN,1989,3788242833FANRKCHUNG,SALEHIJA,WEIVKOPTICALORTHOGONALCODESDESIGN,ANALYSISANDAPPLICATION2JIEEETRANSCOMMUN,1989,3535952604GUO2CHANGYANG,KWONGWINGCPERFORMANCECOMPARISONOFMULTIWAVELENGTHCDMAANDWDMACDMAFORFIBER2OPTICNETWORKSJIEEETRANSCOMMUN,1997,45111426214333吉建华,范戈二维光纤码分多址通信系统J光纤与电缆及其应用技术,2001,3330233456周浩强光纤延迟线光正交码编解码器的研究D深圳深圳大学,2000邵钟浩,马骏,张国强光码分多址接入技术中单、多维编解码器的实现J11光通信研究,2001672上接第26页参考文献1CHRAPPLYVYARLIMITATIONONLIGHTWAVECOMMUNICATIONSIMPOSEDBYOPTICALFIBERNONLINEARITIESJJLIGHTWAVETECH,19908154821557234AGRAWALGPNONLINEARFIBEROPTICSMBOSTONACADEMICSPRESS,1995CHRAPLYVYARFIBERNONLINEARITIESAOFC93CWASHINGTONDCOSA,1993MARCUSED,CHRAPLYVYAR,TKACHRWDEP