專利名稱：非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統，可以利用射頻CDMA系統中的雙極性編碼實現多址接入，可用于城域網、接入網、局域網等系統，屬于光纖通信技術領域。
OCDMA接入系統一般為星型拓撲結構，也可以采用總線型、樹型拓撲結構。系統中的每個用戶的發送機和接收機中分別有一個光編碼器和一個光解碼器，系統為每個用戶分配一個獨有的地址碼。用戶的光編碼器按照其地址碼將信息比特擴頻為編碼序列發送到光纖網絡中，光纖網絡由光纖、耦合器、光分路器等無源器件組成。光纖網絡中的光信號經分路器進入接收用戶的光解碼器，光解碼器基于匹配濾波的原理完成信號解碼，將信息比特數據送給其用戶終端。
自從OCDMA的概念出現以來，提出了各種系統方案，如非相干直接序列(DS)、相干DS、快跳頻(Fast Frequency-Hop，FFH)、頻域編碼(FE)等。大多數方案都是采用單極性編碼，也就是說對光強進行編碼。這樣碼字的相關特性較差，且構造復雜，相對而言需要很長的地址碼，增加了實現的難度。傳統的射頻OCDMA系統都采用雙極性編碼，如m-序列、Walsh碼等，這些碼字構造簡單，相關特性好，如果能將在OCDMA技術中采用這些雙極性碼字，對OCDMA系統的實用化具有重要的價值。目前對雙極性OCDMA的研究都采用相干編碼的方法，但相干光的信號處理和傳輸技術還不是很成熟，系統的實現比較困難。
為實現這樣的目的，本發明采用了基于啁啾的非相干的雙極性OCDMA系統方案，采用全無源、全光纖結構。在這個啁啾編碼OCDMA系統中，光編碼器由一個線性啁啾光纖光柵，光環行器、光纖延遲線網絡和光耦合器構成。數據比特以On/Off鍵控的方式調制超短脈沖激光器，如鎖模激光器、增益開關DFB激光器，電吸收超短脈沖光源或者外調制激光器等。光源輸出的寬帶超短光脈沖(其脈沖寬度遠小于Tc)經光分路器后分成兩路，各自經過由光纖延遲線組成的網絡，光纖延遲線產生不同的延時，每個光纖延遲線對應于碼字中的一個切普，這樣形成兩個超短脈沖的序列，光纖延遲線的相對延遲量為cTc/neff的倍數，具體的延遲量由地址碼決定。這里c為光在真空中的速度，Tc為切普寬度，neff為光纖延遲線中的有效折射率。這兩個序列經光環行器后進入兩個光環行器間的線性啁啾光纖光柵。線性啁啾光纖光柵對不同波長的光脈沖反射時延與波長成線性關系，所以超短脈沖(帶寬較寬)被展寬為一個寬度為Tc的線性啁啾光脈沖，從兩個方向進入光纖光柵的脈沖經歷的啁啾量相等，但符號相反。兩個展寬后的脈沖序列經合路器形成一路雙極性啁啾編碼擴頻信號。在這個啁啾編碼擴頻序列中，各個切普內的脈沖功率是相同的，但是光信號的頻率是隨時間變化的如果地址碼中的一個切普的值為+1，則在這個切普內的光信號頻率是隨時間線性增加的；如果地址碼中的某一個切普的值為-1時，該切普內光信號的頻率是隨時間線性減小的。具體的頻率-時間的斜率(啁啾度)可以根據系統的容量和誤碼率要求、線性啁啾光纖光柵制作工藝決定。
光解碼器和光編碼器結構類似。光解碼器由光分路器、光合路器、光纖延遲線、光環行器、線性啁啾光纖光柵組成。如圖所示，接收機將接收到的信號，包含系統中所有用戶發射的擴頻信號，耦合到光解碼器，解碼器中的光分路器將信號分為兩路，分別進入一個光纖延遲線網絡，該延遲線網絡中的延遲線長度與編碼器中的相互補，也就是解碼器中上(下)面一路的某個光纖延遲線長度與編碼器中下(上)面某一光纖延遲線的長度之和為常數，這樣就形成一個匹配濾波器。在解碼器的上面一路實現部分信號(負啁啾脈沖部分)的相關運算，輸出一個主瓣和一系列旁瓣；同樣的，下面一路也將另一部分(正啁啾脈沖部分)信號的相關運算，亦輸出一個主瓣和一系列旁瓣。這兩個主瓣在時間上是對應的，經過光環行器和線性啁啾光纖光柵的脈沖壓縮，各形成一個功率很大的超短光脈沖，這兩個超短光脈沖經合路器重合在一起，形成一個最強的輸出脈沖。光纖延遲線網絡輸出的旁瓣中一些脈沖的啁啾度與啁啾光纖光柵的啁啾度相反，脈沖得到壓縮；反之被進一步展寬，所以解碼器的最終輸出也存在一些旁瓣，但是他們相對于主瓣都很小，所以自相關干擾很小。通過選擇互相關特性比較好的雙極性地址碼，可以使用戶的互相關干擾也比較小，這樣系統就實現很好的解碼效果。
在本發明的系統中，由于線性啁啾光纖光柵的啁啾可以是正的，也可以是負的，而且正(負)啁啾的光脈沖經大小相同的負(正)啁啾的光纖光柵后能壓縮為一個高強度的短脈沖，而如果光脈沖的啁啾度與光纖光柵的啁啾度大小相同符號也相同，那么脈沖將被進一步展寬，接近于0，所以符合{+1，-1}的雙極性編碼運算規則，因此在本發明的啁啾編碼OCDMA系統中可以采用相關性較好的m序列，M序列，GOLD序列、WALSH序列等已有的雙極性射頻CDMA地址碼。具體采用哪種碼字由系統的容量要求，碼字互相關性要求，誤碼性能要求等決定。光檢測器將光解碼器輸出轉換為電信號并利用提取信號中的主瓣，然后通過閾值判決提取數據比特。
本發明的一個重要優點是系統容量大。由于采用傳統RF CDMA系統中常用的雙極性地址碼，所以可以提供很多的碼字供用戶使用，相對于其他非相干OCDMA系統，碼字數量極大地提高，所以比較適合用戶數較多，業務量密度不高的接入網。為進一步提高用戶數量，還可以采用不同的啁啾度形成碼字子集。對每個啁啾度分別建立其碼集，由于不同啁啾度的，碼字間干擾也很小，所以這樣也可以提高系統容量。
本系統的另一個優點是系統誤碼率比較低。較同樣非相干的DS-OCDMA、FE-OCDMA、FFH-OCDMA系統，在相同的碼長的情況下，該系統有著很低的誤碼率。同樣，系統的吞吐量也相對得到極大的提高。
本發明的系統結構簡單、容易實現，而且編解碼器均為全光纖無源結構，便于集成。另外系統的成本也相對較低，更適合對成本敏感的接入網和區域網應用。
本發明的系統中每個用戶可以實現比較高的數據速率。由于采用超短脈沖技術，目前的超短脈沖產生和檢測技術的進展使得用戶數據速率可以達到很高。相比傳統的采用光正交碼(OOC)的DS-OCDMA系統，由于碼字長度要求很長，所以用戶數據速率受到限制。而FE-OCDMA、FFH-OCDMA系統中由于色散的影響，系統的數據速率也不能很高。
和
具體實施例方式圖1為本發明系統的光編、解碼器結構示意圖。
其中，圖1(a)為光編碼器，圖1(b)光解碼器。
圖2為本發明系統擴頻信號的光功率和光頻率與時間關系示意圖。
如圖1(a)所示，啁啾編碼的光編碼器由超短脈沖激光光源1、1∶2光分路器2、1∶ω1和1∶ω2光分路器3、ω1+ω2個光纖延遲線4、ω1∶1和ω2∶1光合路器5，二個光環行器6，一個線性啁啾光纖光柵7，2∶1光合路器8構成。其中，ω1、ω2分別為編碼序列中正啁啾脈沖和負啁啾脈沖的數量，ω1+ω2＝N，N為碼長。光纖延遲線的相對長度為cTc/neff的倍數，且所有光纖延遲線的相對長度各不相同，在最后合路后能形成一個連續而不重疊的脈沖序列。超短脈沖光源1在數據比特的調制下以On/Off鍵控(或脈沖位置調制PPM等)的方式發射寬帶超短脈沖，該脈沖被分路器2分成兩路，各自完成正啁啾和負啁啾展寬。上路的脈沖被分成ω1路，分別經過ω1個光纖延遲線4的延遲形成一個離散的脈沖序列，然后經光環行器6的端口二進入線性啁啾光纖光柵7(其啁啾度為正值)，由于線性啁啾光纖光柵7的反射延遲與光頻率成線性關系，其斜率就是啁啾度，所以每個脈沖中的不同光譜成分依次被反射回來，在三端口形成一個光頻隨時間線性變化的展寬的正啁啾脈沖，其寬度為Tc。下路的脈沖也同樣形成ω2個離散的展寬的負啁啾脈沖，其寬度也是Tc。這兩路的信號經2∶1合路器8后形成一個連續的N個脈沖，脈沖是正啁啾或者負啁啾的，這樣形成雙極性啁啾編碼。
如圖1(b)所示，啁啾編碼的光解碼器由1∶2光分路器2、1∶ω1和1∶ω2光分路器3、ω1+ω2個光纖延遲線4、ω1∶1和ω2∶1光合路器5，二個光環行器6，一個線性啁啾光纖光柵7，2∶1光合路器8，APD光檢測器9，閾值判決器(10)和時鐘提取電路(11)構成。該延遲線網絡中的延遲線4長度與編碼器中的相互補，以實現匹配濾波的功能。接收機接收到的信號分成上下兩路，上面一路實現負啁啾脈沖信號的相關運算，輸出一個主瓣和一系列旁瓣；同樣的，下面一路實現正啁啾脈沖信號的相關運算，亦輸出一個主瓣和一系列旁瓣。這兩路脈沖序列分別被啁啾光纖光柵7壓縮或展寬(取決于脈沖的啁啾是否和光纖光柵的啁啾度互補)。這兩個主瓣在時間上是對應的，經過線性啁啾光纖光柵7的壓縮，各形成一個功率很大的超短光脈沖，這兩個超短光脈沖經合路器8重合在一起，形成一個最強的輸出脈沖。光纖延遲線網絡輸出的旁瓣被展寬或壓縮，使得解碼器的最終輸出也存在一些旁瓣，但是他們相對于主瓣都很小，所以自相關干擾很小。通過選擇互相關特性比較好的雙極性地址碼，可以使用戶的互相關干擾也比較小，這樣系統就實現很好的解碼效果。經光電轉換后由時鐘提取電路11和閾值判決器10實現數據比特的恢復，完成解碼。
圖2為本發明系統擴頻信號的光功率和光頻率與時間關系示意圖。
圖2以N＝7的碼字{-1，+1，+1，-1，+1，-1，+1}為例。如圖2所示，一個用戶比特的擴頻信號在時間上由N個脈沖組成，它們在功率上是相同的。但是，他們在頻率上是隨著時間線性變化的，其中ω1個是正啁啾的脈沖，ω2個是負啁啾的脈沖。具體一個脈沖是正啁啾還是負啁啾由該用戶的地址碼決定。采用m序列的碼字時，N＝ω1+ω2＝2n-1，其中n為整數，ω1＝2n-1，ω2＝2n-1-1。
權利要求
1.一種非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統，其特征在于光編碼器由超短脈沖激光光源(1)、1∶2光分路器(2)、1∶ω1和1∶ω2光分路器(3)、ω1+ω2個光纖延遲線(4)、ω1∶1和ω2∶1光合路器(5)，二個光環行器(6)，線性啁啾光纖光柵(7)，2∶1光合路器(8)構成，其中，ω1、ω2分別為編碼序列中正啁啾脈沖和負啁啾脈沖的數量，ω1+ω2＝N，N為碼長，脈沖光源(1)在數據比特調制下發射的寬帶超短脈沖經分路器(2)分成兩路，各自完成正負啁啾展寬，上下兩路脈沖分別經光纖延遲線(4)形成離散的脈沖序列，然后經光環行器(6)的端口二進入線性啁啾光纖光柵(7)，在端口三分別形成光頻隨時間線性變化的展寬的正、負啁啾脈沖，其寬度為Tc，兩路信號經2∶1合路器8后形成雙極性啁啾編碼；光解碼器由1∶2光分路器(2)、1∶ω1和1∶ω2光分路器(3)、ω1+ω2個光纖延遲線(4)、ω1∶1和ω2∶1光合路器(5)，二個光環行器(6)，線性啁啾光纖光柵(7)，2∶1光合路器(8)，光檢測器(9)，閾值判決器(10)和時鐘提取電路(11)構成，其中延遲線(4)長度與編碼器中的相互補，接收信號分成上下兩路，形成的正、負啁啾脈沖序列分別被啁啾光纖光柵(7)壓縮或展寬，再經合路器(8)重合，輸出脈沖經光電轉換后由時鐘提取電路(11)和閾值判決器(10)實現數據比特的恢復，完成解碼。
2.如權利要求1所說的非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統，其特征在于光纖延遲線(4)的相對延遲量為cTc/neff的倍數，其中，c為光在真空中的速度，Tc為切普寬度，neff為光纖延遲線中的有效折射率。
3.如權利要求1所說的非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統，其特征在于采用射頻CDMA系統中的m序列、GOLD序列或WALSH序列雙極性地址碼。
全文摘要
一種非相干啁啾編碼光碼分多址接入系統，光編碼器由一個線性啁啾光纖光柵，光環行器、光纖延遲線網絡和光合路器構成。數據比特調制超短脈沖激光器輸出寬帶超短光脈沖，經光分路器后各自經由光纖延遲線形成兩個超短脈沖序列，經光環行器后進入兩個光環行器間的線性啁啾光纖光柵，兩個展寬后的脈沖序列經合路器形成一路雙極性啁啾編碼擴頻信號。光解碼器的結構類似，經光環行器和線性啁啾光纖光柵的脈沖壓縮形成的超短光脈沖，經合路器重合，形成強輸出脈沖，實現解碼。本發明的系統結構簡單、容易實現，編解碼器均為全光纖無源結構，便于集成，系統容量大，誤碼率低。
文檔編號H04B10/12GK1399420SQ02136709
公開日2003年2月26日 申請日期2002年8月29日 優先權日2002年8月29日
發明者沈成彬, 范戈 申請人:上海交通大學