在光信道按传输信号的类型可分为中能用全零码字传输吗

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单项选择题在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为()。
A.频分多路复用
B.时分多路复用
C.光波分复用
D.以上都不对
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A.频分多路复用
B.时分多路复用
C.统计时分多路复用
D.以上都不对
A.未调制信号
B.基带信号
C.宽带信号
D.以上都不对
B.时钟节拍船间远距离可见光通信系统研究和实现
可见光通信(VLC, Visible Light Communication)是一种无线光通信技术,以波长在375nm至780nm的可见光作为传输载体,以大气作为传输信道,以光电变换器件作为接收机。LED与其他光源相比具有功耗低、寿命长、体积小、发热量低、绿色安全等优点。随着以发光二极管(LED)为基础的照明技术的不断发展,可见光通信技术引起了广泛的研究。与其他无线通信相比,可见光通信具有抗电磁干扰、安全性高、无需无线电频谱认证、信道带宽大、传输速率高、成本相对低廉、使用方便等优点。目前大多数的研究集中在室内高速无线接入和室内定位等应用场景,对于远距离可见光通信则主要集中于智能交通系统方面。目前船上的灯语通信存在通信速率低、差错率高、自动化程度低等问题。本文提出利用可见光通信技术的船间灯语通信系统。船间的远距离通信的主要问题是传输距离拉长导致的损耗和衰减。本文经过详细分析引起损耗和衰减的各个因素,提出了一种新型的远距离可见光通信&
(本文共70页)
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可见光通信是近年来兴起的一种无线光通信技术,这种技术利用LED发出的可见光传送信息,受益于LED较低的功耗、较短的响应时间等特性,这一技术在室内应用中将照明功能和通信功能合二为一,实现室内只要有灯光的地方就可以上网。随着研究的不断深入,OFDM技术、可见光MIMO技术和均衡技术等在可见光通信中的应用日趋成熟,系统的速率不断创造新的记录,最新报道的离线速率更是达到了10Gbps。然而,与此同时在实用化的实验系统组网、系统分层设计、上层控制协议、PHY层控制协议以及与现有网络兼容等方面,目前的研究相对滞后。针对这一问题,论文围绕室内可见光通信系统设计组网展开,并应用FPGA硬件编程技术对所提方案进行设计实现,论文主要工作及创新点如下:1.论文采用分层设计的理念,提出了一种室内可见光通信系统的总体框架,在此框架基础上,针对多用户接入情况,研究了基于CSMA/CD协议的MAC层、基于CSMA/CA协议的MAC层和基于IEEE802.15...&
(本文共115页)
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0引言发光二极管(light emitting diode,LED)技术的发展一方面实现了照明和通信的双重功能;另一方面也促进了新型无线通信技术———可见光通信技术(visible light communication,VLC)的产生。可见光通信技术是采用LED技术实现照明并用于通信的光无线通信技术:将信息加载到安装有LED的照明设备上,通过信号调制使人眼无法察觉到设备发出的光信号闪烁,可见光接收器探测LED光信号并将光信号转换为电信号,从而实现信息传输。与传统的射频以及其他无线通信技术相比较,可见光通信技术具有发射功率高、不占用无线电频谱、无电磁干扰和辐射等优点。因此,除了常见环境下的通信之外,可见光也可以广泛应用在电磁敏感环境中,如机舱、医院等。兼具照明和高速室内通信的巨大优势促使可见光通信迅速发展。2008年10月,日本太阳诱电株式会社演示了世界上第一套白光LED通信系统,但是最大传输距离仅为20 cm[1]。德国海因里...&
(本文共7页)
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可见光通信(VLC)是将LED照明与通信相结合的新一代无线通信技术,它具备无需无线电频谱认证,无电磁干扰,数据保密性好等优点,有望成为无线射频技术的有力补充。但是目前,对可见光通信的研究还处在理论分析和试制阶段,距离实际应用还有一定的距离。本文的主要目标是对室内可见光通信系统中的关键技术进行研究,并搭建一套实际的可见光通信平台。主要工作如下:首先,本文研究了室内可见光通信的工作原理,研究进展,技术难点等。在此基础上,提出了本文的可见光通信系统框架。确定将OFDM调制技术应用到本文的可见光通信系统中,来进一步地提高系统的传输速率以及抗多径干扰的能力。接着,本文着重阐述了OFDM调制、解调方案,对OFDM各个模块的目的,具体算法进行了分析。针对本文中的实验环境,采用了基于块状导频的最小二乘信道估计算法,同时提出了一种基于Park算法的改进帧同步算法。除此之外,本文对系统物理层的数据帧结构进行了规范化的设计。同时通过matlab仿真,...&
(本文共58页)
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可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种基于LED的新兴无线通信技术。它利用LED的高速调制特性,先将信号调制到光源上,通过灯光将信息传送出去,再被接收端解调恢复,达到光通信的目的。VLC可同时兼顾照明和通信功能,具有成本低、无辐射、不占用无线频谱等优点。目前国内外学者对于可见光通信技术的研究,大多专注于通信速率的提高,但同时也存在系统稳定性差、成本过高、不利于普及与推广等弊端。针对这一现象,本课题研究低速率、低复杂度、高稳定性的可见光通信技术。首先,论文介绍了可见光通信的研究背景,总结了国内外关于可见光通信的研究现状,针对目前研究的不足之处,阐述了本课题的研究意义。其次,分析了可见光通信系统构成。参照系统模型,描述了LED光源特性和光电探测器(Photo-Detector,PD)特性,总结了可见光信道特点,并将其建模为高莱斯因子、低多普勒效应影响的莱斯衰落信道。再次,针对可见光信道中的...&
(本文共81页)
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0引言IEEE802.15委员会已经制定了以LED作为通信发射器的相关通信标准,使用LED设计的可见光通信(Visible Light Communication,VLC)系统可能会在未来的无线系统的数据传输中作为额外的补充通信方式。目前,用于照明的大多数LED光源实现高速数据传输的主要挑战是它们的有限调制带宽(BW),通常为3~7MHz[1~3];牛津大学的O'Brien等人使用了多路谐振技术采用16路单位增益缓冲器来驱动16颗LED使带宽达到25MHz[4,5]。文献[4]中所提到的电路设计较为复杂,并且采用的有源缓冲器对功耗要求也较高。本设计在通信系统的接收电路中采用无源后均衡方式提高调制带宽,具有与接收电路保持良好的阻抗匹配、电路结构简单和对功耗要求低的优势。1π型均衡电路设计1.1系统设计图1所示为可见光通信系统,采用了后均衡技术,系统由发射机和接收机组成。发射机中,信号由函数发生器(Agilent 33250A)产生...&
(本文共3页)
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光码分多址
光码分多址(optical code-division multiple access):是将技术与光纤通信技术相结合的一种新技术,结合两种通信方式的特点,具有很强的技术优势和广阔的应用前景。
光码分多址
optical code-diviOCDMA
定  义
光域的码分多址(CDMA)。
通信科技(一级学科),光纤传输与接入(二级学科)
以上内容由审定公布
光码分多址简介
在近年得到了长足的发展,为了更进一步的提高光纤利用率,挖掘出更大的带宽资源,提出了许多光域上的复用技术,如波分复用()、光时分复用()、光码分复用(OCDM)、光频分复用()和副载波复用()等,其中前三种复用技术最具潜力。
光码分多址(OCDMA)是将技术与光纤通信技术相结合的一种新技术,结合两种通信方式的特点,则具有很强的技术优势和广阔的应用前景。1978年,EMarom 等人提出了在光处理中采用光纤延迟线技术,为OCDMA技术的发展从理论和实验上奠定了基础。近年来OCDMA技术也得到了很大的突破和创新,在理论和实验上也取得了长足的发展。
OCDMA系统一般考虑为无源星形结构,在此结构中,是网络中心,每个用户通过光纤或光无线媒质与之相连,OCDMA通信技术分为光有线CDMA技术和光无线CDMA技术,光有线CDMA系统中光传输信道为光纤媒质,光无线CDMA系统中传输媒质为微波或激光光线,通过微波或激光实现信号的传输,光无线CDMA系统根据传输信道可以分为自由空间、室内无线和大气无线光CDMA系统,光无线CDMA系统特别适合应用到局域网、军事网或移动网络中。
光码分多址OCDMA原理
光码分多址OCDMA系统结构
OCDMA系统主要由用户数据源、超短脉冲激光器、光开关、光CDMA‘编码器、光星型耦合器、光CDMA解码器、光电探测器、电阈值检测器组成。系统组成框图如图1-2
。OCDMA技术是在电CDMA技术基础上演变出来的,OCDMA技术原理与电CDMA技术有很大的相似,但也有很大的不同,都是首先给每个用户分配一个地址码,标示这个用户的身份,不同的用户有不同的地址码,且他们相互正交或准正交。OCDMA技术是将码分多址技术应用于光纤信道,对用户信号采用全光处理手段,克服传统网络中的“电瓶颈”效应。它以扩频通信为基础,将低速率的基带用户信号变换成高速率的光脉冲序列,在宽带光纤信道中传输。系统发送端,用户信息比特流(电信号)通过控制光开关的状态(交叉态和直通态),从而进一步控制超短脉冲激光源,当用户信息比特为“1”时,光开光置于直通态,激光源发射的光脉冲通过光开关进入光CDMA编码器,信息比特为“0”时,光开关置于交叉态,激光源发射的光脉冲不能通过关开关进入光CDMA编码器,不进行编码。经光CDMA编码器后,产生载有用户信息特征的扩频序列,即信息比特为“l”时,光编码器输出一个光脉冲序列,信息比特…0’时,光编码器输出一个全零序列(传输信号在编解码器中进行光域处理是OCDMA技术中的核心技术之一)。携带用户信息特征的光脉冲序列进入星型光耦台器,并经光纤信道传输到达接收端,然后均匀地分配给每一个接收机,通过接收端的光解码器,完成接收到的信号与接收端扩频序列间的相关运算,输出一个自相关峰,经光电探测器转换为电信号,最后通过电阈值检测器,恢复出发送端用户的信息比特流,而实现OCDMA通信
光码分多址OCDMA系统地址码
OCDMA技术是在光域中对信号进行处理,所以不存在负的物理量,导致光信号处理中只能采用非负值域(0、1),这与电域CDMA技术中能采用的双极码(-1、1)有本质的区别。在电CDMA技术中采用的扩频码,如Gold码、Walsh码和m序列等,具有很好的自、互相关性,而在单极性码中互相关值并不能保证为零。因此在OCDMA技术中设计好的地址码也是关键技术之一。
的性能是用码长、码重、
和码字个数来衡量,尤其是后三者,在同样的码长和码重情况下,
越小,解码时的自相关旁瓣干扰和多用户干扰就越小,系统的误码率也越低,系统的通信容量就越大,这是OCDMA能否同WDM竞争的关键。另外,还需要考虑其对应的光编码器的结构复杂程度。目前研究较多的有光正交码及其变种、素数码及其变种、唯一叠和码、混合码、用于空JlBJ光通信的空间结构码等。光正交码是一种较好的码集,相对来说,其码重较小,相关性是各种码集中最佳的,但码字个数较少,且产生码字的算法复杂。素数码在非相干OCDMA和跳频OCDMA等领域有着广泛的应用,其码重为P(素数),码长为
,码字个数为P,其优点是产生算法简单,而且编解码器结构简单,利用光纤延迟线网络和光开关即可实现,但相关输出旁瓣值大,
=2。一种改进的素数码性能有较大提高,这种方法将码字分为P个组,组内的码字互相关很小,组外码字之间互相关稍大,但仍有较大提高。唯一叠和码(One-Coincidence)适合频率编码OCDMA和跳频OCDMA,即任何码字对每个频率通道最多只使用一次,任何两个码字对任何时移的相关输出(两个信号中拥有的一致频率个数)为1。混合码编解码就是利用两种码进行混合编解码的过程,使算法简化而且性能提高,进行时域的内层和外层分别编码方式仍属混合码编码。
地址码设计,不仅要自相关和互相关性能好,还要考虑与光解码器输出自相关峰值位置相邻码片处的峰值也要尽量小,这对地址码的设计提出了更高要求。OCDMA技术主要时通过使用一系列具有良好相关特性的扩频序列(地址码)来识别用户,将不同的接入用户复用到相同的频带和时隙上,从而实现多个用户共享同一光纤信道和提高系统的总容量。因此具有良好相关特性的扩频序列够作方法研究是非常重要的。在非相干OCDMA系统中,采用光强度调制和直接探测技术,在系统中的扩频序列只能选用具有非负元素的单极性序列。以光正交码为例,光正交码就是这样一种序列,能够表现出良好的相关特性,作为一种优选扩频序列,通常用于非相干OCDMA系统中。长度为v,重量为k的光正交码c通常用一个四元组
表示。由等重码的Johnson界知,如果一个
光正交码含有
码字,就称其为最佳光正交码。
OCDMA技术中较早出现的是光正交码(OOC)是一组(O、1)域且有较好的自、互相关性的准正交码。
光正交码的自、互相关特性表明:
1、光正交码具有高的自相关值,为信号的检测提高了保证,提高了抑制码间干扰的能力。
2、较低的自相关旁辨值使系统能适应异步传输,这样用户可以随时接入网络,为简化网络的结构和设备提供了支持,从而降低成本。
3、比较低的互相关值可以减少其他用户的干扰。光正交码容量,一个光正交码C的容量定义为光正交码包含的码字数,用IC|表示。给定
,则最大可能的码字为
,则有Johonson限:
根据OOC中的参数,可以得到如下结论:
Φ(v,k,1,1)OOC,自、互相关值达到最小值,但码字数较少。
Φ(v,k,2,2)OOC,具有较小的白、互相关值,码字数增加,但码字性能下降。
Φ(v,k,2,1)OOC,是一种自、互相关限不相等,是一种折衷码字。
不等重OOC,不同用户获得同步的难度不同,抗干扰能力不同,因此此码适合在多性能要求的条件下。如在多媒体网络中不同信息需要不同传输速率,可以采用保持相同带宽而改变扩频系数(码长)来实现。光地址码另~个问题是系统所允许的最大用户数。在保证一定的服务质量和接入速率的前提下,如果OCDMA接入系统允许的同时接入用户数足够大时,则从系统容量的角度来讲爿能与APON、HFC及WDM等技术竞争。
光码分多址OCDMA系统编解码
光编解码器是OCDMA系统的关键部件。光编解码器的结构与特性直接影响系统的功率损耗、用户容量、误码率、系统成本和系统的灵活性等。在OCDMA系统中不同的地址码都可以设计出对应的编解码器,如在光振幅系统中,采用树型、梯形网络结构的编解码器较多:光波长编解码系统中一般采用光纤光栅、AWG技术:相位编解码系统中常采用掩模板、光纤延迟线加移相器和光纤光栅编解码等。OCDMA系统中,用户信号转换为高速地址序列的过程中,由于光信号之间相互作用必须具有相干性条件,这一点与电CDMA不同。需要实现的类似电信号的扩频远不如电信号之间相乘那么简单。根据信号处理是否以相干为基础,OCDMA编码机制也可分为相干编码和非相干编码。
相干处理是电CDMA通常采用的方法,而在OCDMA中,比较常用的是非相干信号处理。在OCDMA中,相干与非相干方式的编码区别体现了编解码过程中信号变换的本质,限制了系统所采用的地址码类型,并最终决定系统性能,因此,相干与非相干的差别是最根本的。而OCDMA系统由于相干光技术发展不够成熟,对于光波中的许多特性,如相位、偏振等都难以利用,所以非相干系统成为研究重点,即所谓的正系统——仅利用光信号的强度信息,用光信号的有和无来表示二进制的…0’和“1”,无法实现地址码之间完全正交,所以在光域实现的是准正交,因此地址码之间不可避免产生码间干扰(MAI)。
OCDMA系统中,编解码方式有两种基本类型:扩频类型和非扩频类型:扩频类型又进一步可分为扩时编码和扩频编码,非扩频类型主要是以光学特征为码字的系统中的编码。
扩频类型:
频域编解码:对数据信号,通过偏振调制方式编解码,把信号光的某一参量(偏振方向或波长)按地址序列调制,使这一参量变为高速扩频信号。
时域编解码:用户数据信号出现“1”时,发出一个短光脉冲,经编解码器作用,得到一个短光脉冲序列来代表用户数据,其核心是地址序列由短光脉冲形成。
非扩频类型:
典型是利用光的相干性作为调制参数,如光相干相关编解码,在相干光相关编码系统中,用户信号光经编码器调制,变成两个失去相干信号。解码端,解码器匹配解调,失去相干的信号恢复相干性,以恢复用户信号实现解码。
光码分多址OCDMA系统类别
光码分多址非相干时域系统
非相干时域系统采用直接检测法,在接收端使用平方率检测光信号,信号是功率叠加而不是振幅叠加。系统结构包括并行光纤延迟线、梯形网络和可调谐延迟线,采用单极性码。由于双极性码的相关性比单极性码好,提供的码字多,所以如何将其用于非相干系统是一个研究课题,通常使用单极性/双极性转换法。这种系统方案主要基于匹配滤波原理,利用非相干光脉冲源和光纤延迟线网络实现时域扩频。光纤延迟线构成了光码分多址系统的基础。非相干OCDMA的编解码器的光纤延迟线网络易于实现,延时精度容易控制,编解码器结构相同,但是也存在一系列技术困难:
光功率预算,忽略光纤衰减、星形耦合器分路损耗和插入损耗,解码后自相关输出功率仅为编码器输入脉冲功率的1/P,同时解码器输出的旁瓣分布了总能量的(P-1)/P,信噪比降低,劣化了系统性能;
寻址问题,固定光纤延迟线网络无法更改地址码,使用光开关虽然可以达到自由寻址目的,但成本过高,需I:N耦合器,N个光开关和N个延迟线,所以光纤延迟线网络的编解码器结构适合光接入网。
克服上述方案的缺点,采用梯形网络,如图1-3
所示。网络由n对光纤串接,包括n+1个3dB耦合器。在每个耦合器中,信号非相干迭加。每臂上的延迟线反映了码中“1”的位置。每个脉冲通过网络后,产生2”个脉冲。梯形网络是光码分多址系统的基本结构。
基于梯形网络结构的可调光延迟线方案,其耦合器被2×2可调光开关取代,采用素数码、扩展二次全等码或区组复用码。它的主要优点是由于采用光电开关,整个传输结构可以编程控制,能产生各种区组码。为了实现非相干编解码器,必须考虑:
码长问题,为了能提供尽可能多的用户数,码字必须长,以致光脉冲非常短,通常小于10肼。理论上,全光非相干码分多址系统可在使用光阙值器件检测自相关峰值的同时,展宽脉冲,从码片宽度k还原到数据宽度T,但很难实现。脉宽很窄的光脉冲经过分光和延迟,再复合是将会与自身相干涉,带来干涉噪声;
网络的性能受到网络中其他用户串扰的影响
由于使用平方率检波,会产生严重的混频噪声,即光拍频噪声。
光码分多址相干时域系统
相干I时域系统利用光的相干特性,对光的相位编码,接收端检测光的相位。其优点是系统容量大,可以使用已有的双极性码。相干OCDMA系统中,编解码器也采用梯形网络结构(图l一3),只是对其光学参量控制的要求较高:光源单色性好,波长稳定:延迟线延迟精确;有相位控制措施。光编解码器结构上严格对称,编码器将一个超短光脉冲编码成…个带有各自相位信息的脉冲序列,经过光纤传输后,解码器将各脉冲象非相干梯形网络一样进行解码,输出的重叠脉冲之间发生相干,自相关的主峰为几个相同脉冲的振幅相加,而旁瓣则是几个反向脉冲的振幅相消,为0,互相关(多用户干扰)的输出也极小,信噪比大大提高。在相干OCDMA中,能量损失极少,可达1/2;一条通信链路需要两根光纤,但光编解码器均为两输入、两输出,因此可同时供两个用户使用,容量并没有下降;利用一根光纤也可实现编解码,主要是主峰能量较少一半,侧峰有一定输出;另外可以利用一根光纤的两个偏振态分别作为一个信道传输,节约了成本,同时克服了两根光纤内光信号的相位扰动;编解码器中的延迟量较小,可利用集成光学技术制造,若技术成熟,体积和成本可大幅下降。
由于光相干编译码采用相干复用方法,利用Math.Zehnder干涉系统构成的相干梯形网络,如图1-4
所示。在系统中,一臂为己编码的信号,调制干涉仪中的光波相位,另一臂非调制参考信号。两束光与其他用户的类似信号相干复用。在接收端,匹配干涉仪的一臂也带有相位调制器,通过与发送端同步的相位调制,将被编码的数据译码。平衡式接收电路检测光信号,如果为匹配信号,采用相关检测方式,输出信号大;反之,则采用强度检测方式,输出信号小,类似噪声。
与非相干系统相比,相干系统容许更短的序列长度,在不同的相干信道可使用同一码字,以增加用户数。此外,编码还可为系统提供很好的保密性能。相二F编码系统可使用双极性码,提供的用户数多,传送数据速率高,信噪比高,误码率低。但要求系统能控制和稳定光脉冲的相位,传输时,要求光脉冲保持偏振不变。另外,源的相干时间也很重要,要求延迟时间小于相干时唰。设光源谱最大半宽度(FWHM)为2nm,对应于相干时间为3.99ps,这要求编译码之间的延迟小于798um(在单模光纤中),这个精度目前实现很困难。由于这些原因,光码分多址的研究曾主要集中在非相干系统。然而随着光源研究的进展,相干光码分多址已成为研究重点。当相干OCDMA的光检测器的响应速度足够快,使得τ&1/Bo,则可以在系统容量上超过WDM技术,这个结论列非相干OCDMA也同样适用。虽然OCDMA在容量上与DWDM还有一定距离,但其保密性和随机接入性以及网络控制简单性却使之特别适合接入网应用,这是OcDMA的主要优势。
光码分多址频域扩谱系统
上述讨论方案是在时域上编解码,即对脉冲位置进行调制,它要求非常窄的光脉冲及精确延迟。克服这些困难,频域内对载波频谱进行编码,称为扩谱编码,如图1-5
所示。基本思想使用Fourier频谱变化,采用衍射光栅对源数据“1”,周期为t。的光脉冲频谱进行分解,然后通过相位模板或振幅模板,使光谱中不同的频谱成分产生特定的相移或振幅衰减,即对频谱编码,再将光脉冲整形,成为低强度伪噪声突发信号。模板位于透镜l焦点上使光谱成分有最大分隔。透镜1与透镜2共焦,使光束准直。第2个光栅将已编码的光谱成分重新组合,编码后脉冲形状取决于模板的选择通常比入射脉冲宽,采用伪随机模板,可使输出的脉冲形状为低强度伪随机信号。接收端,通过扩谱相关过程将接收信号,解码器与编码器原理、结构相似,只是模板为其复共轭模板,将扩谱编码信号中的特定相移或振幅还原,得到解码后还原脉冲。若解码器与编码器不匹配,解码器的输出仍为低强度伪随机突发信号。为了适应不同接收机,相位或振幅模板采用可编程空间光调制器(SLM),编程控制模板的相位或振幅分布。也可使用柱面透镜和二维模板,一维用于频域,另一维用于预置尽可能多的地址序列,移动模板选择码序列。扩谱编码不需要特殊编码,可使用 图1-5采用相/幅掩膜的光谱编码双极性码,如Gold、Walsh,等,扩谱宽度不依赖于调制信号,接收的扩展增益也不依赖数据速率。理论上讲,扩谱系统可进行完全正交的数据传送,因而可提供任意数据速率(实际上,数据率仍受色散和多源干扰限制)。如最新实验报道,光源为掺铒环形光纤激光器,波长为1.55,urn,脉冲宽度为65fs,数据率为30Mb/s,采用液晶128元可编程相位模板,传送距离2.5km。
光码分多址跳频系统
跳频方案(FH-OCDMA)又称为快速跳频技术,主要是利用串连的光纤光栅作为光编解码器,在时域和频域同时进行编码和解码。光纤光栅的纤芯折射率沿轴向周期性的改变,形成了布喇格光栅,因而对某一波长的光具有强反射作用,对其他波长的光则基本没有反射,是一种优良的光谱选择器件。利用光纤光栅的这种特点,结合光纤延迟线原理,使一定数量的光纤光栅和光纤延迟线等闯隔交替连接,就成为在时域和频域同时进行编码和解码的器件;光纤光栅的峰值反射波长随其轴向应力线性移动,利用PZT器件,可方便的调节反射波长,实现寻址;而且体积小,重量轻。有一种跳频的编码方案(FH-Code),在时域一个比特扩频为12个脉冲序列,每个脉冲在29个波长闯跳变,形成扩频系数为12×29的地址码,丽且可容纳与波长数相同的用户。理论分析表明,该方案的误码率在同等用户数和相同扩频系数条件下比DS.CDMA低几个数量级,系统容量提高几倍。另外,这种技术利用了DWDM的一些技术。DWDM技术的逐渐成熟有可能带来跳频OCDMA的快速发展。可以魄,FH.OCDMA是CDMA和DWDM相融合的产物。
光码分多址混合系统
为了增加网络用户数,减少码长,考虑将光码分多址技术与其他复用方法(如空分复用、波分复用和副载波)结合。光码分多址与波分复用结合,是将光码分多址应用到每一个波长中,可提供高保密性和高信噪比,增加整个网络用户数,减少用户间的串扰。有人提出使用光码分多址技术,减小波分复用系统中四波混频所引起的串扰及光拍频干扰噪声(OBI)。
通过一根光纤传送多个波长的码分多址信号,称为跳波长一时问扩展系统(WH/TS),如图1-6
所示。通过这种方法,零自相关函数旁瓣和小于1的互相关值。时域时域内编码和频域内编码相结合,可增加网络用户。另外,跳波长有高度的保密性,容易与波分复用相结合,但需要快速可调激光器和快速光开关将光码分多址与副载波系统相结合,利用电码分多址副载波传送与声表面滤波器(SAW)结合的匹配滤波器接收,用光纤作为传输媒质,用副载波分割光纤带宽。这种方法的优点是技术上容易实现,但其传送速率受电子器件的限制,不适用高速率环境。除了上述系统外还有空间码分多址系统、偏振移位键控(POLSK)方法和系列电光相关等。
光码分多址OCDMA关键技术
光码分多址地址码设计
从前面介绍的OCDMA原理可以看出,地址码是OCDMA系统的核心技术之一。在满足自、互相关要求下,尽量能容纳更多用户。目前已提出的光正交码fOOC)、数素码、准数素码、2^n数素码、全等码同余码等,但这些单极性码存在一定限制:
组稀疏,使码片周期很短,要求更短光脉冲,但其色散更加严重,限制了网络容量,且实现困难。
提供的有用码字较少,编解码效率较低。
给定任意码长、码重下,不能得到码字。
虽然在一定条件下满足了相关性,但与理性的要求相差很远。
多波长光纤光栅编解码器是在光纤不同位置写入不同波长的子光栅,要求子光栅之间的位置不能太长,因此使码组稀疏的码不能应用到该系统中,可以克服码组稀疏的限制,如在OCDMA系统中采用一次重叠码“…。采用波长、空间和时唰组合的多维编解码,可以较好的解决系统容量限制。相位编解码和码字转换可以采用CDMA中相关性很好的双极性码,是解决码字相关性较差的理性方案。
光码分多址光编解码器设计
光编解码器是OCDMA系统实现通信的关键技术之一。许多研究者致力于这方面的研究,也取得了很多的突破,但要实现OCDMA技术的商业化还有一定的困难,需要解决编解码器的编解码灵活性、可靠性和商业化等问题。
1、光纤延迟线编解码器
在现有的光码分多址编/解码器方案中,一般是基于光纤延迟线的并行结构编/解码器和梯形编/解码器,分别如图1-7、图1-8所示
。在并行结构编码器中,输入光脉冲由光分路光纤延迟线编解码器器分成”,路(w为码重),每一路光纤延迟线的长度各不相同,然后经光合路器后形成编码的光脉冲序列,光解码器的结构与光编码器的结构对称设计。利用可调光纤延迟线和延迟控制器可以实现任意寻址。梯形结构光编/解码器由光纤延迟线和耦合器按梯形构成,可以将一个脉冲扩频成一个脉冲序列。梯形光解码器的延迟线设计与光编码器对称。梯形光编/解码器具有结构简单、功率损耗小等优点,适用于时域扩频OCDMA系统。利用光丌关代替其中的光耦合器,可以实现灵活寻址。
2、采用AWG技术的编解码器
AWG是基于光波长在空间上分离,并对分离后的光波长进行处理。AWG可以应用到波长编解码,跳频扩时编解码系统中,优势在于光信号处理灵活,充分利用光波长资源,但制造工艺要求高,难于可调性的设计。
3、 介质膜编解码器
介质膜编解码器由2(多)片镀膜和中间介质腔体构成,根据全反射定律使光信号在介质腔体中多次反射实现光信号的延迟,完成信号的编解码过程。除了上述的编解码原理,还有采用分支光波导编解码、相位编解码等。这些编解码都有一定的局限性,怎样设计出灵活、稳定、可靠和高效的编解码是实现OCDMA技术走向实用的又一“瓶颈”。
光码分多址多用户干扰消除技术
OCDMA技术中多用户干扰(MAI,Multiple Access Interference)是特有的问题的,尤其是在单极性系统中,由于码字的相关性较差,我们必须在不同用户间进行波长与时恻上的保护。在OCDMA系统中MAI对系统对的影响远大于系统中的其他影响,如热噪声、散粒噪声、APD噪声等。消除OCDMA系统MAI也是关键技术之一。有研究者提出采用光限幅器““,但是比较消极的措施,不能充分利用光功率。自适应光限幅器在一定程度上得到了改进,但实现比较困难。抑制MAI提出的多用户检测技术,是较好方案,但算法复杂,对器件结构要求较高,是现研究热点之一。
光码分多址OCDMA优势和问题
光码分多址OCDMA技术优势
OCDMA技术采用了全光信号处理(OSP)技术,克服了用户接入时的速率上的“电予瓶颈”的限制,可以更加高效地利用光纤的丰富带宽资源,在同等的网络条件下可以支持更多的用户,有更大的吞吐量,对入网的用户数没有临界限制,实现了“软限制”,也就是说最终判决准则应该是新接入的用户不应该显著降低整个系统的通信质量,或者说接入新的用户后,整个网络的通信性能应保持在可接受的范围内。且网络拓扑结构简单,接入灵活。OCDMA技术的优势如下:
OCDMA技术可以实现光信号的直接复用与交换,使传输速率可达Tb/s的数量级,能动态的分配带宽资源,扩展网络容易,网络升级简单,网管也简j10,很适合于实时、高突发、高速率和保密的通信业务。
具有很高的保密性和可靠性,OCDMA系统中是采用每个用户分配唯一地址码,所有需获得用户信息就必须采用与发送方相匹配的地址码,作相关解码,而得到用户信息,对于在不知道确切地址码的情况下是很难获得信息的。
通过给用户分配唯一码字实现多址,可在无交换中心的情况下实现点到点、点到多点的通信方式,且一个节点的故障不影响系统中其它的节点,用户可随时的接入,不需用户的同步,时延也很小。
光域信号处理简单,没有像波分复用(WDM)那样对波长严格控制,也不需像光时分复用(OTDM)那样严格时钟同步。多用户随机接入同一信道时,不要求波长可调和稳定器件等,且对光源性能要求较低,现也成熟的光通信系统光源即可用于OCDMA系统,大大降低了系统成本。
可以承载视频电话、视频电视、多媒体、数据和高清晰度图像等多种业务,实现对传输速率的完全透明。OCDMA系统的拓扑结构灵活,具有交叉连接能力,可构成真正“透明”的全光通信网。
光码分多址OCDMA技术面临问题
上述OCDMA技术的优势并未得到完全体现。如地址码的构造困难,能提供可使用的地址码字有限,这样就谈不上保密性;在较长码长和较短码重下,对时域时域振幅编解码OCDMA系统而言,则导致系统传输速率的下降,而码片速率高,不能实现真正的“透明”,等。可见,OCDMA作为一种新技术拥有广阔的前景,同时也面临许多问题需得研究:
光码分多址光正交码构造
构造出相关性好的光正交码是OCDMA技术应用于高速局域网的重要技术的保证。今后研究的方向:高的自相关性、低的互相关性,大容量可用码字和适合梯形结构的对称性等。
光码分多址OCDMA技术中码间干扰
刑‘物理信道的深入研究,在OCDMA系统中,光信号具有宽谱、公用信道等特点,由于光纤中的色散和非线性效应可能使OCDMA系统产生码间干扰;码字的构造上也可能使系统产生码问干扰,如自、互相关性不理想;系统中探测器、闽值门限器等也可能使系统的信号产生误判断,而使系统的误码率恶化。在研究了码间干扰的机理后,我们又怎样去减少码间干扰,如现在的硬限幅器是否能把“硬”改为“软”;传输信道怎样设计更为合理,减少信道对传输信号本身和信号问的畸变,以减少码间干扰。
光码分多址双极性OCDMA系统
CDMA在电域里出色表现,使人们惊叹不也,全世界学者们在设想能否像电CDMA那样使CDMA在光域里尽显“英雄本色”。双极性系统也深深的吸引着学者们,也有很多突破,但现在研究较多是如何实现双极性OCDMA技术作研究,但现在也面临着许多问题,如用单极性码构造双极性码,但码长变长,就如何找到理想的适合双极性OCDMA系统的码字是关键:双极性系统中怎样应用光信号去实现双极性的传输,由于双极性与光特性的一对矛盾怎样解决;编解码器技术在双极性OCDMA技术中是关键,编解码器合理设计和编解码器制造工艺设计等。
光码分多址其他问题
除了上述的问题,还有系统原理方面,目前需要一个有较高理论,比较全面地涵盏OCDMA系统方案的理论体系,这将对OCDMA技术的研究具有很大的指导意义,也减少对OCDMA技术研究的局限性和盲目性:系统方面,目前很多的研究都是对系统的理论分析和系统仿真,且是在假定信道理想的情况下。有很多的系统方案,但哪个方案是在实际应用中会最好,并没定夺,这也是OCDMA技术走向实用化的关键;OCDMA网络方面,OCDMA与WDM、OTDM是三足鼎立之势, OCDMA系统并不与其他两种系统网相排斥,但如何把其融入另一种或另两科t网络中去,以发挥综合优势OCDMA系统相关的关键技术问题还有半导体激光器超短光脉冲技术,光集成波导技术等
邱昆,张崇富,安晓强.光码分多址通信技术研究:电子科技大学学报,2004年12月:第33卷第6期
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