畢業(yè)設(shè)計（論文）-非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究.doc

非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究摘要光碼分多址充分利用了光的頻譜資源，適合局域網(wǎng)中突發(fā)流量、大流量和高速率環(huán)境，動態(tài)分配帶寬，網(wǎng)絡(luò)易于擴展。與光時分多址(OTDMA)，波分多址(WDMA)等多址技術(shù)相比，光碼分多址(OCDMA)技術(shù)憑借其高安全保密性，軟容量，支持異步接入，并且直接進行光編碼和光解碼，網(wǎng)絡(luò)中沒有電節(jié)點，能真正實現(xiàn)在光層上的傳輸和交換，利于突破“電子瓶頸”效應(yīng)，構(gòu)成超高速率、超大容量的全光系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，吸引了越來越多人的注意和研究，并被認為在未來的光網(wǎng)絡(luò)，特別是光接入網(wǎng)中具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。是實現(xiàn)未來全光通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)之一。本文介紹了光通信中三種復(fù)用方式的應(yīng)用，對OCDMA技術(shù)的優(yōu)點和其他三種復(fù)用方式的特點作了比較和歸納總結(jié)。重點對OCDMA系統(tǒng)的編解碼方法，編解碼器的構(gòu)造和工作原理，以及接收檢測部分作了理論分析。提出了新型的更有效率的編碼方案，最后對OCDMA技術(shù)進行了展望總結(jié)。關(guān)鍵詞：光碼分多址（OCDMA）；編解碼器；素數(shù)碼；光正交碼非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究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系統(tǒng)的編解碼方案研究目錄1緒論.11.1光通信發(fā)展回顧.11.2光通信中的復(fù)用多址方式.21.2.1光時分多址（OTDMA）技術(shù)21.2.2波分多址（WDMA）技術(shù).41.2.3光碼分多址（OCDMA）技術(shù)41.3OCDMA技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀.51.4課題主要研究方法.61.5本文主要研究內(nèi)容.62OCDMA系統(tǒng)編解碼關(guān)鍵技術(shù)82.1OCDMA系統(tǒng)模型.82.2地址碼設(shè)計.82.3單極性碼.92.3.1光正交碼.102.3.2素數(shù)碼.112.3.3光正交跳頻碼.112.4編解碼器的實現(xiàn)132.5光源部分162.6檢測部分173非相干OCDMA編解碼系統(tǒng).203.1一維相位編解碼系統(tǒng).203.1.1基于相移光柵的編解碼系統(tǒng).203.1.2基于等效相移光柵的編解碼系統(tǒng).213.2二維OCDMA編解碼系統(tǒng)224光源和接收部分研究及其實現(xiàn).244.1寬帶脈沖光源244.1.1二維OCDMA編解碼系統(tǒng)中的拍頻噪聲分析24非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究4.1.2太赫茲光非對稱解復(fù)用器（TOAD）254.2相干超短脈沖光源研究274.2.1主動鎖模光纖激光器簡介.274.2.2主動鎖模光纖環(huán)形激光器實現(xiàn).284.3系統(tǒng)接收部分性能分析及其改進294.3.1多用戶干擾（MAI）.294.3.2基于超連續(xù)譜的閾值比較.305OCDMA的應(yīng)用前景和新型方案.325.1OCDMA在計算機網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用.325.2OCDMA/WDM混合網(wǎng)絡(luò).335.2.1OCDMA和WDM的混合.335.2.2OCDMA和WDM混合網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn).345.3OCDMA系統(tǒng)在PON中的應(yīng)用355.4幾種新型的OCDMA編解碼方案355.4.1二維碼到三維碼的變遷.355.4.2基于非對稱波導(dǎo)布拉格光柵的編碼器.365.5本章小結(jié)376總結(jié)與展望.39參考文獻.40致謝.42附件1開題報告.43附件2譯文及原文影印件.48非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究第1頁共42頁1緒論1.1光通信發(fā)展回顧光通信的發(fā)展史可以追溯到兩千年前古人利用烽火進行通信的年代。然而直到20世紀60年代，隨著激光器的出現(xiàn)，以及隨后英籍華人高昆博士及霍克姆博士提出的可以利用光導(dǎo)纖維進行通信的思想，現(xiàn)代光通信才真正出現(xiàn)。1970年，康寧公司開發(fā)出了第一根可用做遠距離傳輸?shù)墓饫w，這使得利用光纖進行通信成為了現(xiàn)實。由于光纖通信具有與生俱來的高速、大容量及高可靠性等無與比擬的巨大優(yōu)點，各國競相進行研究，并于1977年，美國最先實現(xiàn)了商用，隨后各國也開始用光纖替代傳統(tǒng)的電纜，人類也開始進入了光纖時代。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，在無源、有源光器件發(fā)展的基礎(chǔ)上，光通信系統(tǒng)也得到了巨大發(fā)展，主要可分為以下三個重要階段：(1)基于0.85微米多模光纖的光通信系統(tǒng)(2)基于1.31微米多模光纖/單模光纖的光通信系統(tǒng)(3)基于1.55微米單模光纖的光通信系統(tǒng)色散位移光纖(DSF，G.653)是應(yīng)用于第三代光纖通信系統(tǒng)的一項重要成就。普通單模光纖的零色散波長在1.31微米附近，色散位移光纖將零色散波長從1.31微米移到1.55微米，從而有效地解決了1.55微米光通信系統(tǒng)的色散問題。20世紀80年代發(fā)明的光纖放大器是光纖通信的一場革命，實現(xiàn)了波長透明、速率透明和調(diào)制方式透明的光信號放大，從而推動了采用波分復(fù)用技術(shù)的新一代光纖系統(tǒng)的商用化。在20世紀90年代的十年間，光纖通信依然快速發(fā)展，在充分掌握了光傳輸技術(shù)之后，還實現(xiàn)了光通道的復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)，實現(xiàn)了光信號的交換和路由技術(shù)等。這樣光纖通信技術(shù)逐步滲入并擴展到數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，不但承擔了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，還具備了一定的交換能力和路由能力。這些交叉連接、交換和路由等功能的實現(xiàn)為智能光網(wǎng)絡(luò)(ASON)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。智能光網(wǎng)絡(luò)是由眾多國際標準化組織制定的新一代傳送網(wǎng)體系架構(gòu)，在SDH和非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究第2頁共42頁WDM傳送網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過引入新的控制平面實現(xiàn)網(wǎng)元的動態(tài)配置和保護/恢復(fù)功能。智能光網(wǎng)絡(luò)的興起和發(fā)展推動著光通信技術(shù)的功能和結(jié)構(gòu)的深刻變革，不但允許動態(tài)控制和分配光網(wǎng)絡(luò)資源，還引入眾多新的智能業(yè)務(wù)類型，充分調(diào)度現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)資源，有效挖掘現(xiàn)有的已鋪光纜的應(yīng)用潛力，使光網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)的基礎(chǔ)傳送網(wǎng)向業(yè)務(wù)網(wǎng)方向演進。隨著數(shù)十年光通信技術(shù)的實用化進程，國內(nèi)外對光通信技術(shù)的理論研究和實驗研究仍在繼續(xù)。為進一步提高信息傳輸性能，各國研究機構(gòu)又陸續(xù)提出了光碼分多址(OCDMA)概念，并在此基礎(chǔ)上進行深入的系統(tǒng)研究和實驗論證，并且認為光碼分多址系統(tǒng)可以與ASON結(jié)合，進一步挖掘光傳送系統(tǒng)的容量并提高光網(wǎng)絡(luò)的性能。光通信技術(shù)作為信息通信產(chǎn)業(yè)的重要支柱和下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的核心支撐技術(shù)，在未來還將繼續(xù)保持持續(xù)發(fā)展的趨勢。而結(jié)合OCDMA和WDM，OTDM等先進技術(shù)的智能全光網(wǎng)絡(luò)，將成為未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要研究目標。1.2光通信中的復(fù)用多址技術(shù)自20世紀90年代以來，隨著數(shù)據(jù)通信的迅速發(fā)展，特別是Internet業(yè)務(wù)量呈爆炸性增長，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)帶寬的需求越來越高，據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，每6-9個月，主要SIP的Internet骨干鏈路的帶寬需求就增長一倍，比著名的摩爾定律(約18個月翻一倍)還要快2-3倍，而且沒有減緩的跡象。這種傳輸網(wǎng)信息容量需求的快速增長，帶來的直接后果是所謂的“光纖耗盡”的現(xiàn)象，即現(xiàn)有的光纖都用完了。于是出現(xiàn)的一些網(wǎng)絡(luò)擴容的新技術(shù)，如波分復(fù)用、頻分復(fù)用、時分復(fù)用、空分復(fù)用、副載波復(fù)用、光碼分復(fù)用等，逐步得到了人們的重視。在綜合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和網(wǎng)絡(luò)性能因素后，現(xiàn)在認為最具潛力的是光時分復(fù)用(OTDM)，波分復(fù)用(WDM)和光碼分復(fù)用(OCDM)等復(fù)用技術(shù)，而與此相對應(yīng)的多址技術(shù)為光時分多址(OTDMA)，波分多址(WDMA)和光碼分多址(OCDMA)等多址技術(shù)。1.2.1光時分多址(OTDMA)技術(shù)TDMA(時分多址)是將信道與時隙相對應(yīng)，將信道分成一系列的時隙，這些時隙按指定分配給各用戶或者按需動態(tài)地分配給各用戶，各個發(fā)射機定時依次查詢并發(fā)送數(shù)據(jù)，依靠全網(wǎng)同步，接收端接收與預(yù)期發(fā)送者相關(guān)時隙的信息，如圖1.1所示非相干光CDMA系統(tǒng)的編解碼方案研究第3頁共42頁超短脈沖發(fā)生器splitMod1Mod2Modn幀同步時鐘合路器接收機誤碼檢測光波時鐘產(chǎn)生時鐘提取電路信道數(shù)據(jù)輸入延時線陣列EDFADEMUX全光開關(guān)OBPF圖1.1OTDMA系統(tǒng)1目前在O