【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 源不發(fā)光，編碼器也沒(méi)有任何輸出:當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)“1”時(shí)，光源發(fā)射一個(gè)短脈沖，進(jìn)入編碼器后，根據(jù)碼重的大小被分成若干個(gè)小脈圖 23 （a）自相關(guān)曲線(b)互相關(guān)曲線圖24 采用光纖延遲線作為編解碼器的OCDMA系統(tǒng)沖，每個(gè)小脈沖經(jīng)歷長(zhǎng)短不同的光纖延時(shí)線，每個(gè)小脈沖所經(jīng)歷時(shí)延的大小完全由地址碼決定。編碼器的輸出是一個(gè)小脈沖串，這就是所謂的直接擴(kuò)時(shí)信號(hào)。直接擴(kuò)時(shí)信號(hào)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)(在圖24中為星型網(wǎng)絡(luò))到達(dá)接收端。在接收端，解碼器對(duì)該擴(kuò)時(shí)信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)處理后，輸入到判決設(shè)備進(jìn)行判決。在期望用戶(hù)發(fā)“1”的情況下，如果解碼器與編碼器完全匹配，那么輸出一個(gè)尖銳的自相關(guān)峰值，判決器判定為“1”否則輸出一系列低功率的偽隨機(jī)噪聲信號(hào)，判決器判定為“0”。這樣，所傳輸?shù)男畔⒈忍鼐捅换謴?fù)出來(lái)了。通常，判決器的闡值需要精心設(shè)置，它會(huì)明顯地影響系統(tǒng)的性能。當(dāng)然，由于其它用戶(hù)的信號(hào)對(duì)期望用戶(hù)的信號(hào)有干擾作用以及接收機(jī)中的散彈噪聲和熱噪聲的作用，不可避免地會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤判決現(xiàn)象。以上就是單極性時(shí)域編碼光碼分多址系統(tǒng)的簡(jiǎn)要原理介紹。實(shí)際的系統(tǒng)可能會(huì)比上述的系統(tǒng)更為復(fù)雜。為了使系統(tǒng)更好的工作，往往會(huì)多一些必要的設(shè)備，比如為了抑制多址干擾而采用的雙限幅器方案等。 OCDMA的分類(lèi)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，OCDMA可劃分為不同的類(lèi)型。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，OCDMA可分為相干OCDMA和非相OCDMA。在相干的OCDMA系統(tǒng)中，不同發(fā)送端所發(fā)送的脈沖信號(hào)到達(dá)同一接受端的時(shí)間延遲之差遠(yuǎn)大于脈沖的相干時(shí)間，這樣在接受端形成期望接受信號(hào)的相干疊加與不期望信號(hào)的非相干疊加，并通過(guò)使用平衡接收的方法將后者予以消除，從而大大地減少了多用戶(hù)干擾。這種OCDMA系統(tǒng)可以采用雙極性碼，可以采用電CDMA系統(tǒng)的成熟碼字，但是相干系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)光源要求高，檢測(cè)困難，實(shí)現(xiàn)難度很大。因此現(xiàn)在實(shí)用化的系統(tǒng)都是非相干OCDMA系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常采用單極性碼。由于它不能直接采用電CDMA中的雙極性碼，因此需重新構(gòu)造地址碼。目前有多種地址碼，如光正交碼、素?cái)?shù)碼等，但總體來(lái)說(shuō)，單極性碼的互相關(guān)性能不如雙極性碼，容量不如雙極性碼，但非相千系統(tǒng)對(duì)器件的要求比相干系統(tǒng)要低。根據(jù)地址碼所在的空間，OCDMA可分為時(shí)域OCDMA,頻域OCDMA、空域OCDMA。時(shí)域OCDMA就是指地址編碼在時(shí)域進(jìn)行，圖25畫(huà)出了用戶(hù)信息在時(shí)域編碼的全過(guò)程。一個(gè)用戶(hù)信息比特，經(jīng)編碼變成幾個(gè)光脈沖，這幾個(gè)光脈沖在時(shí)間軸的位置是由地址碼確定的。假設(shè)其地址碼碼長(zhǎng)為L(zhǎng)，則經(jīng)時(shí)域編碼后，系統(tǒng)的工作傳輸速率為數(shù)據(jù)速率的L倍。頻域OCDMA的編碼則在波長(zhǎng)上進(jìn)行。圖26畫(huà)出其編碼的全過(guò)程。一個(gè)用戶(hù)信息比特，編碼后的光脈沖時(shí)域形狀不變，但只有某些波長(zhǎng)按地址碼決定的規(guī)律組合后發(fā)送出去，其他波長(zhǎng)不發(fā)送出去。系統(tǒng)的工作速率沒(méi)有增加，與原來(lái)的信息比特速率一樣?？沼騉CDMA的編碼則在空域進(jìn)行，它對(duì)眾多的空間光束進(jìn)行編解碼。圖27畫(huà)出一個(gè)空域頻譜編解碼的OCDMA示意圖。由文獻(xiàn)[16,3，4]可知。圖25 OCDMA時(shí)域編碼圖26 OCDMA頻域編碼圖27 空域頻譜幅度編碼這個(gè)編碼器由一對(duì)共焦透鏡組成、一對(duì)衍射光柵和掩模板(地址碼)組成。一對(duì)衍射光柵分別放在兩個(gè)透鏡的焦平面上，第一個(gè)光柵將入射光信號(hào)在空間進(jìn)行頻譜展寬，一個(gè)空間幅度掩模放在兩個(gè)透鏡的共焦面上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行頻譜編碼，不同的空間掩模即代表不同的用戶(hù)，編碼后的信號(hào)通過(guò)第二個(gè)光柵重新合并成單光束。按編碼后的維度分，可以分為一維OCDMA、二維OCDMA、三維OCDMA。一維OCDMA只是取時(shí)域編碼、頻域編碼、空域編碼三種中的二種，二維OCDMA則是其中的兩種，三維則是在二維的基礎(chǔ)上再加上偏振等進(jìn)行的編碼。二維OCDMA是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。圖28畫(huà)出了一個(gè)二維OCDMA的編碼過(guò)程。用戶(hù)信息編碼后不僅在時(shí)域上的位置由地址碼決定，而且頻域上波長(zhǎng)的選取的位置也有地址碼決定，這是一個(gè)典型的時(shí)域/頻域編碼的二維OCDMA。圖28 OCDMA編碼 OCDMA的系統(tǒng)方案分類(lèi)自從1989年Jawad. ，許多對(duì)這一領(lǐng)域感興趣的學(xué)者進(jìn)行了廣泛而深入的研究和探索，先后提出了許多種OCDMA系統(tǒng)方案，其中有的已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并且表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。在這些方案中，有相干和非相干之分，有同步和異步之分，還有時(shí)域編碼和頻域編碼之分等等。實(shí)際上，一個(gè)系統(tǒng)方案可能會(huì)同時(shí)屬于上述幾個(gè)不同的范疇。不過(guò)由于可以實(shí)現(xiàn)靈活的異步接入時(shí)OCDMA系統(tǒng)的重要優(yōu)點(diǎn)之一，所以對(duì)同步OCDMA系統(tǒng)的研究就相對(duì)比較少，但同步OCDMA系統(tǒng)的在相同的前提條件下，可以承載更多的用戶(hù)。下面就對(duì)OCDMA系統(tǒng)的分類(lèi)作一介紹。 時(shí)域編碼系統(tǒng)時(shí)域編碼OCDMA一般分為相干和非相干系統(tǒng)。相干系統(tǒng)利用到了光信號(hào)的相位信息。因?yàn)橄喔上到y(tǒng)首先對(duì)光源的要求比較高，通常是鎖模激光器（MLLD）。光纖的色散和非線性效應(yīng)如何影響攜帶相位信息的光信號(hào)，即光域上的CDMA信號(hào)如何受到傳輸介質(zhì)的影響并且如何去補(bǔ)償矯正等問(wèn)題還沒(méi)有得到真正解決。另外相干系統(tǒng)還需要進(jìn)行偏振控制，這些因素都大大增加了實(shí)現(xiàn)的難度。實(shí)際上，最重要的問(wèn)題目前集中在編解碼器上。對(duì)于相干系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以采用移相鍵控（PSK）調(diào)制方式，在二進(jìn)制的情況下，有兩種相位狀態(tài)（0和）。這種系統(tǒng)方案，盡管從理論上來(lái)講具有許多潛在的優(yōu)越性能，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度很大。由文獻(xiàn)[4]可知。相干系統(tǒng)的框圖為圖29所示：圖29 相干OCDMA系統(tǒng)原理圖在擴(kuò)時(shí)編碼方案里，除了相干系統(tǒng)，還有非相干系統(tǒng)。它是目前研究最多的一種OCDMA系統(tǒng)方案，其特點(diǎn)在于采用強(qiáng)度調(diào)制的功率檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，不足之處是多址干擾比較嚴(yán)重，必須要采用特殊的干擾抑制措施才能保證系統(tǒng)正常工作。該系統(tǒng)通常采用光正交碼（OOC）﹑素?cái)?shù)碼（Prime Code）﹑以及改進(jìn)素?cái)?shù)碼（Modified Prime Code）作為地址碼。該類(lèi)碼字統(tǒng)稱(chēng)為單極性非相干碼，其碼重（Code Weight）是碼字“1”的個(gè)數(shù)。碼重與碼長(zhǎng)相比，一般都比較小。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了減小其它用戶(hù)對(duì)期望用戶(hù)的干擾，提高系統(tǒng)的性能。但是這無(wú)疑使碼字的數(shù)目減小，系統(tǒng)不能同時(shí)承載更多的用戶(hù)。另外一方面，也不能把碼長(zhǎng)取得太大，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)速率一定的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，增大碼長(zhǎng)就意味著減小碼片的時(shí)間寬度。毫無(wú)疑問(wèn)，這將在光纖中引起嚴(yán)重的色散和非線性效應(yīng)。表21給出了雙極性碼和單極性碼的一些基本性質(zhì)。在表21中K為碼重，F(xiàn)代表碼長(zhǎng)。表21 雙極性碼和單極性碼的性質(zhì)對(duì)比雙極性碼單極性碼調(diào)制方式BPSKOOK碼片的幅度10或1碼片的相位0或不考慮自相關(guān)峰值K自相關(guān)旁瓣或互相關(guān)值11 頻域編碼系統(tǒng)我們前面已經(jīng)提到，在時(shí)域編碼OCDMA系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)需要容納更多的用戶(hù)或者提高單路傳輸速率時(shí)，就必須減少碼片的寬度，這會(huì)在光纖中引起很大的色散和非線性效應(yīng)。在眾多的OCDMA系統(tǒng)方案中除了時(shí)域編碼系統(tǒng)，還有頻域編碼系統(tǒng)。在頻域編碼編碼系統(tǒng)中，可以進(jìn)行變比特率傳輸，這使得它可以適應(yīng)于不同的業(yè)務(wù)需要。頻域編碼系統(tǒng)可以分為兩大類(lèi)：非相干系統(tǒng)和相干系統(tǒng)。非相干系統(tǒng)可以采用廉價(jià)的非相干光源（如LED和EDFA的ASE噪聲），這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。圖210干頻域編碼OCDMA系統(tǒng)的示意圖：在這個(gè)系統(tǒng)里，采用LED作為光源，編（解）碼器由兩個(gè)衍射光柵﹑兩個(gè)透鏡和一塊掩模板（Amplitude Mask）組成。它們按照?qǐng)D210其中兩個(gè)透鏡應(yīng)處于同一光軸上，并且需要共焦點(diǎn)。由LED發(fā)出的非相干光經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制后，先射到第一個(gè)鏡子上，然后經(jīng)過(guò)衍射光柵把光譜分解開(kāi)，再經(jīng)過(guò)第一個(gè)透鏡后到達(dá)掩模板。掩模板示意圖中的黑色部分表示光不能通過(guò)，透明部分則表示光可以通過(guò)。黑色部分和透明部分的順序不同則代表不同的地址碼。掩模板可以由液晶顯示技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且由電極來(lái)控制其上不同的部分是否能夠透光，從而使掩模板或者說(shuō)編（解）碼器達(dá)到可調(diào)諧的目的。通過(guò)掩模板的光再經(jīng)過(guò)第二個(gè)透鏡和衍射光柵后，重新合并成一個(gè)時(shí)域上的光脈沖信號(hào)。這個(gè)光脈沖信號(hào)就攜帶有地址碼信息，和編碼前相比，缺失了某些頻率分量。它通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端時(shí)，將會(huì)遇到一個(gè)和編碼器結(jié)構(gòu)相同的解碼器，如果碼字相同，就會(huì)恢復(fù)出數(shù)據(jù)信息，圖210 非相干頻域編碼OCDMA系統(tǒng)和編碼前相比，缺失了某些頻率分量。它通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收端時(shí)，將會(huì)遇到一個(gè)和編碼器結(jié)構(gòu)相同的解碼器，如果碼字相同，就會(huì)恢復(fù)出數(shù)據(jù)，否則，輸出低強(qiáng)度的噪聲信號(hào)。在接收端。為了提高系統(tǒng)信噪比，可以使用差動(dòng)接收方式（圖210）。圖210中表示其中的掩模板與中的掩模板呈互補(bǔ)關(guān)系。在這種系統(tǒng)中，可以使用m序列﹑哈德瑪(Hadamard)序列作為地址碼。 盡管上述的系統(tǒng)方案有很大的優(yōu)越性，但是它的編解碼器實(shí)現(xiàn)起來(lái)有很大的困難，至少?gòu)哪壳皝?lái)看還不是很實(shí)用。還有一種非相干頻域編碼的系統(tǒng)，有時(shí)也稱(chēng)作周期性頻域編碼系統(tǒng)，采用非相干寬帶光源。它的編解碼器采用可連續(xù)調(diào)諧的法布里－珀羅腔或馬克－澤德干涉儀。不同的碼分信道對(duì)應(yīng)于不同的自由譜域（FSR）。系統(tǒng)所能容納的用戶(hù)數(shù)與法布里－珀羅腔的自由譜域和精細(xì)度（Fitness）有關(guān)。當(dāng)FSR一定時(shí)，精細(xì)度越大，系統(tǒng)所能容納的用戶(hù)就越多。 跳頻系統(tǒng)在時(shí)域編碼系統(tǒng)中，提高碼速率就意味著減小碼片的時(shí)間寬度。為了克服這個(gè)困難，可以把頻域看作另外一“維”，同時(shí)在時(shí)域和頻域上進(jìn)行編碼，這就是二維碼，通常也稱(chēng)作跳頻碼。采用跳頻碼進(jìn)行工作的系統(tǒng)稱(chēng)為跳頻光碼分多址系統(tǒng)（FHOCDMA）。目前最常見(jiàn)的跳頻系統(tǒng)的編碼器是多波長(zhǎng)光纖光柵（FBG）。多波長(zhǎng)光纖光柵就是利用光柵寫(xiě)入技術(shù)（如掩模板法）在一根光纖上按照一定順序刻上多個(gè)光柵，并且每個(gè)光柵對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)，即不同的反射譜。光柵之間的距離是根據(jù)系統(tǒng)的碼速率和跳頻碼的情況事先精心設(shè)計(jì)好的。數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制后，耦合進(jìn)入光學(xué)編碼器－多波長(zhǎng)光纖光柵。寬帶光脈沖遇到光柵后，相應(yīng)的頻率分量被反射回來(lái)，剩下的頻率分量繼續(xù)向前傳播，直到被另外一個(gè)光柵反射回來(lái)。被反射回來(lái)的光脈沖具有不同的頻率分量，并且在時(shí)域上有一定的間隔。碼片與相鄰光柵之間的距離之間的關(guān)系可以由下式表示： (21)圖211 采用多波長(zhǎng)光纖光柵的跳頻系統(tǒng)的編碼過(guò)程在（21）式中，為碼片時(shí)間，為光柵中有效群速度指數(shù)，c為真空中光速。一個(gè)大的光脈沖進(jìn)入多波長(zhǎng)光纖光柵后再被反射回來(lái)，形成了具有一定次序的小脈沖串（這個(gè)次序就體現(xiàn)了跳頻碼），這個(gè)過(guò)程就是OCDMA跳頻編碼。圖212為采用多波長(zhǎng)光纖光柵的跳頻系統(tǒng)的解碼過(guò)程。需要注意的是，互相匹配的編解碼器應(yīng)該按相反的方向放置，才能達(dá)到正確解碼的效果。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，如何使這樣的編解碼器達(dá)到可調(diào)諧是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。眾所周知，對(duì)光纖光柵的兩端施加應(yīng)力（拉伸或者壓縮）可以改變其反射譜（或