专利名称：超短脉冲光码分多址系统中多用户检测器实现方法
技术领域：
本发明涉及一种超短脉冲光码分多址系统中多用户检测器实现方法，主要应用于基于超短脉冲光码分多址技术的光纤骨干网、计算机局域网、光纤传感器网络和光纤接入网。
背景技术：
传统的光通信系统都使用强度调制和直接检测，所以光地址码一般取单极性码(0，1)，而不是双极性码(-1，+1)。因此，在对光码分多址系统进行研究的初期，大部分研究都是基于地址码的单极性实现。尽管单极性码在光码分多址系统中应用有自己的优点，但是它们的正交性和容纳的用户的能力较差，而这正是光码分多址系统中选择地址码的主要考虑因素，也限制了光码分多址的实际应用，特别是在高速率的光通信系统。目前，越来越多的学者开始致力于研究如何将双极性码应用于光码分多址系统。
将双极性码应用于光码分多址系统，需要解决光信道只能传输单极性信号的问题。目前，一种较有发展前景的全光双极性码光码分多址的实现途径是超短脉冲光码分多址系统。与传统的时域光码分多址实现方法不同，超短脉冲光码分多址系统就是在携带数据信息的光脉冲的频谱上传输相应的地址码信息，它的具体实现可以有多种不同方案。
在超短脉冲光码分多址系统中，所有用户通过对超短光脉冲的频谱相位进行伪随机编码和解码，共享光信道。超短脉冲光码分多址系统可以采用正交性较好的双极性地址码，在一定程度上抑制了多址干扰，但双极性地址码之间不可能完全正交，从而使多址干扰依旧存在，且是影响系统性能的主要干扰源，使得采用传统单用户检测器的系统性能在大容量的情况下变得很差，因此有必要采取措施以抑制多址干扰。
消除多址干扰的传统方法包括①选择正交性好的地址码；②功率控制；③纠错机制；④在接收端放置光硬限幅器(optical hard-limiter)等。
然而以上这些方法各有许多局限性，不能理想地解决多址干扰问题。与这些消极方法相比，一种较积极的方法是采用多用户检测技术。多用户检测技术已被广泛应用于无线码分多址系统(特别是第三代移动通信系统)和时域实现的光码分多址系统，以抑制多址干扰对系统性能的影响，但它在超短脉冲光码分多址系统中的应用还是一个空白，国内外尚无相关研究成果的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超短脉冲光码分多址系统中多用户检测器实现方法，在较低计算复杂度的代价下，较好改善系统的误码率特性。
为实现这样的目的，本发明将多用户检测的概念应用于超短脉冲光码分多址系统，采用一种多级结构的多用户检测器------光电混合并行干扰消除(OEH-PIC)检测器。
限于目前的客观条件，与全光的检测器结构相比，光电混合的检测器结构更经济实用，对其进行研究更具有实际意义，所以本发明的研究针对光电混合的检测器来进行。又由于在光纤通信系统中，光纤非线性特性是客观存在的，而远近效应的问题比较容易解决，且光传输信道中不存在衰落的现象，所有用户的功率可以假设相等，所以本发明采用非线性的并行干扰消除检测器结构。
本发明利用传统单用户检测器作为第一级检测器，以后各级都在前一级检测的基础上重建多址干扰，作为重新判决的依据。本发明的计算复杂度与系统中的用户数和检测器的级数都成线性关系，从而在控制计算复杂度的前提下，可抑制多址干扰对系统性能的影响，改善大容量系统的误码率特性。
本发明设计的光电混合并行干扰消除检测器采用多级结构，若令i(K)(j)表示第k个用户的第i个数据bi(k)的第j级估计值，采用速率可加性泊松多址光电检测器模型，则在第j+1级对bi(k)进行估计的判决准则为b^i(k)(j+1)=sgn[zi(k)(j)-P0/2],j≥1]]>其中P0为超短光脉冲的功率峰值，zi(k)(j)为第j+1级检测的判决统计值(decisionstatistics)。为了简化设计和减少计算量，可以采用传统单用户检测器作为第一级检测器。
假设OEH-PIC检测器一共二级(J＝2)，则二级OEH-PIC检测器的执行步骤如下1)基于光纤自相位调制(SPM)的非线性鉴别器(nonlinear discriminator)被用来检测系统接收端的解码器输出信号的峰值功率，并在一定程度上抑制其他用户的信号。
2)雪崩光电检测器(avalanche photodetector)将检测到的光信号转换成电信号，并进行采样，获取某个采样时间第一级检测的判决统计值。
3)对所有用户的信号并行地执行第一级检测(即传统单用户检测器)，将上述判决统计值与大小为一半发送信号幅度的判决门限进行比较，以获取所有用户在上述采样时间的数据的第一级估计值。
4)根据上一步骤得到的所有用户的数据的第一级估计值，并行地重建所有用户数据所受到的多址干扰的估计值，任何一个用户对其他用户的干扰都参照发送信号的模式重建。
5)对步骤2得到的第一级检测的判决统计值进行一个数据比特的时延，并从中减去上一步骤得到的多址干扰的估计值，其结果作为第二级检测的判决统计值。
6)对所有用户并行地执行第二级检测，将上一步骤得到的判决统计值与大小为一半发送信号幅度的判决门限进行比较，以获取所有用户在前一个采样时间的数据的第二级估计值，此结果即为二级OEH-PIC检测器最终得到的结果。
7)当OEH-PIC检测器的级数J＞2时，根据所有用户数据的上一级估计值，只需要重复执行上述步骤4、5、6即可，每重复一次级数增加一级、数据比特延迟一次，在最后一级得到结果。
本发明的超短脉冲光码分多址系统中多用户检测器实现方法，采用二级OEH-PIC检测器已能得到满意的效果，在抑制多址干扰方面具备较强的能力。本发明可根据系统的实际情况，灵活地选择检测器级数，最终检测的结果可满足高速光通信的需要。
本发明采用对所有用户的检测并行进行的方式，在保证系统总体性能的同时减少信号的处理时延。本发明的计算复杂度与系统中的用户数和检测器的级数都成线性关系，从而在控制计算复杂度的前提下，抑制了多址干扰对系统性能的影响，极大地改善了大容量系统的误码率特性。
图1为本发明采用J级OEH-PIC检测器的实现框图。
图2为本发明采用二级OEH-PIC检测器的系统误码率与传统单用户检测器的系统误码率之间的比较。
具体实施例方式以下结合附图并通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
图1为本分发明采用J级OEH-PIC检测器的实现框图。
为了获取对所有用户的第i个数据向量bi的第j(1≤j≤J)级估计值i(j)，需要知悉i-1(j-1)、i(j-1)和i+1(j-1)。逐级类推，为了获取i(j)，需要知悉第一级估计值i-(j-1)(1)、…、i(1)、…、i+(j-1)(1)，从而需要时延(j-1)Tb(Tb为数据比特周期)。由于每一级检测中重建多址干扰i(k)(j)所需要的操作不超过2(M-1)次加法，J级检测共需要2(J-1)(M-1)次操作，所以J级OEH-PIC检测器的每二进位时间复杂度(TCB)为O(2JM)，与系统中的用户数和检测器的级数都成线性关系，计算复杂度较低。
图2比较了采用二级OEH-PIC检测器的系统误码率与采用传统单用户检测器的系统误码率之间的比较，其中选用的参数为M＝100，频谱相位编码的码长N0＝127，系统工作于随机方式。从图2可以看到，与传统单用户检测器相比，二级OEH-PIC检测器使系统的误码率性能得到很大的改善，同样使误码率达到10-10，后者比前者节省信噪比(SNR)约2dB。另外，若采用二级OEH-PIC检测器，随着信噪比的增加，多用户系统的误码率与单用户系统的误码率之间没有明显的扩散性。以上这些结果都验证了OEH-PIC检测器在抑制多址干扰方面所具备的能力。
本发明的一个实施例工作于随机方式的超短脉冲光码分多址系统，采用J＝2级OEH-PIC检测器，其在第i个采样时间的具体执行步骤为1)基于光纤自相位调制的非线性鉴别器被用来检测系统接收端的解码器输出信号的峰值功率，并在一定程度上抑制其他用户的信号。
2)雪崩光电检测器将检测到的光信号转换成电信号，并进行采样，获取第i个采样时间第一级检测的判决统计值zi(k)(0)(1≤k≤M，M为系统用户数)。
3)对所有用户的信号并行地执行第一级检测(即传统单用户检测器)，将上述判决统计值与大小为一半发送信号幅度的判决门限进行比较，以获取所有用户在第i个抽样时间的数据的第一级估计值i(k)(1)。
4)根据上一步骤得到的所有用户的数据的第一级估计值，并行地重建所有用户数据所受到的多址干扰的估计值，任何一个用户对其他用户的干扰都参照发送信号的模式重建。若用i(k)(1)表示bi(k)所受到的多址干扰的第一级估计值，则有I^i(k)(1)=Σm≠kb^i(m)(1)rkm(-τkm)+Σm≠kb^i-1(m)(1)rkm(Tb-τkm)+Σm≠kb^i≠1(m)(1)rkm(-Tb-τkm)]]>
其中rkm(t)=P0N0sinc(Ωt2π)Σn=-NNexp{-j[nΩt-φen(k)+φen(m)-φkm]}]]>Ω＝W/N0，W为超短光脉冲的频谱宽度，N0＝2N+1为频谱相位编码的码长， 为取值范围为{0，π}的相位编码伪随机序列，τkm、φkm分别为第m个用户相对于第k个用户的时延和相位差。
5)对步骤2得到的第一级检测的判决统计值进行一个数据比特的时延，并从中减去上一步骤得到的多址干扰的估计值，其结果作为第二级检测的判决统计值zi(k)(1)。
6)对所有用户并行地执行第二级检测，将上一步骤得到的判决统计值与大小为一半发送信号幅度的判决门限进行比较，以获取所有用户在第i-1个采样时间数据的第二级估计值，此结果即为二级OEH-PIC检测器最终得到的结果。
图2比较了采用二级OEH-PIC检测器的系统误码率与采用传统单用户检测器的系统误码率之间的比较，其中选用的参数为M＝100，频谱相位编码的码长N0＝127，系统工作于随机方式。从图2可以看到，与传统单用户检测器相比，二级OEH-PIC检测器使系统的误码率性能得到很大的改善，同样使误码率达到10-10，后者比前者节省信噪比(SNR)约2dB。另外，若采用二级OEH-PIC检测器，随着信噪比的增加，多用户系统的误码率与单用户系统的误码率之间没有明显的扩散性。以上这些结果都验证了OEH-PIC检测器在抑制多址干扰方面所具备的能力。
权利要求
1.一种超短脉冲光码分多址系统中多用户检测器实现方法，其特征在于采用多级结构的光电混合并行干扰消除多用户检测器，利用传统单用户检测器作为第一级检测器，以后各级都在前一级检测的基础上重建多址干扰，作为重新判决的依据，检测器的执行步骤如下1)采用基于光纤自相位调制的非线性鉴别器，检测系统接收端的解码器输出信号的峰值功率，并抑制其他用户的信号；2)利用雪崩光电检测器将检测到的光信号转换成电信号，并进行采样，获取某个采样时间第一级检测的判决统计值；3)对所有用户的信号并行地执行第一级检测，将上述判决统计值与大小为一半发送信号幅度的判决门限进行比较，以获取所有用户在上述采样时间的数据的第一级估计值；4)根据所有用户数据的第一级估计值，并行地重建所有用户数据所受到的多址干扰的估计值，任何一个用户对其他用户的干扰都参照发送信号的模式重建；5)对第一级检测的判决统计值进行一个数据比特的时延，并从中减去上一步骤得到的多址干扰的估计值，其结果作为第二级检测的判决统计值；6)对所有用户并行地执行第二级检测，将上一步骤得到的判决统计值与大小为一半发送信号幅度的判决门限进行比较，以获取所有用户在前一个采样时间的数据的第二级估计值；7)当级数大于二时，根据所有用户数据的上一级估计值，重复以上步骤，每重复一次级数增加一级、数据比特延迟一次，在最后一级得到结果。
全文摘要
一种超短脉冲光码分多址系统中多用户检测器实现方法，采用光电混合检测的形式，具有并行干扰消除的多级结构，利用传统单用户检测器作为第一级检测器，以后各级都在前一级检测的基础上重建多址干扰，作为重新判决的依据。本发明的计算复杂度与系统中的用户数和检测器的级数都成线性关系，从而在控制计算复杂度的前提下，抑制了多址干扰对系统性能的影响，极大地改善了大容量系统的误码率特性。
文档编号H04M15/00GK1487692SQ0312905
公开日2004年4月7日 申请日期2003年6月5日 优先权日2003年6月5日
发明者张海滨, 黄培中, 宋文涛, 李荣玉, 李毓麟 申请人:上海交通大学