使用扩频法的光纤通信的制作方法

专利名称：使用扩频法的光纤通信的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在光纤网中使用扩频法的方法，并特别涉及一种使用扩频法的光纤网。
在使用时分多址(TDMA)的局域网(LANs)中遇到的一个问题是当在同一网络中的用户量大到几百个的时候，必须提高比特率以向所有用户提供足够的带宽。这就必须在网络中的任何地方都使用以相当高的速率运行的电子电路，即使是网络中单个节点或终端所使用的实际带宽非常小。
缓解此问题的一个办法是在光纤网中使用波分复用(WDM)，但由于这样通常意味着必须采用可调激光器、可调滤波器和波长稳定，所以费用会很高。已经提出的另一个解决办法是在光学领域(optical domain)中使用某种形式的扩频技术，见J.光波技术Vol.11，No.5/6，May/June1993，pp.854-864中M.E Marhic的“相干光CDMA网络”，授予J.Foucard的题为“Système de transmission multiaccès integral simultanésur ligne de transmission par fibres optiques”的公开的欧洲专利申请0 027 413，它对应于美国专利4,335,463，授予G.J.Foschini和G.Vannucci的题为“光波通信系统”的公开的欧洲专利申请0 240124，授予P.Chua等人的题为“用于通信网络的光学协议”的美国专利5,519,526。这也称作码分多址(CDMA)。这里有几个与所提出的解决办法有关的问题。正如在引用的Marhic的论文和引用的美国专利中公开的解决办法一样，它们通常要求使用短脉冲和/或专用装置以进行光谱编码和解码。这些都不是标准元件，因而会很贵。在引用的欧洲专利申请0 240 124中提出的另一个解决办法仍然需要可调滤波器以锁定发射激光器的波长。
大多数现有的详细描述光纤通信中使用CDMA或扩频技术的文章和专利使用的是光谱的扩展。这通常意味着解扩也要光学地进行。考虑到元件的因素，这是非常困难且昂贵的。然而，在引用的欧洲专利申请0 027413中公开了一种在电学领域(electrical domain)中进行扩展的系统，但其中信号在基带保存，不需要任何副载波和/或控制信道。
在引用的欧洲专利申请0 240 124中，扩展就这样在光学领域中进行，而且尽管在发射机中没有波长控制，但在接收机中需要扫描可调滤波器以锁定输入信号并建立连接。
在引用的美国专利5,519,526中使用了光信号的光谱编码，它需要使用非常短的脉冲(以获得足够的光谱宽度)和一个可重新组合的相板(a reconfigurable phase plate)(用于光谱编码)。这在实际中不是容易或便宜的。
日本专利申请JP 5/268658公开了一种用于在使用CDMA的移动电话网中的交换台和多个基站之间进行传输的系统。来自交换台的电RF信号转换成光的形式并且在光纤上发送到基站的天线。
在公开的英国专利申请GB 2 125 253中公开了一种使用码分多址扩频技术的数据通信系统。信息调制到准随机比特流上。所使用的调制技术还称作伪噪声调制，而且在发射机侧，调制的RF载波在调制器中经过不规则倒相。该倒相由来自码发生器的信号控制，其中该发生器特别为每个目的地(destination)产生伪随机比特序列。调制数据叠加到这个比特序列上。最终的波形应用到平衡调制器，它对于一个0比特保留未变化的RF载波而对于一个1比特产生倒相。该平衡调制器是一个可馈给光缆的线性激励器(liner driver)。
本发明的一个目的是提供一种经光纤网传送电数字信号的方法，其中该光纤网采用的CDMA允许使用标准的且基本上不很贵的装配元件，如可调激光器或滤波器。
本发明的另一个目的是提供一种光纤网，它适合于作为LAN而采用，并且能够通过使用标准的且基本上不很贵的装配元件来实施。
本发明的另一个目的是提供一种光纤网，其中用于建立连接的数据信道易于实施。
本发明的另一个目的是提供一种光纤网，它能够以允许较小或较大容量的灵活方式而构建。
这样，可在诸如LAN的光纤传输中使用诸如CDMA的扩频调制，其中该调制是在转换成光信号之前的射频上进行的，而不是直接在光频进行扩展。TDMA调制的控制信道被使用并且使用一个或多个CDMA调制或类似调制的数据信道。
在电学领域中进行扩频的事实允许使用现在已经开发的标准元件，例如用于使用CDMA或其某种改进版的移动电话系统。几个不同的实施例具有不同性能、成本以及复杂性将是可能的。在一个最简单的实施例中，波长控制和滤波器是没有必要的，这就可以构建一个低成本系统。
这样，电数据信号与扩展码相乘，这种方法称作直接序列CDMA，随后使用所得结果来调制RF副载波。用于在两终端之间建立连接的控制信道可作为使用诸如“以太网”类型协议的冲突检测的基带中的TDMA信道来执行。另外一个则是把扩频数据信号保存在基带中并且把控制信道置于副载波上。再另外的一个则是把数据和控制信道均置于副载波上。总之，这两个信号相加，并且所得结果或相加的信号随后用来调制具有足够带宽的光发射装置的强度。
这样，通常在基于局域网的光纤中提供控制信道，它使用具有冲突检测的TDMA以用于建立连接，该控制信道置于一个RF副载波上，而使用CDMA或类似扩频法的另外一个或其它几个扩频数据信道在一个或其它几个RF信道上。通常采用了术语“副载波”的所使用的副载波中的一个可以是基带。连接可能是点对点或是某种情况下的广播。如果几个RF副载波用于数据信道，则每个副载波可有不同的比特率和码序列长度。总之，从一个终端到其它几个终端的几个同时连接是可能的。光发射装置的波长控制是没有必要的。
这种一般方法的一个可能的扩展是使用WDM。那样，可得到的光谱分成几个频带，每个频带采用如上所述的全部系统。控制信道对于所有的频带来说是公用的，并且可分配其自身的频带。
引用的欧洲专利申请0 027 413公开了如上所述的一种系统，它在电学领域中采用扩频并且把信号放置于基带中，而不使用副载波和/或控制信道。这里所述系统的优点在于灵活性增加且容量增大，特别是在使用多个副载波的时候。例如，它允许一个终端到其它几个终端的同时连接，仅使用一个光学接口来传送不同的数据。
当把输入到光纤上第一端的电数字信号从该端传输到第二端的时候，通过使用扩频法可首先扩展该信号，随后将其调制到射频副载波上，即具有确定且固定频率的电谐波振荡，最后转换成在光纤上传送到第二端的光信号，在第二端以相反的顺序对接收的光信号基本上执行了反向操作，从而获取了原始的电数字信号。
更确切地说，在第一端通过使用诸如CDMA或跳频的某种扩频调制方式，电数字信号被扩展，从而产生扩频调制的电信号，这个扩频调制的电信号随后调制到射频副载波上，例如通过调幅，从而产生调制的副载波信号，这个调制的副载波信号用于调制单色光波的幅度，从而产生调制的光波，并且这个调制的光波在光纤上传送到第二端。在第二端通过检测光功率并且产生与那个功率等值的电信号，从光纤上接收的调制光波转换成电信号，这个电信号在射频副载波的频率下解调，从而产生解调的扩频电信号，通过使用与在第一端使用的扩频法相对应的解扩法，这个解调的扩频电信号被解扩，从而产生对应于输入到第一端的电数字信号的数字电信号。
那么，根据上面所讨论的网络将至少包括两个终端，它们通过光纤连接。一般地，控制信道置于RF副载波上，并且通过使用扩频法产生的至少一个扩频数据信道置于一个不同的副载波上或分别置于多个不同的副载波上，这里的RF副载波采用通常的含义，这样，所使用的副载波中的一个可以是基带，即具有等于零的频率。
那么对于数据信道在副载波上的情况来说，一个终端中的发射机或发射装置可包括扩展装置，用于通过使用扩频法扩展第一电数字信号以产生扩展的电信号，该直接序列CDMA的扩展装置包括一个乘法器和一个扩展码信号发生器；与扩展装置连接的调制装置，用于把扩展的电信号调制到射频副载波上以产生调制的电信号，该射频副载波具有一个数百MHz的相当高的非零频率，该调制装置包括一个多路复用器或混频器和一个RF振荡器，以及；与调制装置连接的转换装置，用于把电信号调制到光波上以产生光信号并且连接到光纤上，以用于在光纤上传送光信号。
对于控制信道来说，发射装置可进一步包括求和或加法装置，该求和或加法装置连接在调制装置和转换装置之间并且其第一输入端与调制装置连接而其输出端与转换装置连接。加法装置的第二输入端被连接以接收第二电数字信号，随后该信号在被转换装置调制之前添加到调制的信号上。
在相同情况下的接收机或接收装置包括与用于接收光信号的光纤连接的转换装置，用于把光信号特别是其功率转换成电信号；与转换装置连接的解调装置，用于把电信号解调为解调的电信号，以及；与解调装置连接的解扩装置，用于通过使用扩频法解扩解调的电信号以产生与第一电数字信号对应的解扩的电信号，该扩频法与发射装置中使用的方法相对应，直接序列CDMA的情况下，解扩使用相同的扩展码。
对于数据信道来说，接收装置可进一步包括分离(splitting)装置，它连接在转换装置和解调装置之间，其输入端与转换装置连接。该分离装置把由接收的光信号转换来的电信号分离成低频电信号，它对应于第二电数字信号并且提供到分离装置的第一输出端，并且在分离装置的第二输出端提供高频电信号，该第二输出端与解调装置连接。
本发明的其它目的和优点将在随后的描述中提出，并且通过描述可以部分地表现出来，或者通过本发明的实践可以认识到。通过附录的权利要求书中特别指出的方法、过程、设备和组合可实现和获得本发明的目的和优点。
尽管在附录的权利要求书中特别提出了本发明新颖的特点，但对本发明组织和内容的全面理解以及其上述和其它的特点可通过参考附图随后提出的非限制实施例的详细描述来获得，并且可以更好地认识本发明，其中

图1a是具有置于RF副载波上的扩频数据信号以及在基带中的控制信道的一种简单基本系统的电子频谱(electrical spectrum)图，图1b是在使用单模激光器并且只有一个光发射机是有效的情况下，源于图1a的电子谱的光谱图，图2a是具有在基带中的扩频数据信号并且置于RF副载波上的控制信道的另一种简单基本系统的电子谱图，图2b是在使用单模激光器并且只有一个光发射机是有效的情况下，源于图2a的电子谱的光谱图，图3是使用图1a和1b或图2a和2b分别示出的调制方式的光纤LAN的示意图，图4a和4b是分别用于在基带中具有控制信道的一种简单基本系统的发射机和接收机的操作原理的示意框图，图5a和5b是分别用于在基带中具有CDMA数据信道的一种简单基本系统的发射机和接收机的操作原理的示意框图，图6a和6b是分别用于具有使用基带控制信道的多个RF副载波和两个可能的同时连接的一个多连接系统的发射机和接收机的操作原理的示意框图，图7是为三个约为1550nm的WDM频带分配的光谱实例图，其中每个WDM频带是4nm宽并且在其间具有1nm的防护频带。
图3示出了包括多个终端1的光纤局域网。每个终端1包括与各自光纤端点连接的光发射机3和光接收机5，而光纤的另一端则与星耦合器(star coupler)7连接，它包括光组合和光分离元件。这样，终端1从还称作用户的某种未示出的源接收电信号，该电信号转换成适当的光信号并且由发射机3在与发射机连接的光纤上发送，该光信号在星耦合器中以某种方式传送到与另一终端1中的接收机5连接的另一条光纤上。这个接收机5随后把接收的光信号转换成可提供给未示出的某个用户的适当的电信号。
在图3示出的光纤网中使用了扩频调制方式，其中输入到终端1的电数据信号可与扩展码相乘，这种方式称为直接序列CDMA，随后得出的结果用来调制RF副载波，见图1a所示的要在网络中传送的信号的电子谱图。用于在两个终端1之间建立连接的控制信道是作为使用冲突检测的TDMA信道而执行的。如图1a的谱图所示，该控制信道可置于基带中。另一方面，如图2a的电子谱图所示，转换成扩频电信号的数据信号可置于基带中而控制信道置于副载波上。再另外的一个方案则是把二者均置于副载波上，这种情况未在图中示出。
两信号电学相加，随后使用所得信号调制终端中光发射机3的强度，其中该终端必须具有对应于调制宽度的足够带宽。所得光谱在图1b和2b的图中示出。
以最简单方式执行的每个接收机5只有一个光电探测器以将输入的光信号转换成电信号。电滤波器可以分离数据信号和控制信道。在下变频和低通滤波之后，如果需要的话，则通过与标准CDMA系统中的相应码序列相联系来选择希望的信号。
这样就建立了单向信道，它可用于点对点传输或用于广播传输。为了在两个终端之间建立双向连接，则需要两个这样的信道。
上述实施例的几种变化和扩展可能具有不同的成本并且因此而产生不同的特点和性能；*不使用如上所述的直接序列CDMA，而使用跳频或CDMA与跳频的组合。
*为了避免在网络中存储有关每个终端1的扩展码信息，该终端可在建立连接期间使用控制信道交换那些信息。
*可使用几个RF副载波频率，这就要求在发射机3中有多个扩展和调制装置并且在接收机5中有多个解扩和解调装置。这样可允许从一个终端1到其它多个终端1的同时连接。
*不同比特率可与不同副载波一起使用。
*通过使用WDM可提高网络容量，并且随后可定义几个频带。在这种情况下，控制信道可具有自己的频带。
下面将讨论上述通用原理可能的几种执行情况。通常，较复杂的执行情况具有较好的性能，但成本也会更高。系统设计要考虑的一个主要参数是所希望的或可获得的带宽。
在只有一个控制信道和一个数据信道的基本系统中，只使用一个副载波，其中扩频数据信号调制到副载波上或扩频数据信号与副载波相乘，见图1a，1b和图4a，4b中的发射机和接收机电路的框图。而该控制信道可调制到副载波上，见图2a，2b以及图5a，5b的发射机和接收机电路的框图。
分别用于控制信道在基带的情况下的图4a，4b的发射机和接收机电路的框图只示出的相关电路的运行原理。在实际实施例中可能需要另外的某些滤波器、放大器和控制电路，但这些可由本技术领域的普通技术人员轻易地引入。
在图4a示出的发射机电路3中，输入的数据信号通过在乘法电路41中与扩展码相乘而扩频，其中该输入的数据信号使用调幅并且是具有表示二进制数位1和0的逻辑电平“+1”和“-1”的公用脉冲串，而该扩展码来自于扩展码发生器43以便于执行直接序列CDMA。该扩展码是由一个相似的电子逻辑电平“+1”和“-1”的平衡序列组成(直接序列CDMA与π或180°相调制等值)。所得结果在低通滤波器45中滤波并随即通过向乘法电路49提供来自滤波器45的扩展码信号和来自发生器47的RF信号而用来调制RF发生器47中产生的RF副载波。乘法电路49的输出信号提供给求和或加法电路51，其中还向电路51添加了控制单元53中产生的也是调幅型脉冲串的控制信号。电信号之和提供给光发射装置55，在其中用它来调制光发射装置产生的单色光波的强度。随后，由此得到的调制光信号发送到与光发射装置55的输出端连接的光纤上。
图4b示出的接收机电路5包括光电探测器61，它与来自耦合器7的光纤连接，见图3，以用于接收在光纤上传播的光信号。光电探测器61可以是一个检测光功率并将其转换成相应电信号的某种类型的光探测器。电信号提供到分裂滤波器63，在其输出的第一端产生直接是控制数据信号的电信号的低频部分，并且在其输出的第二端产生包括调制的RF波的高频部分。该控制数据提供到控制单元65并且随后必须解调RF波。这样，它首先在乘法电路67中与未调制的RF波相乘，该未调制的RF波在具有与发射机中的RF发生器47所产生的RF波相同频率的振荡器69中产生。该相乘或混合的信号随后在低通滤波器71中滤波并由此提供给第二乘法电路73，而在乘法电路73的另一个输入端接收来自用于扩展码产生和同步的单元75的扩展码。乘法电路73的输出信号提供给判定电路77，该判定电路77包括用于以传统方式确定接收的信号是否包括“1”或“0”的逻辑电路。判定单元77的输出信号是经网络传送的所希望的电数据信号，并且以某种方式发送给终端的用户。这个输出信号还提供到扩展码发生和同步单元75以允许其形成同步。
不同于上面所描述的基本系统则包括控制信道的调制，而且图5a和5b分别示出了这种情况下的发射机和接收机电路的框图。与上述发射机和接收机电路的方式相同，图5a和5b的框图只示出了相应电路的运行原理。实际上可能还需要另外的滤波器、放大器和控制电路。在图5a和5b中，与图4a和4b中相同的参考数字用于相同或相应的元件。
通过在乘法电路41中把由用户输入的数据信号与扩展码相乘，图5a中的发射机电路3扩展该数据信号，其中乘法电路41在其一个输入端接收数据信号而在其另一个输入端接收来自上述扩展码发生器45的扩展码。该扩展信号在滤波器45中低通滤波，并且滤波器45把滤波信号提供到求和或加法电路81的输入端。如上所述，控制信号在控制单元53中产生并且通过把控制信号和来自发生器47的RF信号提供到乘法电路83，该控制信号调制到RF发生器47产生的RF副载波上。乘法电路83的输出信号提供给加法电路81的另一个输入端，其中还向加法电路81添加了码扩展、滤波数据信号。电路81中产生的总和发送给光发射装置55，以用于调制光发射装置产生的光波。同上面一样，由此产生的调制光波信号传送到与光发射装置55的输出端连接的光纤上。
图5b示出的接收机电路5包括与图4a相同的光电探测器61，它与从耦合器7伸出的光纤连接，见图3。探测器61产生的电信号提供给分裂滤波器63，在其第一输出端产生直接是码扩展数据信号的电信号的低频部分，并且在其第二输出端产生包括调制的RF波的电信号的高频部分，该调制的RF波包括要被解调的控制数据信号。高频信号首先在乘法电路85中与在振荡器69中产生的与发射机中产生的RF波频率相同的未调制RF波相乘。相乘信号随后在低通滤波器87中滤波并由此提供给控制单元65。通过以与上述相同的方式把码扩展数据信号提供给乘法电路73的输入端来“解扩”码扩展数据信号，而在乘法电路73的另一个输入端接收来自扩展码产生和同步单元75的扩展码。乘法电路73的输出信号提供给判定电路77。判定单元的输出信号是所希望的电数据信号，并且它还提供给扩展码发生和同步单元75以允许其形成同步。
现在将讨论用于不同情况的带宽要求。调制RF副载波的最小频率总是高于码片率(chip rate)，即高于扩展码的比特率。如果我们把控制信道置于RF副载波之上，则其最小频率仍应高于码片率。
码片率根据所希望的比特率和允许接入网络的用户或终端1的最大数来确定。最大终端数根据可获得的码序列数和这样的码序列的长度来确定。一般说来，在一个直接序列CDMA系统中，输入数据信号的码片率与比特率之比等于码序列的长度，即在码序列中的比特数。该扩展信号的(有用的)带宽约为码片率。
这意味着副载波RF频率必须高于图4a和4b示出的其中使用了基带中的控制信道的情况下的码片率。例如，对于一个2Mbits/s的信号比特率和一个127比特的码序列来说，码片率应当约为250MHz。这样可使用300MHz的副载波频率，它提供50和550MHz之间的信号频谱，并且留出比只占用约10MHz的10Mbits/s的基带控制信道所要求的要大的空间。
另一方面，如果我们把扩展数据信号保存在基带中，那么我们仍可使用300MHz的副载波用于控制信道。但是现在频谱只扩展到约310MHz。这样，把控制信道放置在副载波之上将允许更小的频谱宽度。
这种系统可容纳的用户数根据所使用的码序列来确定，这已经在已有技术中大量讨论过，该码序列的每个码片宽必须有一个尖锐的自相关峰值，以允许在扩展码产生和同步单元75中产生同步，并且具有一个低的互相关，以便于获得良好的干扰抑制。众所周知的标准码包括M-序列、Gold-码和Kasami-码，它们均可通过使用具有反馈抽头的移位寄存器来产生。例如，使用通过长度为n的两个移位寄存器产生的Gold-码，可获得长度为N＝(2n-1)的(2n+1)个码序列，其中n不能是4的倍数。那么，因为没有移位，所以自相关值等于N，否则为-1。不同码序列之间的最大互相关值是(2[(n+2)/2]+1)。一个127比特的码序列可通过使用n＝7产生，它给出129个不同码序列、一个为127的自相关峰值和一个为17的最大互相关。
用于在两终端之间建立连接的控制信道可作为使用了使用“以太网”类型协议的冲突检测的TDMA信道来执行。也可使用诸如“标记环(Token Ring)”的其它方法。通常将使用调幅。在两终端之间建立双向通信的协议序列框架可如下所述1.如果终端A想要与另一端B建立通信信道，那么它经控制信道发射连接请求，该请求由终端A的控制单元53产生。它还能发射码序列，如果它不被终端B所知则使用该码序列。
2.终端A等待终端B的应答并且如果B没有响应的话，再一次以随机间隔发送请求。
3.来自终端B的回答或者是因为这个终端忙而拒绝连接，或者是告诉终端A可开始传送，如果需要的话，终端B还可以发送码序列以使用它来经返回信道传送。
每个终端的发射机的码序列可以是固定且被其它终端所知道的，或者为了简化管理，这些码序列在每个连接建立过程中可在控制信道中发射。后面的方法要求接收机中的扩展码可被编程。这便于广播传输，即一个终端向其它多个终端发送相同的数据。另一方面，接收机的码可以是固定的并且发射机是可编程的，但这样则不允许广播。
在发射机3中使用的光发射装置55必须具有足够的带宽来发送调幅的信号。根据带宽和功率要求，这些装置可以是诸如发光二极管(LED)、直接调制的半导体激光器或包括调制器的激光器。这里没有对光发射装置的波长控制要求，这是因为所有的过程是在电学领域中进行的。正如已经指出的，接收机5中的光电探测器61将把在所有相关波长的光谱能量相加。这样则允许使用便宜的多模Fabry-Perot激光器。
正如结合图3所描述的，发射机3中的所有光发射装置55产生的光彼此耦合并且在与接收机5连接的光纤中分裂，其中该接收机5在某种如图3示出的星耦合器的装置中。如果没有足够的功率预算，则必须为某些光纤使用光学放大器，但这样通常是很贵的。
基本系统的简明扩展是为通信信道添加几个副载波，为的是获得具有多个RF副载波的单个连接。与分别参考图1a，1b，4a，4b和图2a，2b，5a，5b所述的基本系统的唯一不同在于设计发射机和/或接收机来选择正确的副载波。要使用的副载波上的信息可在连接建立期间通过控制信道进行交换。不同比特率和码长可用于不同副载波。例如，如果我们要求的高带宽(high bandwidth)连接远远少于较低带宽(lowerbandwidth)连接，那么我们可以使用更小的码长，这就允许更少量的用户并且降低了所使用的频带宽度。值得研究的是，双向连接中的两个方向可使用不同的副载波，这将允许异步带宽，这样，一个方向可具有比相反方向多得多的带宽。
在需要的时候，用于高带宽信道的码可以动态分配，例如通过未示出的中心网络管理员，它允许重复使用并且允许终端比码多。
为了免除必须在连接的一端进行调谐，发射机或接收机可使用固定副载波。主要是如果所有的连接都具有相同比特率的话，那么这将是现实的。然而，通过使用现代电子电路，成本的差异会非常小，并且可能不值得由此引起的复杂性的损失。
作为在300MHz副载波上使用10Mbits/s的控制信道和2Mbits/s的基带信道，具有127比特码长的前述系统的一个例子可添加载有31比特码长的10Mbits/s信道的650MHz的副载波。这将给出33个高速信道并且把所使用的全部频谱扩大到约960MHz。
当安排多个副载波的时候，从一个终端到若干个不同终端的同时连接(该数目小于等于RF副载波数)是可能的，这样得到了具有多个RF副载波的称作多个连接的情况。当然这需要更多的硬件。有多少个允许的连接就需要多少个发射机3中的“扩频器+调制器”以及接收机5中的“解扩器+解调器”。如果它们的数目与副载波数相同，则它们不需要可调。
该控制信道仍然能以与上面相同的方式实施。允许两个同时连接的发射机和接收机的例子由图6a和6b的框图示出。至于结合图4a，4b和5a和5b描述的发射机和接收机电路，这些框图仅仅示出了相关电路的操作原理。在图6a和6b中，与前述数字相同的参考数字用来指示相同或相应元件。
在图6a示出的用于两个RF子信道的发射机电路中，通过在乘法电路41中把两个不同数据信号与各自的扩展码相乘，这两个数据信号被分别码扩展，其中每个乘法电路均在一个输入端接收数据信号并且在另一个输入端接收来自扩展码发生器43的相应扩展码。每个码扩展信号在相应滤波器45中低通滤波。随后通过把来自滤波器45的码扩展信号和来自相应可调发生器47’的RF信号输送到适用于每个输入数据信号的分开的乘法电路49，则使用每个滤波信号来调制可调RF发生器47’中产生的不同的RF副载波。乘法电路49的输出信号提供给加法电路51’，这些信号在其中彼此相加并且添加到用于发射机的控制单元53产生的控制信号中。该电信号之和输送到光发射装置55，目的是为了调制光纤上发出的光波。
图6b中示出的用于两个RF子信道的相应接收机电路包括光电探测器61，它连接到用于接收光信号的光纤上。探测器产生的电信号提供到分裂滤波器63，在分裂滤波器的第一输出端发送直接是控制数据信号的信号的低频部分，并且在其第二输出端发送包括调制的RF波的高频部分。该控制数据提供到用于接收机的控制单元65。随后包括RF波的探测信号的高频部分必须从两个载波上解调下来。这样，高频部分首先在两个平行乘法电路67中与相应未调制的RF波相乘。这些RF波中的每一个由调谐到产生与发射机中的相应RF发生器47’产生的RF波相同的频率的可调振荡器69’产生。每个相乘或混合的信号随后在低通滤波器71中滤波，每个信号安排一个滤波器，混合的信号从其滤波器提供给另一个乘法电路73的输入端，在另一个输入端接收来自单元75的相应扩展码，单元75用于每个RF信道和数据信号的扩展码产生和同步。乘法电路73的输出信号提供给判定单元77，该判定电路77提供的输出信号是发送到终端用户的所希望的相应电子数据信号。同上面的一样，这个输出信号还提供给扩展码发生和同步单元75，以允许它产生同步。
通过使用WDM技术可显著地扩大具有一个RF副载波的基本系统或具有多个RF副载波的系统的容量。这样，见图7，光谱分成可独立使用的几个频带。在图7中的图表示分配在约1550nm的光谱的三个WDM频带，每个频带是4nm宽，其中1nm的防护频带安排在WDM频带之间。用于建立连接的信息还可包括在传输数据时使用的波长频带。
在这种情况下则需要能精确停留在所希望的频带的具有足够波长精确度的可调带通滤波器和可调光发射装置。光发射机和滤波器要求的精确度将依据波长的宽度来确定。通常这种系统比上述的系统贵，但容量会提高一个与所使用频带数相等的系数。如果使用WDM，令人感兴趣的是可以固定发射机或接收机所使用的波长段，以便于通过用固定或不可调的光发射装置和滤波器代替可调光发射装置或可调滤波器来降低成本。在使用更多硬件的情况下，通过使用波长分用器和/或滤波器，不同波长段的同时连接是可能的。而且，如果系统允许广播传输，那么在接收机处的滤波器必须可调。
通过忽略放置控制信道光电探测器前面的光纤，仍能够以与前面相同的方式执行控制信道。另一个办法是给控制信道分配自己的(固定的)波长段。
现在将讨论信号干扰。除了在其中两个不同的信号互相干扰的码序列之间的普通互相关之外，实际上有三种方式。它们包括(1)在接收机的电子带宽之内使用拍频(beat frequency)在两个光纤之间跳动(beating)；(2)光发射机中的非线性混合产生差与和项；(3)在接收机中的非线性混合。
如果两个激光器的光载波频率变得足够近，那么它们的差别是在接收机的电子带宽之内，否则，如果大于接收机的电子带宽，它将被滤除，这引起了光学载波之间的拍频问题。这主要在使用单模激光器的情况下会出现问题。如果使用LED，则没有相干拍频。如果使用多模Fabry-Perot激光器，该问题仍然存在，但通常只涉及一个或几个模，它降低了拍音的功率，这是因为只涉及了光谱能量的一小部分。避免这个问题的一个方法是使用自脉动激光器，例如用在CD中的类型。唯一的要求是自脉动频率应当至少是将要发送信号的最高频率的两倍。
即使我们得到拍音，我们使用CDMA的事实将显著地降低它的效果，因为接收机中的解扩将扩展拍音并且其带内功率将以该扩展系数降低。剩余功率将呈现得比白噪声多或少。对于没有扩频的控制信道来说，这是不真实的，但这个信道具有非常窄的至多几十MHz的带宽，并且要求光载波精确一致。这仍然可能发生，特别是当有很多个终端的时候，这就是优先使用LED或多模激光器或自脉动激光器的原因。
光发射装置中的非线性主要源于非线性的光-电流(L-I)(light-current)关系。通常，这种非线性对于激光器来说可以是小的，但对于LED来说则是明显的。因为信号通过CDMA编码来扩展，所以如果使用几个副载波并且和控制信道一起使用的话，那么差与和项的最可能的源是RF副载波互相之间的非线性混合。这样将给出窄互调音调(tone)。通过谨慎地选择RF副载波频率，可避免它们在控制信道频带中出现的情况。当它们在一个扩频信号的频带中出现时，接收机中的解扩将扩展它们并且带内功率以扩展系数降低。就如上述的光载波拍频。另外，剩余功率将作为白噪声出现。这将显著降低光发射装置的线性化要求。
通常，接收机中的非线性与光发射装置中的非线性相比是小的并且可以忽略。总之，降低光发射装置中的非线性效应的相同因素也降低了接收机中的非线性效应。
尽管这里图示并描述了本发明的专门实施例，但本领域的普通技术人员将认识到可以轻易地实现很多其它的优点、改进和变化。因而，在本发明更广泛的方案中的本发明不只局限于这里图示和描述的特定细节、代表装置和图示实例。相应的，在不背离附录的权利要求书和它们的同等物所定义的本发明一般概念的精神和范围的情况下，可以进行各种改进。因而应当理解，附录的权利要求书用于覆盖下述的本发明的真正精神和范围内的所有改进和变化。
权利要求
1.一种把输入到第一端的电数字信号从光纤上的第一端传送到第二端的方法，其特征在于通过使用扩频法，电数字信号首先被扩展，随后被调制到射频副载波上以产生调制的电信号，最后转换成在光纤上发送的光学信号并且在第二端作为接收的光信号而被接收，在第二端以相反的顺序对接收的光学信号执行完全反向的操作。
2.一种把输入到第一端的电数字信号从光纤上的第一端传送到第二端的方法，其特征在于在第一端-电数字信号被扩频调制以产生扩频调制的电信号，-扩频调制的电信号调制到射频副载波上以产生调制的副载波信号，-调制的副载波信号用于调制单色光波以产生调制的光波，-调制的光波在光纤上发送到第二端，以及在第二端-在光纤上接收的调制光波转换成电信号，-电信号从射频副载波的频率上解调下来以产生解调的扩频电信号，-解调的扩频电信号被扩频解调制以产生对应于输入到第一端的电数字信号的数字电信号。
3.根据权利要求1-2中的任意一个所述的方法，其特征在于包括控制信息的控制数字信号分别在被转换成光信号之前或在调制单色光波之前分别添加到调制的电或副载波信号上。
4.一种把输入到第一端的电数字信号从光纤上的第一端发送到第二端的方法，其特征在于第一个控制数字信号，该控制数字信号包括用于控制电数字信号的控制信息，并且该电数字信号调制到一个射频副载波上，以及第二个控制数字信号和电数字信号，与第一个不同的第二个控制数字信号使用扩频法而被调制到一个不同的射频副载波上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于在调制中，副载波中的一个包括一个基带。
6.根据权利要求4-5中的任意一个所述的方法，其特征在于在调制第一个的步骤中，第一个使用TDMA调制。
7.根据权利要求4-6中的任意一个所述的方法，其特征在于在调制第二个的步骤中，第二个使用CDMA调制。
8.一种包括至少两个通过光纤连接的终端的网络，特点是用于在光纤上发射光信号的发射装置，该发射装置适用于通过使用扩频法首先把输入到一个终端的第一电数字信号扩展以产生扩展信号，随后把扩展信号调制到具有非零频率，特别是高频的射频副载波上，从而产生调制的信号并且把调制的信号转换成光信号并在光纤上发送光信号。
9.根据权利要求8所述的网络，其特征是用于接收在光纤上发送的光信号的接收装置，该接收装置适用于首先把接收的光学信号转换成电信号，随后把电信号解调以产生解调的电信号，最后通过使用扩频法解扩解调的电信号。
10.根据权利要求8-9中的任意一个所述的网络，其特征在于发射装置把第二电子数字信号添加到调制的信号中以产生添加信号，随后把添加信号转换成光信号并在光纤上传送光信号。
11.根据权利要求8所述的网络，其特征在于发射装置适用于把第二电数字信号添加到调制的信号中以产生添加信号，并随即把添加的信号转换成光信号并且在光纤上传送光信号，以及接收装置适用于接收光纤上发送的光信号，该接收装置适于首先把接收的光信号转换成电信号，随后把电信号分裂成对应于第二电数字信号的低频信号，以及分裂成高频信号，它被解调并最终解扩以产生对应于第一电数字信号的信号。
12.一种包括第一端和第二端以及连接第一端和第二端的光纤的网络，特点是第一端的发射装置，该发射装置包括扩展装置，用于通过使用扩频法扩展第一电数字信号以产生扩展电信号，与扩展装置连接的调制装置，用于把扩展电信号调制到具有非零频率，特别是一高频的射频副载波上，以产生调制的电信号，以及与调制装置连接的转换装置，用于在把调制的电信号调制到光波上以产生光信号，该转换装置进一步与光纤连接，以用于在光纤上发送光信号。
13.根据权利要求12所述的网络，其特征在于发射装置进一步包括连接在调制装置和转换装置之间的加法装置，该加法装置具有第一输入端和第二输入端以及一个输出端，第一输入端与调制装置连接，输出端与转换装置连接，第二输入端被连接以接收第二电数字信号，该信号在调制的信号被转换装置转换之前添加到调制的信号。
14.根据权利要求12所述的网络，特点是第二端中的接收装置，该接收装置包括与光纤连接的转换装置，用于接收光信号并且用于把光信号的能量(power)转换成转换的电信号，与转换装置连接的解调装置，用于解调转换的电信号以产生解调的电信号，以及与解调装置连接的解扩装置，用于通过使用扩频法解扩解调的电信号以产生对应于第一电数字信号的解扩的电信号。
15.根据权利要求14所述的网络，其特征在于发射装置进一步包括连接在调制装置和转换装置之间的加法装置，该加法装置具有第一输入端、第二输入端和一个输出端，第一输入端与调制装置连接，输出与转换装置连接，第二输入端被连接以接收第二电数字信号，该数字信号在调制的信号被转换装置调制之前通过加法装置添加到调制的信号中，以及该接收装置还进一步包括连接在转换装置和解调装置之间的分离装置，该分离装置具有一个输入端、第一输出端和第二输出端，输入端与第二端的转换装置连接，用于接收转换的电信号，并且该分离装置适用于把转换的电信号分离成与第二电数字信号对应的低频电信号并且在分离装置的第一输出端上提供，以及分裂成在分离装置的第二输出端上提供的高频电信号，第二输出端与解调装置连接。
16.一种包括光纤连接的至少两个终端的网络，特点是置于一个射频副载波上的控制信道和通过扩频法产生的在一个不同的射频副载波上或在多个不同射频副载波上的至少一个扩频数据信道。
17.根据权利要求16所述的网络，其特征在于所使用的射频副载波中的一个是一个基带。
18.根据权利要求16-17中的任意一个所述的网络，其特征在于控制信道是TDMA调制。
19.根据权利要求16-18中的任意一个所述的网络，其特征在于至少有一个数据信道是CDMA调制。
20.一种包括通过光纤连接的至少两个终端的网络，特点是用于在光纤上发射光信号的发送装置，该发送装置适用于扩展输入到至少两个终端中的第一个的第一电数字信号，该扩展通过使用扩频法进行以产生扩展电信号，从而，以相当高的频率调制到具有非零频率的射频副载波上的第二电数字信号添加到该扩展电信号，从而产生添加的电信号并且把添加的电信号转换成光信号并在光纤上发送光信号。
21.根据权利要求20所述的网络，其特征是用于接收光纤上的光信号的接收装置，该接收装置适用于首先把接收的光信号转换成所转换的电信号，随后把所转换的电信号分裂成低频信号，该低频信号被解扩以产生对应于第一电数字信号的信号，以及分裂成高频信号，该高频信号被解调以产生对应于第二电数字信号的信号。
22.一种包括第一端和第二端以及连接第一端和第二端的光纤的网络，其特征是第一端中的发射装置，该发射装置包括扩展装置，用于通过使用扩频法扩展第一电数字信号以产生扩展电信号，具有第一输入端、第二输入端和一个输出端的加法装置，第一输入端与扩展装置连接，与加法装置的第二输入端连接的调制装置，用于以特别高的频率把第二电数字信号调制到具有非零频率的射频副载波上，从而产生提供给加法装置的第二输入端的调制的电信号，以便于将其添加到扩展电信号中以产生添加的电信号，与加法装置的输出端连接的转换装置，用于把添加的电信号调制到光波上以产生光信号，并且进一步与光纤连接以用于在光纤上发送光信号。
23.根据权利要求22所述的网络，特点是第二端的接收装置，该接收装置包括；与光纤连接的转换装置，用于接收光信号并且用于把光信号的能量转换成所转换的电信号，具有一个输入端、第一输出端和第二输出端的分离装置，第一输入与转换装置连接，用于把转换的电信号分裂成在分离装置的第一输出端上提供的低频电信号，并且分裂成在分离装置的第二输出端上提供的高频电信号，与分离装置的第一输出端连接的解扩装置，用于通过使用扩频法来解扩低频电信号以产生对应于第一电数字信号的解扩的电信号，与分离装置的第二输出端连接的解调装置，用于把高频电信号解调成对应于第二电数字信号的所解调的电信号。
全文摘要
在一个诸如LAN的光纤网中,通过把电数字信号提供给包括也接收扩展码的乘法器(41)的扩展装置来使用诸如CDMA的扩频调制。调制是由射频的扩展信号构成的,该信号与振荡器(47)产生的副载波相乘,由此数据信号置于RF副载波之上。来自控制单元(53)的控制信道信号添加到调制的信号中,这样,控制信道将位于基带中。相加的信号转换成在输出光纤上传送的光信号。控制信道信号可被使用冲突检测的TDMA调制。在电学领域中进行扩频允许使用移动电话已经开发的标准元件。波长控制和光滤器不是必需的,这样可以构建一个低成本的系统。扩频数据信号还可位于基带中而控制信道置于副载波上,或者数据和控制信道均置于副载波上。
文档编号H04B10/50GK1272989SQ98809750
公开日2000年11月8日 申请日期1998年7月30日 优先权日1997年7月31日
发明者J·P·维伯, P·格拉尼斯特兰德 申请人:艾利森电话股份有限公司