专利名称：基于电域编解码的光码分复用发送和接收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤通信技术领域，具体涉及光接入网中所使用的一种基于电域编解码的光码分复用发送和接收装置。
背景技术：
光码分多址技术(OCDMA)是将码分多址(CDMA)技术与大容量的光纤通信技术相结合的一种通信方式。OCDMA技术与其他复用技术相比，有着支持完全异步传输，对不同的传输协议透明和多用户共享信道的能力等特点。尽管研究者提出了许多的光编解码器设计方案，但是目前为止，仍然没有合适的方法能够制备简单，低成本便于大规模商用的光编解码器。此外，为了能够消除OCDMA系统中光信号的差拍干扰噪声和多址干扰以获得良好的传输性能，需要在接收端使用复杂且昂贵的光阈值器件和光时域门限技术。近年来，由于电器件处理速率的不断提高以及成本的低廉，研究人员提出电域处理的光码分复用系统。2010年日本冲电气工业株式会社(OKI)提出了一种基于电域处理的光码分复用系统。在电域对用户传输数据进行双极性的时域码字直接扩频，并将多个用户的传输数据通过码分复用的方式耦合在一起，最后调制在光信号上通过光纤进行传输。接收端进行光电转换，在电域进行相关信号处理和相应的扩频解码，恢复出目标用户的数据信号。该方案采用大规模集成电路进行电域扩频编码，而在接收端使用CCD解码器和匹配滤波器进行解码，取代了模数转换和数字匹配解码。但值得注意，由于传统的电域CDMA (ECDMA)中的扩频和解扩都是需要在切片同步下进行的，所以对于ECDMA系统来说，不管在上行或是下行链路，在进行电域解码时都要进行切片同步。对于下行链路，可以在OLT轻易的实现切片同步，而对于上行链路，则需要在OLT和各个ONU之间进行一定的反馈控制。在传统的ECDMA技术中，数据速率满足以下公式:数据数率*码字长度(用户数率)=切片数率。式中，码字长度代表能用的码字个数，同时也代表着系统中的用户容量。由于ECDMA方案是对电信号进行时域的直接扩展，电域编解码器必须运行在切片速率上，而电域的处理速度限制着切片速率。如果为了提高用户数量增加码长，则会限制数据的传输速率。因此对于ECDMA方案，提高电编解码器的切片速率是其重点，而电域的处理速率瓶颈在短时间内很难克服。为了克服ECDMA方案的缺点，研究人员提出一种基于电域空间编码的谱域多阶幅移键控调制方式的光码分复用系统。在发送端，利用具有光开关阵列的电域编码器，对多个用户的数据信号进行基于电域的空间编码，形成相应的非相干谱域幅度编码(SAC)信号，产生的k路SAC编码信号通过光调制器分别加载在k个不同的副载波信号上，进行副载波复用后的信号再调制在光信号上进入光纤中传输。光源由相应波长的激光阵列组成，而在接收端使用波分复用器将传输光信号解复用和光电转换后，通过相应的解码器结构进行接收。因为该方案将用户信号在电域进行空间编码，编码后的不同切片信号调制在不同频率的光信号上进行传输，即进行了频域扩展。因此该方案中数据速率与切片速率相等，可以克服电处理速率的瓶颈，提高系统的传输速率。但是该方案在电域编码的过程中，需要光开关阵列，并且副载波复用方案需要多个射频信号源形成副载波复用信号，使用激光器阵列作为光源，提高了系统的复杂度和成本。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于电域编解码的光码分复用发送和接收装置，其具有成本低、体积小和集成度高的特点。为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的:一种基于电域编解码的光码分复用发送装置，主要由具有η个输入端和L个输出端的可编程逻辑器件编码器，光源，L个光调制器，L个光环形器，L个光纤光栅，以及光耦合器组成；其中可编程逻辑器件编码器的η个输入端上各接一路用户信号；光源的输出端与第一光环形器的输入端相连，第一光环形器的透射输出端与第一光纤光栅的输入端相连接，第一光纤光栅的输出端与第二光环形器的输入端相连接；第二光环形器的透射输出端与第二光纤光栅的输入端相连接，第二光纤光栅的输出端与第三光环形器的输入端相连接；依次类推，第L光环形器的透射输出端与第L光纤光栅的输入端相连接；L个光环形器的发射输出端各与一光调制器的其中一个输入端相连，这L个光调制器的另一个输入端分别连接在可编程逻辑器件编码器的L个不同的输出端上，L个光调制器的输出端共同连接至光耦合器的输入端。上述发送装置中，所述可编程逻辑器件编码器主要有η个乘法器，η个串并转换器，以及L个加法器组成；其中每个乘法器的2个输入端分别接一路用户信号和一路扩频码字；每个乘法器的输出端个与一个串并转换器的输入端相连；每个串并转换器均具有L个输出端；每个串并转换器的第一路输出端均连接至第一加法器的输入端上，每个串并转换器的第二路输出端均连接至第二加法器的输入端上，依次类推，每个串并转换器的第L路输出端均连接至第L加法器的输入端上。上述发送装置中，所述光源为放大自发辐射宽带光源。上述发送装置中，所述L的取值范围介于7 993之间。上述发送装置中，所述η的取值范围介于I L之间。一种基于电域编解码的光码分复用接收装置，主要由波分复用器，L个光电检测器，L个解码乘法器，扩频码字运算器，解码加法器和权重乘法器组成；其中波分复用器具有L个输出端，波分复用器每一个输出端各经过一个光电检测器与一个解码乘法器的其中输入端相连，这L个解码乘法器的另一个输入端均与扩频码字运算器的输出端连接，L个解码乘法器的输出端共同连接至解码加法器的输入端，解码加法器的输出端与权重乘法器的输入端相连。上述接收装置中，所述L的取值范围介入7 993之间。上述接收装置中，所述η的取值范围介于I L之间。本实用新型的原理是:各用户数据信号使用不同扩频码字，通过电域编码器进行扩频编码，各用户的编码电信号复用在一起，所有编码信号调制在一组具有不同波长的光信号上进行传输。在接收端使用波分复用器将接收到的光信号先进行波长解复用和光电转换，对各路波长的电信号使用相应的解码器结构即可恢复出目标用户的数据信号。该方法相比较于传统的非相干光码分复用系统，可更好的消除差拍噪声和多址干扰带来的影响，获得更好的系统传输性能。与现有技术相比，本实用新型具有以下优势:1、本实用新型采用的是OCDMA中的单极性地址码，而不是传统无线CDMA中的双极性地址码，所以本系统属于光码分复用系统，并且具有异步随机接入和多用户共享信道的特点。2、本实用新型利用电域的空间编码，将传统的光域SAC在电域实现后再调制在不同的光波长上，可以避免使用体积大且昂贵的光器件，并且可以消除光信号间的差拍噪声，并充分发挥SAC中平衡检测接收方法的优势，消除系统中的多址干扰。3、本实用新型中使用可编程逻辑器件作为电域编码器，不需要体积庞大的光开关阵列和高成本的射频器件，即可实现电域多阶幅度键控编码。并且FPGA芯片具有体积小，低功耗，集成性高等特点。4、本实用新型使用非相干宽带光源作为系统光源，极大地降低系统发送端的成本。采用ASE宽带光源和光纤光栅的组合，提供一组不同波长的光信号，代替了激光器阵列，降低了系统的成本。此外，由于FBG波长的可调谐性，可根据地址码码字的变化，动态地调整系统中光源的波长组成从而适应系统地址码的动态变化。
图1为系统光发送机结构示意图。图2为FPGA编码器结构示意图。图3为系统光接收机结构示意图。
具体实施方式
一种基于电域编解码的光码分复用传输系统，主要由一个基于电域编解码的光码分复用发送装置和至少一个基于电域编解码的光码分复用接收装置组成。上述基于电域编解码的光码分复用发送装置，如图1所示，主要由具有η个输入端和L个输出端的可编程逻辑器件编码器，光源，L个光调制器，L个光环形器，L个光纤光栅，以及光耦合器组成。可编程逻辑器件编码器的η个输入端上各接一路用户信号。在本实用新型中，所述可编程逻辑器件编码器如图2所示，主要有η个乘法器，η个串并转换器，以及L个加法器组成。每个乘法器的2个输入端分别接一路用户信号和一路扩频码字。每个乘法器的输出端个与一个串并转换器的输入端相连。每个串并转换器均具有L个输出端。每个串并转换器的第一路输出端均连接至第一加法器的输入端上，每个串并转换器的第二路输出端均连接至第二加法器的输入端上，依次类推，每个串并转换器的第L路输出端均连接至第L加法器的输入端上。在本实用新型中所述光源为放大自发辐射宽带光源。光源的输出端与第一光环形器的输入端相连，第一光环形器的透射输出端与第一光纤光栅的输入端相连接，第一光纤光栅的输出端与第二光环形器的输入端相连接。第二光环形器的透射输出端与第二光纤光栅的输入端相连接，第二光纤光栅的输出端与第三光环形器的输入端相连接。依次类推，第L光环形器的透射输出端与第L光纤光栅的输入端相连接。L个光环形器的发射输出端各与一光调制器的其中一个输入端相连，这L个光调制器的另一个输入端分别连接在可编程逻辑器件编码器的L个不同的输出端上，L个光调制器的输出端共同连接至光耦合器的输入端。在本实用新型中，所述扩频码字为单极性地址码，且该扩频码字需同时满足以下3个条件，即码长L=q2+q+l，码重w=q+l，相关系数λ为I。上述q为素数。根据用户业务需求的不同，所选用的L的值不同，理论上L可以取到无穷大，但考虑到实际应用，则不可能无限大。因此在本实用新型优选实施例中，q的取值介于2 31之间，即L的取值范围介于7 993之间。而所述η的取值范围介于I L之间。上述每个基于电域编解码的光码分复用接收装置均对应一个目标用户，即每个接收装置为一个目标用户进行解码。系统的接收装置的数目根据目标用户的数目决定，因此基于电域编解码的光码分复用接收装置的个数介于I η之间。上述每个基于电域编解码的光码分复用接收装置，如图3所示，主要由波分复用器，L个光电检测器，L个解码乘法器，扩频码字运算器，解码加法器和权重乘法器组成。波分复用器具有L个输出端，波分复用器每一个输出端各经过一个光电检测器与一个解码乘法器的其中输入端相连，这L个解码乘法器的另一个输入端均与扩频码字运算器的输出端连接，L个解码乘法器的输出端共同连接至解码加法器的输入端，解码加法器的输出端与权重乘法器的输入端相连。上述接收装置中，所述L的取值范围介于7 993之间。
权利要求1.关于电域编解码的光码分复用发送装置，其特征是:主要由具有η个输入端和L个输出端的可编程逻辑器件编码器，光源，L个光调制器，L个光环形器，L个光纤光栅，以及光耦合器组成；其中 可编程逻辑器件编码器的η个输入端上各接一路用户信号； 光源的输出端与第一光环形器的输入端相连，第一光环形器的透射输出端与第一光纤光栅的输入端相连接，第一光纤光栅的输出端与第二光环形器的输入端相连接；第二光环形器的透射输出端与第二光纤光栅的输入端相连接，第二光纤光栅的输出端与第三光环形器的输入端相连接；依次类推，第L光环形器的透射输出端与第L光纤光栅的输入端相连接； L个光环形器的发射输出端各与一光调制器的其中一个输入端相连，这L个光调制器的另一个输入端分别连接在可编程逻辑器件编码器的L个不同的输出端上，L个光调制器的输出端共同连接至光耦合器的输入端。
2.根据权利要求1所述基于电域编解码的光码分复用发送装置，其特征是:所述可编程逻辑器件编码器主要有η个乘法器，η个串并转换器，以及L个加法器组成；其中 每个乘法器的2个输入端分别接一路用户信号和一路扩频码字；每个乘法器的输出端个与一个串并转换器的输入端相连； 每个串并转换器均具有L个输出端；每个串并转换器的第一路输出端均连接至第一加法器的输入端上，每个串并转换器的第二路输出端均连接至第二加法器的输入端上，依次类推，每个串并转换器的第L路输出端均连接至第L加法器的输入端上。
3.根据权利要求1所述基于电域编解码的光码分复用发送装置，其特征是:所述光源为放大自发辐射宽带光源。
4.根据权利要求1所述基于电域编解码的光码分复用发送装置，其特征是:所述L的取值范围介于7 993之间。
5.根据权利要求5所述基于电域编解码的光码分复用发送装置，其特征是:所述η的取值范围介于I L之间。
6.关于电域编解码的光码分复用接收装置，其特征是:主要由波分复用器，L个光电检测器，L个解码乘法器，扩频码字运算器，解码加法器和权重乘法器组成；其中 波分复用器具有L个输出端，波分复用器每一个输出端各经过一个光电检测器与一个解码乘法器的其中输入端相连，这L个解码乘法器的另一个输入端均与扩频码字运算器的输出端连接，L个解码乘法器的输出端共同连接至解码加法器的输入端，解码加法器的输出端与权重乘法器的输入端相连。
7.根据权利要求6所述基于电域编解码的光码分复用接收装置，其特征是:所述L的取值范围介于7 993之间。
8.根据权利要求6所述基于电域编解码的光码分复用接收装置，其特征是:所述η的取值范围介于I L之间。
专利摘要本实用新型公开一种基于电域编解码的光码分复用发送和接收装置，各用户数据信号使用不同扩频码字，通过电域编码器进行扩频编码，各用户的编码电信号复用在一起，所有编码信号调制在一组具有不同波长的光信号上进行传输。在接收端使用波分复用器将接收到的光信号先进行波长解复用和光电转换，对各路波长的电信号使用相应的解码器结构即可恢复出目标用户的数据信号。该方法相比较于传统的非相干光码分复用系统，可更好的消除差拍噪声和多址干扰带来的影响，获得更好的系统传输性能。
文档编号H04J14/00GK202931335SQ20122052894
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者李传起, 胡金林 申请人:广西师范大学