光码分多址（OCDMA）系统部分关键技术研究

论文摘要

光码分多址(OCDMA)通信技术具有许多优点和技术优势，成为当前国际上在光通信领域的一个研究热点。OCDMA技术要真正达到实用化还存在一些技术难题。对于OCDMA技术的研究，国外出现蓬勃发展之势，国内还处于起步阶段。本论文试图在前人工作的基础上，对OCDMA通信系统中的一些关键技术问题进行探讨。论文以OCDMA通信系统为背景，从四个方面对OCDMA通信系统中的部分关键技术进行了探索性研究。第一是具有良好相关特性用户地址码的构造方法研究；第二是OCDMA通信系统中光学相关接收机判决阈值与用户地址码特性参数间的关系研究；第三是光纤传输特性、光器件损耗及光源啁啾效应对OCDMA系统误码率(BER)性能影响的研究；第四是OCDMA实验系统的设计、实现及性能分析研究。具体而言，论文主要有以下七个方面的工作和创新点：(1)引入准最佳和严格最佳光正交码的定义。从集合论的角度分析了满足相关特性的准最佳和严格最佳光正交码的约束条件，在此基础上，提出一种光正交码的直接构造法。借助计算机辅助设计，得到一些不同码长、码重的准最佳和严格最佳光正交码。(2)理论研究了基于递归法构造准最佳和严格最佳光正交码的约束条件，在此基础上，以直接构造法得到的光正交码为初始条件，利用递归法构造了一些具有相同相关特性的码长更长、容量更大的准最佳和严格最佳光正交码。(3)基于Wilson均匀分布差引理、初等数论及有限域的基本理论，提出一种严格最佳光正交码(码长为素数)的有限域构造法，对该构造法的基本设计思想进行深入的理论分析，得到该构造法计算机辅助设计的主要步骤及流程。在Matlab编译环境下，使用Matlab程序设计语言开发编写了有限域构造法的设计软件。通过具体实例，给出有限域构造法设计严格最佳光正交码的详细过程。对码的相关特性进行了的仿真计算，结果表明：所得光正交码满足预先给定的相关性要求。(4)利用一维时域扩频码(光正交码和二次同余码)的特点，通过两者的有效组合，提出一种二维跳频扩时码的构造方法，对该构造法的基本设计思想进行了理论研究。结合具体实例，给出二维跳频扩时码的详细设计过程，并对所得跳频扩时码的容量及相关特性进行了理论分析和仿真计算。(5)结合不同相关特性的用户地址码，对OCDMA通信系统中光学相关接收机的判决阈值进行了深入的研究，得到接收机最佳判决阈值与用户地址码基本特性参数间的关系。理论分析了接收机判决阈值的选取对OCDMA系统BER性能的影响。仿真计算表明：接收机判决阈值与用户地址码相关特性密切相关，只有合适地选择判决阈值，才能对OCDMA系统BER性能作出更准确评价。(6)基于以星形耦合器为中心的非相干OCDMA系统结构，对光纤信道、光器件(光学编／解码器、星形耦合器及光纤活动连接器等)及光源啁啾效应所引入的光信号损耗进行了分析研究。理论研究了光纤传输特性(群速度色散与衰减)、光器件损耗及光源啁啾效应对OCDMA系统BER性能的影响。采用目前成熟的色散补偿光纤(DCF)在线补偿技术，对OCDMA系统的色散补偿方案进行了探讨。结合具体的系统输入参数，对系统BER性能进行了仿真计算，结果表明：当脉冲宽度达到皮秒量级以下时，OCDMA系统的性能受限于光纤信道的色散，必须采取一定的措施进行色散补偿。当系统活动用户数较大时，光器件损耗也较大，在OCDMA系统功率预算设计时必须给予考虑。(7)建立OCDMA实验系统，对系统基本参数进行设计。给出基于并行光纤延迟线结构的OCDMA光学编／解码器的设计及物理实现过程。进行OCDMA通信技术原理性实验，得到用户基带信号时域直接扩频与解扩的实验结果，对实验结果进行了分析讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 OCDMA技术基本原理及系统结构
• 1.3 OCDMA系统中常用地址码及其特性
• 1.4 减小OCDMA系统多用户接入干扰（MAI）的方法
• 1.5 本论文的主要研究内容与安排
• 第二章 准最佳和严格最佳（v，k，1）光正交码的构造方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 光正交码
• 2.2.1 光正交码基本定义
• 2.2.2 光正交码容量
• 2.2.3 准最佳和严格最佳（v，k，λ）光正交码
• 2.2.4 光正交码的集合描述
• 2.3 准最佳和严格最佳（v，k，1）光正交码的构造
• 2.3.1 直接构造法
• 2.3.2 递归构造法及其设计实例
• 2.3.3 有限域构造法及其设计实例
• 2.4 光正交码在OCDMA系统中的应用分析
• 2.5 小结
• 第三章 OCDMA系统中跳频扩时码的构造及性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 跳频扩时码的构造
• 3.2.1 混合QCC/QCC码的构造
• 3.2.2 混合QCC/OOC码的构造
• 3.3 跳频扩时码的容量分析
• 3.3.1 混合QCC/QCC码的容量
• 3.3.2 混合QCC/OOC码的容量
• 3.4 跳频扩时码的相关特性分析
• 3.4.1 混合QCC/QCC码的相关特性
• 3.4.2 混合QCC/OOC码的相关特性
• 3.5 小结
• 第四章 OCDMA系统中光学相关接收机判决阈值研究
• 4.1 引言
• 4.2 光学相关接收机结构
• 4.3 地址码特点及互相关的统计特性分析
• 4.3.1 一维扩时码
• 4.3.2 二维码
• 4.3.3 三维码
• 4.4 接收机判决阈值的分析
• 4.5 小结
• 第五章 光纤传输特性、光器件损耗及光源啁啾效应对OCDMA系统性能影响的分析
• 5.1 引言
• 5.2 非相干OCDMA系统基本结构
• 5.3 光器件损耗及光纤传输特性分析
• 5.3.1 光学编/解码器损耗
• 5.3.2 星形耦合器损耗
• 5.3.3 光纤群速度色散及色散功率代价分析
• 5.4 系统BER性能分析
• 5.5 数值仿真与讨论
• 5.6 色散补偿方案与分析
• 5.7 小结
• 第六章 OCDMA实验系统的设计、实现及性能分析
• 6.1 引言
• 6.2 OCDMA实验系统基本参数设计
• 6.3 OCDMA光学编/解码器设计及物理实现
• 6.3.1 OCDMA光学编/解码器设计
• 6.3.2 光纤跳线制作
• 6.4 OCDMA实验系统方案
• 6.5 实验结果分析与讨论
• 6.6 小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 本论文主要工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 1 设计软件主程序
• 2 主要子程序
• 3 设计软件的用户界面
• 个人简历
• 攻博期间发表的论文及专利