光通信OCDMA技术.pptx

目录nOCDMA系统技术的现状nOCDMA系统基本结构原理nOCDMA系统关键技术nOCDMA系统应用前景OCDMA系统技术的现状1 光纤信道复用及寻址技术 光网络的大容量、高速率主要取决于多址复用技术，包括光时分复用(OTDM)、光波分复用(OWDM)、光码分多址(OCDMA)、光空分复用(OSDM)、副载波复用(SCM)等。其中OTDM、OWDM、和OCDMA是光纤通信的三大主流信道复用技术。三大主流信道复用技术之OTDMnOTDM技术是把电网数据传输的常规时分复用技术引入光纤网络，利用高速光开关，将多路信号复用到一根光纤上。一芯光纤中携带多个用户，每个用户在指定的时隙传输数据，时隙还用于识别用户地址。nOTDM是增大单信道带宽的有效技术同时避开电子器件速率极限的瓶颈。但系统中需要的关键技术时钟同步较为复杂。特别是传统的OTDM只用一个波长信道，对光纤的带宽资源利用率较低。三大主流信道复用技术之OWDMnOWDM技术是在一芯光纤中开辟多个波长信道，有效地利用了光纤带宽，大大增加了系统容量。同时，OWDM光传送网的实现相对简单，从而成为目前光骨干网的主导复用技术。n每个波长信道需要一台高标准的激光器；对光分插复用器(OADM)和光交叉连接(OXC)等网元结构器件的性能要求苛刻。因此，OWDM光传送网实现成本很高。此外，OWDM系统主要解决传送网上的电子瓶颈，并未解决从信源到信宿之间的所有瓶颈。因此，难以构成真正透明的全光网络。三大主流信道复用技术之OCDMAnOCDMA通信系统将光纤通信与CDMA技术结合起来，由数据源、光编码器、光纤、光解码器、数据接收器组成。在发送端，给每个上路用户分配一个地址码，由光编码器对用户数据源进行光编码，即用地址序列对用户信号进行编码处理。各用户的编码信号经星型耦合器叠加在一起，形成一个总的信号矢量进行光纤传输。在接收端，光解码器对接收到的扩频码序列与本地地址码进行相关运算，采用相干或非相干的方法进行解扩处理，并通过特定的门限判决技术恢复出源信号，传送给数据接收器实现数据恢复。三大主流信道复用技术比较方式主要优点运行成本不足之处实际应用OTDM速率带宽比高，传输途中光器件的非线性影响较小设备总提价格不高。由于容量较低，性价比较低高速率传输时，要求精确的时间同步，系统容量不大，光纤带宽利用率较低现有网络中部分采用OWDM技术已经成熟；光纤可用带宽利用率极高；系统容量大；单根光纤传输速率实验室水平已突破10Tbit/s以上设备较昂贵。但是由于大大地扩展了带宽，性价比提高需要精确可调的窄带激光源，对激光源同步要求十分苛刻，缺少低速率复用点是当前光纤通信骨干网络最主要的信道复用技术OCDMA克服电子瓶颈；保密性强；可随机接入；抗干扰、抗多径衰落；不需精确的时间同步；对系统器件的要求较松较之OWDM系统，可以节省设备及运行支撑系统的费用尚未找到合适的编码序列和编解码器，实用化尚未取得突破性进展现阶段尚无实用系统n OCDMA系统用完全相同的方式给每个用户分配带宽资源，同时上路。由于OCDMA的叠加传输，在某个用户上下路时，对其他用户的影响是统一的，对所有用户的服务是公平的。尽管DWDM技术可开辟大量的平行信道提供给用户，但它是以交叉串话为代价的。而DWDM的用户上下路主要影响相邻信道的用户。2OCDMA系统的技术特点1.全光通信 OCDMA系统在光域对各路信号进行光编码和光解码，对用户数据进行全光信号处理，实现多址通信。信息在信源就变成了光信号，到达目的地后才变成电信号。克服了OWDM光网络残留在发送和接收端的电子瓶颈，真正做到了光子进光子出，从而成为实现真正意义上的全光通信网的最有希望的多址复用技术。2.安全性能 OCDMA传送网上的信号是多个用户的合成信号，其扩频技术保证了在任何地方下路，接收到的信号都是多个用户的信号叠加。只有在接收端地址和发送地址严格匹配的情况下，才能恢复出原始信号。因而具有优良的安全性能。3.抗干扰性 OCDMA系统对用户信号编码时，对脉冲信号进行了扩频处理，增大了编码信号的带宽。相对密集波分复用而言，对波长漂移并不十分敏感，从而增强了系统的抗干扰能力。4.随机接入 OCDMA系统允许多个用户随机接入同一信道。新上路的用户扩频信号直接叠加在合成信号矢量上。不要求各用户之间的同步，也不要求用户具有波长调节能力。并克服了传统接入网的排队时延，可以满足局域网中突发流量和高速率传输需求。5.成本降低 OCDMA系统采用宽带光源，且无需精确控制波长，对传输光纤无特殊要求，系统中器件数量少，降低了网络成本，简化了网络管理，并增强了网络的可靠性。6.综合服务 OCDMA系统还具有可变速率或多速率传输的能力，复用点速率分布范围较大。可以承载ATM、SONET、IP等多种信息传输服务。7.管理方便 OCDMA不需要在时间或频率上对用户进行严格的管理，而且以用户扩频地址序列来区分用户，网络管理方便。三大复用技术的基本特征图用户用户 1 2 3 N t1 t2 t3 tN 时间时间用户用户 1 2 3 N 1 2 3 N 波长波长t1t2tN波长波长时间时间因此，OCDMA网络技术是拥有广阔应用前景的，也是实现全光通信网络的重要扩频技术。3OCDMA系统的研究动态n1983年，Davies和Shaar首次提出了异步光纤通信系统，指出码分多址CDMA技术可以引入光纤信道，随之提出了最基本的光地址码码集光素数序列码的设计方案，从此拉开了OCDMA技术研究的序幕。n1989年，Salehi全面论述了光纤通信网络的码分多址技术。n经过20多年的研究，OCDMA技术取得了较大的进展。围绕提高信道容量和降低误码率这两个中心环节，人们在降低多址干扰、优化带宽资源、改进探测手段等方面提出许多新的方案，码字结构及编码方案也在不断改进。n地址码码字结构方面，一维地址码中较有代表性的是光素数码(OPC)和光正交码(OOC)。Park在时分复用和空分复用的基础上提出二维OCDMA系统的模型框架。随后，Chang等提出了多波长光正交码(MWOOC)的理论模型，缩短了码字长度，有效地提高了光纤带宽的利用率，使系统性能得到进一步优化n该技术的研究工作主要集中在美国、日本、加拿大、伊朗、英国、韩国、新加坡、马来西亚、以色列、印度、中国台湾等国家和地区n我国开展OCDMA技术研究工作的主要有以下高校：北京邮电大学、上海交通大学、深圳大学、吉林大学、电子科技大学、燕山大学、中山大学、通信工程学院等。OCDMA系统基本结构原理编码器编码器解码器解码器阈值器件阈值器件用户信号用户信号光电探测器光电探测器星型星型耦合耦合器器n发射端：窄光脉冲源、光调制器、OCDMA光 编码器n接收端：OCDMA光解码器、光电探测器、电 阈值器件构成典型的OCDMA系统结构原理图OCDMA接入网拓扑结构n随着Internet业务急剧增长，促使电信、计算机、有线电视走向三网合一。三网合一意味着数据、语音、视像等各种业务都综合起来进行传送。这种综合必将大大促进在接入网中大量使用光纤，促使光纤用户接入网的发展。传统的接入网，如总线结构网、令牌环形网及IP局域网等，共用信道上某一时刻只能传送某个用户的信息。因此，传统接入网在信息进入网络之前，存在时延问题。nOCDMA技术允许用户异步接入网络，多个用户可以在同一时刻同时使用共用信道。同时，基于OCDMA技术组建的接入网在光域进行编解码，可以提供高速的信息接入服务。因而适合用户高速连续信号的接入。OCDMA星型星型结构结构光编码器光编码器1光编码器光编码器2光编码器光编码器3用户用户4用户用户B用户用户C用户用户D用户用户A用户用户1光解码器光解码器4光解码器光解码器3光编码器光编码器4光解码器光解码器1用户用户3用户用户2光解码器光解码器2相干和非相干OCDMA系统结构n根据系统采用的地址编码方式不同，OCDMA网络的实现主要有相干和非相干系统。前者利用光场的相位来传输信号，而后者则使用光场的能量。在OCDMA系统中，相干与非相干光编码方式的区别体现了编解码过程中信号变换的本质，限制着系统所采用的地址码的类型，并最终决定体统的性能。n相干处理是电CDMA通常采用的方法。在OCDMA中，相干编码方式主要是相位编码。相位编码可获得严格正交的扩频序列，双极性序列码，码间干扰大大减弱。根据光的相干性原理，如果用户脉冲信号的相干时间小于不同用户信号到达同一接收端的时间差，则在接收端形成期望信号的相干叠加，而多址干扰信号则是非相干叠加，可经由平衡探测器消除。n非相干OCDMA系统是利用光信号的强度携带信息，这就是所谓的正系统。用光信号的有无来表示”0”和”1”。相干光OCDMA数字系统非相干光OCDMA系统 OCDMA系统关键技术nOCDMA技术的实用化依赖于非相干光系统能否投入实际应用的关键在于：寻找到性能优良的光码地址码码集，并在现有器件指标下能够实现的光编解码构造，以及系统MUI(多址干扰)的抑制。n光地址码应具有自相关峰值较大、互相关峰值较小的特点，这样可以减少其他用户的干扰，获得较高的信噪比。位了使收发双方容易获得同步，自相关的旁瓣也要小。同时，光码集应能够容纳尽可能多的并发用户数，增加系统容量。n光编解码器是OCDMA系统的核心部件。在发送端，光编码器将数据比特转换成扩频序列；在接收端，光解码器利用相关解码原理将扩频序列恢复为数据比特；光编解码器的结构和特性直接影响着OCDMA系统的用户规模、误码率等。n多用户干扰是系统的主要误码源，多用户干扰是OCDMA系统本身所固有的，它严重制约着系统的误码性能和系统容量，该问题也是限制光码分多址实用化进程的一个关键因素。在解码器中采用平衡接收可以有效抑制MUI；通过硬限幅器的限幅作用也可以使MUI得到抑制，改善系统的误码性能。OCDMA系统应用前景n多媒体通信 OCDMA复用通信技术，采用不同的光码字作为用户地址，可实现并行通信和多址连接，支持实时分布计算或计算机并行处理系统。这些光码字具有低的互相关值，对应的编/解码器可在光域中实现，克服了电子信号处理器的带宽瓶颈，可支持超高速数据传输和组网。因为OCDMA系统允许多个用户访问公共信道，所以用户接入时延为零。由于它不需要网络同步，是网络具有高度灵活性，新用户可很容易入网，只要采用一个给定的光正交码即可入网。这些特点使OCDMA适用于数据流量具有高突发性的宽带多媒体通信。n高速计算机局域网 OCDMA不需要精确的全网通步、精密调谐和稳频的激光器及光滤波器。而且，由于不需要保护带宽和多用户共用同一频带，可以更充分地利用光纤的带宽。更由于CDMA特有飞异步接入、保密性好和网管简单等特点，在光纤局域网尤其是高速局域网的应用上显示出很好的应用前景。n电信网 在电信网的干线上，采用OCDMA方式，选定一组光正交码后，可以将一对光纤的传输容量扩大数十倍。所需做的只是在信道两端接上一些OCDMA编解码器。OCDMA方式在扩容上具有比DWDM更方便、更灵活的形式。若须加上或去掉一组STM-16，只需在收发端分别加上或去掉一组光编解码器即可。而在DWDM方式若设计时没有在复用波长上留下余量，就只有更换设备，但留下余量又会增加系统成本。n光纤接入网 采用OCDMA接入网，可以在下行方向采用自己的地址码编码后发送出去，另一方面对光线路终端OLT发来的扩频信息进行相关运算，恢复出发给本ONU的信息。由于各ONU使用不同的地址码，编码后的信息可以任意时刻接入上行信道，不需要对介质接入进行控制，各ONU之间也不需要保持同步关系，因此不需要解决同步问题ONU1ONUnOLT光接入网拓扑结构n光纤同轴电缆混合网(HFC)在HFC中采用OCDMA技术，一方面可以解决HFC上行信道较窄的问题，另一方面又可以有效的抑制HFC网络中由于多点汇集产生的噪声汇集现象，提高容量，用户可以实时接入。同时OCDMA采用光处理，可以克服光电转换的电子瓶颈，实现Gb/s的高速信号传输。上行链路信号下行链路模拟视频下行链路信号业务下行链路数字视频 5 42 50 550 750 850 f/MHznCATV计费、VOD业务等交互式业务网 采用OCDMA方式作为多址方式，用户可以拥有巨大的上行带宽，电视公司的计费也将变得极为方便，因为公司可以通过对扩频码的控制来实现对收看用户的控制。