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文档简介
一种多波长光码分多址与波分复用+oddma系统的误码率性能比较
复合振动信号(ocdma)结合了最大带宽和多字段的优点,具有时差、带宽、可靠性和随机访问等特点。1.在二维ocdma系统中,为了支持更多的同时用户,这些地址代码在时间间隔内向他人扩展。因为这些地址代码必须具有良好的自相关和互相关的特性,因此代码序列非常长,并且有很大的延迟系数。为了克服这个缺点,可以使用二维系统[2]。每条用户的地址代码序列为二维,即每条id地址序列的光脉冲不仅在时域中扩展,而且还扩展到空间或波长。由于添加了自由度(空间或波长),二维ocdma系统的性能远远优于二维ocdma系统。在相同的扩频率下,不仅代码数增加,而且使用的地址数量也显著增加。目前,二维ocdma系统主要有三种方案:(1)时间和空传输ocd-ma,即t/socdma。对于每个用户的来说,每个接收器都有几个光纤通道,并且每个接收器(可以表示为矩阵)可以同时在时域和空间中扩展。最常用的是,每个数据集的脉冲调整系统在不同的光纤通道上,即每个数据集可以同时在不同的波长下重复使用。因此,在相同的扩频率下,编码数和同时行的数是倍数的。(3)对于多波长的ocdma,即mwocdma,或简称ocdma的跳频频率。为了在不同的波长下扩大每个字(可以说是矩阵),每个字(可以表示为编码)同时向时区域和波长扩展,每个字(可以表示为矩阵)的脉冲调整系统在不同的波长上。T/SOCDMA系统有两个缺点:(1)需要多个耦合器;(2)需要保证每对编解码器不同空间信道的时延要完全相同,以保证不同空间信道的光脉冲在同一时刻叠加.MWOCDMA与WDM+OCDMA系统都利用了光纤中的多个波长,文献对这两种结构进行了分析和比较,使用的地址码是由ReedSolomn码构成的二维光正交码.研究表明,假设WDM+OCDMA系统存在能均匀分配有效波长的中央控制器(使每个波长的同时用户数相同),当用户数较多时,MWOCDMA系统的误码率比较低;当用户数中等时,两者误码率相当;当用户数较多少时,WDM+OCDMA系统可以无差错传输.本文利用高斯近似法对两者的性能进行了分析和比较,它们使用的地址码是素数码及其构成的二维光正交码,并且扩频系数和波长数都相同.当各用户之间相互独立而且同时使用的用户数较多时,用高斯近似法进行分析是合理的.模拟分析表明,假如WDM+OCDMA系统存在中央控制器,无论同时使用的用户数是较多、中等或较少,该系统的误码率性能都优于MWOCDMA系统.1维光正交码a,c的编码二维光正交码可以用m×n阶矩阵表示,矩阵的行数m对应波长数或空间信道数,矩阵的列数n对应码长,即扩频系数.每个用户分配一个矩阵作为地址码,(i,j)=1表示第j个脉冲用第i个波长或者在第i个空间信道上发送.当用户发送信息比特“1”时,根据对应的地址码扩展成长度为n的一帧光信号;当用户发送信息比特“0”时,不发送任何光信号.在接收端,每一行(同一波长或空间信道)将单独进行互相关,然后进行叠加形成码字的互相关.一个(m×n,w,λa,λc)的二维光正交码是一个{0,1}二值序列的m×n阶矩阵,它的码重为w,自相关限为λa,互相关限为λc,满足以下性质:式中:xi,j为一个用户码字中的元素;yi,j为另一个用户码字中的元素.为了获得较好的性能,使用户之间的互相关干扰最小,一般取λa=0,λc=1.λa=0,意味着码字中的每个脉冲分配不同的波长或分配到不同的空间信道上,即码字矩阵中的每行只有一个“1”.λc=1,意味着任意两个不同的码字,只有一个波长或空间信道上的光脉冲位置相同.二维光正交码的构造方法有多种,利用素数码可以构造满足λa=0和λc=1的二维光正交码.p是一个素数,构成有限域GF(p).首先生成p个素数序列其中si,j=ij(modp),0≤i≤p-1,0≤j≤p-1.然后每个素数序列Si转换成一个二值序列N=p2-1.当k=si,j+jp时,ci,k=1;否则ci,k=0.这样就构成了码长p2,码重p,互相关限为2,自相关限为p-1的p个素数码字.以p=3为例,它的素数序列:对应码字:一般地,p个(p2,p,p-1,2)素数码的码字性能为式中:_为互相关均值;e2为互相关的方差.对于二维光正交码,控制波长(λi)跳频的伪随机序列Hi由Si决定(H0无意义,舍去),可得6个码字:用矩阵表示为(以C0H1和C1H2为例)一般地,由素数码产生的二维光正交码,码字数为p(p-1),码长p2,码重p,λa=0,λc=1.p(p-1)个(p×p2,p,0,1)二维光正交码的码字性能为2mwocdma的编、解码器WDM+OCDMA系统的结构与一维OCDMA类似,只是用户在发送端可以使用不同波长,在接收端需要对应的滤波器.假定使用m个有效波长,因各个波长上均可使用同样的码字,故总的码字数增加为原来的m倍.如果存在能均匀分配有效波长的中央控制器,由于只有相同波长的码字间才存在互相关干扰,所以相对一维OCDMA来说互相关干扰的用户数减少.与WDM+OCDMA系统不同,MWOCDMA系统中的每个用户使用多个波长,码字中的每个光脉冲调制在不同的波长上.该系统的编、解码器有3种方案:(1)编码器采用锁模可调激光器和光纤延迟线,前者调节码字中光脉冲的波长,后者调节光脉冲的位置,这种结构适合素数码序列.当用户的信息速率很高时,要求激光器的波长切换时间很短.(2)编码器由宽带光源、滤波器和光纤延迟线组成.滤波器实现波长编码,光纤延迟线实现时域编码,解码器采用相匹配的滤波器和光纤延时线.这种结构的缺点是需较多的滤波器.(3)采用光纤光栅编、解码和宽带光源,如图1所示.光栅的中心反射波长可由压电陶瓷致动器(PZT)调节光栅周期而改变,实现波长编码;而光栅位置起到了延迟线的功能,即实现时域的编码.3接受端判决阈值两种系统都采用素数p构成的码字(扩频系数相同),而且波长数都为p,比较两者的码字数和误码率.WDM+OCDMA的码字数为p2个,MWOCDMA的码字数为p(p-1)个,当p较大时,两者的码字数基本相等.假定所有用户之间传递信息是独立的,且当用户数较大时,干扰可以近似为高斯分布.当有k个同时使用的用户时,则由其他k-1个用户引起的干扰为:对于MWOCDMA系统对于WDM+OCDMA系统(波长均匀分配)本文只考虑用户之间的码字干扰,而忽略系统中其他噪声.因此干扰信号总是正的,为了使接受端的判决尽可能准确,判决阈值应尽可能接近码字的自相关峰值(等于码重).当发送端发送信息比特“1”时,接受端总能够正确判决;当发送端发送信息比特“0”并且互相关干扰超过判决阈值时,接受端将发生误判决.根据高斯分布公式,可得到比特差错概率为分别代入各自的参数,就可以得到两个系统各自的误码率表达式:对于MWOCDMA系统对于WDM+OCDMA系统(波长均匀分配)式中,erf(x)为误差函数,定义为根据式(13)和(14),当使用p=31构成的素数码及其构成的二维光正交码时,可得MWOCDMA和WDM+OCDMA系统的误码率(BER)与同时使用的用户数(n)的关系,如图2所示.假定WDM+OCDMA系统存在能均匀分配有效波长的中央控制器,当同时使用的用户数小于p2/2(p=31时约为48
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