空间光cd-ma系统的设计

空间光cd-ma系统的设计

1光cd技术的应用在室内照明系统中，光信号在空气或自由空间传输。由于光束色散损失、全球散射损失和全球吸收损失的影响，光信号在长距离传输后非常薄弱。接收机探测的信号光既包括接收的信号光、又包括其它用户发射的光以及背景光,背景光干扰很强,产生的噪声极大。在理论上可以通过增加光学滤波器来解决,但目前生产这种先进的滤波器还很困难,而且滤波器的带宽也不是越窄越好,带宽越窄对激光器的要求也越高(激光的谱线要窄),而目前却难以生产线宽极窄、高稳定性的激光器。当使用光码分多址时,给每一个用户分配一个单独的光脉冲序列作为自己的地址码,数字信号在各自的地址码上进行编码,在接收机上通过相对应的序列进行解码。由于采用了地址码的相关接收技术,大大提高系统的抗噪能力,可以把信号从噪声很强的环境中检测出来。采用光CDMA技术,还可以把有用信号隐藏在很强的噪声中,这样可以提高系统的保密性。另外,在星间激光通信中,通信往往都是突发的,光CDMA的异步操作模式能支持突发性业务,可以很好的解决突发性问题。空间光CDMA技术充分利用了扩频通信的优点(如抗干扰能力强、抗多径衰落能力强、隐蔽性和保密性好、对其他系统的干扰小、系统容量大以及传输速率高等)。其中最突出的优点是抗干扰性强和系统容量大,这是光CDMA技术应用在空间光通信中的主要优势。2光脉冲编解码技术与典型的光纤CDMA通信系统不同,空间光CD-MA系统的信道为大气随机信道,信号光在空间中传输,参照文献,提出空间光CDMA系统设计方案,图1和图2给出该系统方案的结构示意图。发射端,光源发出的光由一个1×N耦合器均分为N路,对于每一路光,首先由调制器进行调制,将逻辑电信号转换为光脉冲信号,然后由编码器对光脉冲信号进行编码,得到扩展的光脉冲序列。N路扩展的光脉冲序列再由一个1×N耦合器耦合进同一根光纤中传输,然后经掺铒光纤放大器(EDFA)放大、准直系统准直后,由发射天线发送到空间信道。接收端,扩展的光脉冲序列经接收天线接收后送入一个耦合模块,由耦合模块耦合进单模光纤。然后用掺铒光纤放大器将接收到的扩展光脉冲进行放大,再用一个1×N耦合器将光信号分为N路,在每一路中,光解码器采用相关技术,对相对应的扩展脉冲进行解码,得到光脉冲信号。最后经探测、判决、再生,恢复出用于电信号。在空间光CDMA系统中,由于采用了地址码的相关接收技术,系统的抗噪能力特别好。3空间光cd系统关键技术空间光CDMA通信技术属于前沿性理论研究,许多关键问题需要解决。目前,在空间光CDMA系统中需要解决的关键技术主要有地址码的构造、编解码器的设计、光纤放大、空间光到光纤的耦合技术、信号检测技术等内容。结合现有技术和业务要求,下面对空间光CDMA通信系统中的关键技术进行分析。3.1单极性码的组合由于现在的光通信系统基本上都是采用强度调制/直接探测,因此,在射频中成熟的双极性码不能直接应用于光CDMA系统中,光CDMA系统只能使用单极性码。目前研究成熟的单极性码主要包括光正交码(OOC)、素数码(PC)等地址码,无论是相关性能还是容量,单极性码的性能都不如双极性码,单极性码容易产生码间干扰,系统容量小,为了获得一定数量的容量,码长一般很长,这必然增加系统的复杂度。如果将单极性码进行合理组合,可以得到二维时域扩频/频域跳频组合码,这种二维地址码可大大提高系统的性能,降低了探测在复杂性、码长和处理速度等方面的要求。构造具有良好的自相关、互相关特性以及较大码容量的地址码是空间光CDMA通信系统的关键技术。3.2光cd编解码器在空间光CDMA通信系统中,地址码通过编解码器来实现,光编/解码器是光CDMA系统的核心部件,直接影响空间光CDMA系统的通信性能。光CDMA编解码器主要包括光纤延迟线、光纤布喇格光栅(FBG)和阵列波导光栅(AWG)。光纤延迟线编解码理论基本成熟,具有结构简单、易于实现的特点,但是光纤延迟线只能用于时域单极性系统,系统容量低,用户数少,现在研究最多的光CDMA编解码器主要是光纤布喇格光栅和阵列波导光栅。光纤布喇格光栅和阵列波导光栅既可以实现频域编码,也可以实现频域、时域同时编码,用于二维光CDMA系统。与光纤延迟线相比,光纤布喇格光栅和阵列波导光栅可以大大提高系统容量,降低系统的复杂度。采用压电陶瓷控制技术,连续可调的FBG编解码器可以达到灵活、快速选址的目的。当然布喇格光栅也存在自身的缺点,要想在大范围内,通过调整温度或压力来独立地调整波长和精确地改变时间延迟很困难。因此,人们提出将阵列波导光栅作为OCDMA通信系统的编解码器。设计性能更好、更实用的编解码器是空间光CDMA系统中一个重要的研究方向。3.3光cd系统性能在光纤通信系统中,要求光源的单色性好、谱宽窄,且工作在低色散、低损耗窗口。但在空间光CDMA通信系统中,由于OCDMA技术是一种扩频通信技术,光源的质量直接影响空间光CDMA通信系统的性能。光源发出的脉冲宽度直接影响到系统能够达到的通信速率和误码率,光源的谱宽直接影响到光CDMA地址码的数量,从而影响到系统能够容纳的用户数。如何获得超短脉冲宽谱光源是无线OCDMA通信的一个关键技术。目前文献报道最多的宽谱光源主要是掺铒光纤源(ASE),此光源的输出谱线宽,具有高输出稳定性、偏振相关损耗及回波损耗小,但调制速率和脉冲宽度还需要进一步研究。研究谱线宽、调制速率高、能产生超短脉冲光源是空间光CDMA通信系统需要解决的关键技术之一。3.4基于多址干扰的消除技术多址干扰是指同一OCDMA通信系统中不同用户之间的干扰。在OCDMA通信系统中,由于不同用户采用的地址码不能完全正交,再加上不能完全保证波长或时隙的隔离,多址干扰十分严重,其存在严重影响系统的链路性能,降低系统容量。消除多址干扰常用的方法在接收端放置光硬限幅器(OpticalHard-limiter),但是这种方法是以损耗有限的信号能量为代价的,而且效果不是很理想。一种更有效的方法是采用多用户检测(Multi-UserDetection)技术。多用户检测技术能够更充分利用信号能量,更能准确的恢复出原始数据。4应用前景空间光CDMA技术具有广泛的应用前景,不仅可以用于无线红外组网,而且可以用于激光卫星通信系统中。4.1市场机械通信技术在智红外无线通信传输的信号不受无线电干扰,使用红外无线通信技术不受无线电管委会的限制,在解决短距离、低成本、高可靠的通信中有具有独特的优势和长远的应用前景。这种通信技术已经在便携式计算机、移动电话、遥控装置等领域得到了广泛的应用。由于光CDMA技术通过正交扩频序列来区分用户,不需要在时间或频率上对用户进行严格的管理,再加上光CDMA通信系统是一个真正的随机接入系统,网络扩容方便,将光CDMA技术应用于红外无线通信系统中,组建空间无线红外CDMA局域网,既可以发挥无线红外通信的优势,又可充分利用光CDMA的特点,具有广泛的应用前景。4.2水质、水质难以满足随着通信技术和通信需求的发展,需要建立传输速率快、信息量大、覆盖面广的综合信息网。目前采用的卫星微波通信受到带宽、体积、功耗等方面的限制,难以满足需求。激光通信具有带宽大、体积小、