基于FPGA的OCDMA二维电域编解码系统的设计与实现

摘要

随着互联网时代的到来，各种新业务的出现使得人们对于接入网带宽需求呈指数级增长，中国的光纤通信进入了高速发展期，主要目标为实现高宽带、大容量、长距离传输和智能全光网络。OCDMA（光码分多址）技术凭借其独有的保密性、高拓展性、可随机异步接入、具有软容量及多用户共享信道等诸多优点，成为光纤领域下一代接入网技术中极具潜力的方案之一。本文围绕OCDMA二维电域编码系统中的关键技术进行研究，论文主要内容如下:
　　1.综述了几种常见的OCDMA光学一维和二维编解码器的结构与工作原理，并分析了各类光学编解码器性能的优劣。同时对一种电域空间编码一光域FBGs解码的电光组合编解码器进行了说明，详细的阐述了其结构和编解码原理，分析了电域处理OCDMA系统的优势。根据时域-谱域二维全光OCDMA系统的编解码技术原理设计了一种OCDMA二维电域编解码器，对其构造方法及编解码原理进行了说明。
　　2.设计了一种基于FPGA的OCDMA二维电域编解码系统。对系统中二维电域编解码模块、高速串行通信模块、帧封装模块、协助通道绑定模块等主要模块的设计原理及功能进行了详细的阐述，并结合Verilog HDL硬件描述语言、Modelsim、ISE等软件设计工具，以Xilinx ML605 FPGA开发板为硬件平台，对各个子模块功能进行了FPGA实现。最后将整个编解码系统各个模块进行级联综合，进行了两路用户数据的编解码测试，测试结果表明本文所设计的基于FPGA的OCDMA二维电域编解码系统能成功实现对用户数据的二维编解码功能。
　　3.设计并开展了非相干OCDMA二维电域编解码系统实验。成功进行了两路用户数据的二维电域编解码系统实验，两路用户端数据速率均为312.5 Mb/s，系统传输线速率为3.125Gb/s，4通道并行传输总量达12.5 Gb/s，光纤传输距离为10KM。实验结果表明接收端均可正确解码出期望用户数据，且通过解码信号示波器眼图分析可知，系统码间串扰小，噪声影响较低，系统编解码性能优良。同时在实验系统硬件基础上，采用Xilinx提供的IBERT IP核对系统的高速传输通道进行了误码率测试，测试结果表明本文设计的高速传输通道传输性能良好，误码率较低。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 OCDMA 技术概述

1．2．2 OCDMA 关键技术

1．2．3 OCDMA-PON 在光纤接入网中的应用

1．3 OCDMA 技术的发展及研究现状

1．4 本文的主要工作及创新点

1．5 本文的章节安排

第2章 OCDMA 二维电域编解码器的设计

2．1 典型 OCDMA 编解码器概述

2．1．1 光纤延时线编解码器

2．1．2 光纤布拉格光栅加光纤延时线的二维编解码器

2．1．3 阵列波导光栅加光纤延时线的二维编解码器

2．2 OCDMA 电域编解码器的设计

2．2．2 电域空间编码-光域 FBGs 解码工作原理

2．2．3 OCDMA 二维电域编解码器结构

2．2．4 OCDMA 二维电域编解码器工作原理

2．3 本章小结

第3章 OCDMA 二维电域编解码系统的设计与 FPGA 实现

3．1 FPGA 简介

3．2 OCDMA 二维电域编解码系统的整体设计

3．3 OCDMA 二维电域编解码器的 FPGA 实现

3．4 GTX 高速串行通信模块的 FPGA 实现

3．4．1 Virtex-6 GTX 收发器简介

3．4．2 高速串行收发方案及 GTX 参数配置

3．4．3 GTX 高速串行通信模块测试

3．5 自定义通信协议及协助通道绑定

3．5．1 自定义通信协议

3．5．2 协助通道绑定

3．6 系统综合及测试分析

3．6 本章小结

第4章 非相干 OCDMA 二维电域编解码系统实验研究与分析

4．2．1 二维电域编解码系统实验方案

4．2．2 二维电域编解码系统的实验参数

4．2．3 二维电域编解码系统实验的结果及分析

4．3 系统高速传输通道误码率测试实验

4．3．1 系统高速传输通道误码率测试实验方案

4．3．2 IBERT 集成误比特率测试仪

4．3．3 系统高速传输通道误码率测试实验参数

4．3．4 系统高速通道误码率测试实验结果及分析

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

攻读硕士期间参与的科研项目

致谢

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