光码分复用(OCDM)关键技术及应用研究

摘要

光码分复用(OCDM)结合了光纤通信和码分复用(CDM)的技术特点，在宽带通信网，如光分组交换(OPS)、无源光网络(PON)及保密信息传输等方面的应用都具有一定技术优势，是国际上光通信领域的研究热点之一。对于OCDM技术及应用的研究，近年来国内外出现蓬勃发展之势，但OCDM要真正达到实用化还存在一些技术难题。本论文试图对OCDM一些关键技术问题及其应用进行深入的研究，包括以下几个方面：1)具有良好相关特性、适合保密性或支持大容量的光地址码构造方法研究；2)新型高性能光编/解码器设计及仿真研究；3)提高OCDM系统性能的新方法研究；4)OCDM在OPS网络中光标签处理的应用及实验研究；5)OCDM在保密信息传输网络中的应用及实验研究。
　　 具体而言，主要有以下六个方面的研究工作和创新点：
　　 (1)为了增强基于OCDM技术信息传输系统的保密性，本文采用选取不同本源根的方法构造出了多组光正交码(MGOOC)，给出了MGOOC基本概念，初步探讨了MGOOC的特性。将MGOOC应用到信息传输系统中，提出了保密信息与非保密信息分离传输的方法，从理论与实验上验证了该方法的可行性和有效性。最后，研究了基于MGOOC的OCDM实验系统，进行了实验测试与分析。
　　 (2)基于同余算子构造光正交码(OOC)的方法是国际学者广泛关注的问题，特别是基于二次同余算子的OOC构造法。为了提高OCDM系统的用户容量，本文将二次同余扩展到三次同余，提出了基于三次同余的OOC构造方法。此外，研究了基于三次同余OOC二维地址码的构造方法，进行了计算机仿真与性能研究。
　　 (3)基于光子晶体(Photonic Crystals，PhC)易于现实光信息延时和相位改变的特性，提出了基于PhC的新型非相干和相干光编/解码器方案，建立了这两种新型光编/解码器的理论模型，进行了数值计算。研究结果表明基于PhC的非相干和相干光编/解码器方案具有较好的灵活性与光编/解码性能，且易于小型化。
　　 (4)为了进一步提高OCDM系统的传输性能，在采用传统前向纠错码(FEC)的基础上，提出了在OCDM系统中采用可调级联纠错的方法，研究了基于可调级联纠错码的OCDM系统性能，并比较研究了在OCDM系统中应用多种纠错码方案的系统性能，数值结果表明了采用级联纠错方法改善OCDM系统性能的有效性。另外，针对相干OCDM系统，提出了基于随机相位信息提高相干OCDM系统性能的新方法，进行了系统仿真，验证了该方法的可行性。
　　 (5)采用多重OOC排列组合标识光标签，能有效提高OPS网络支持的光标签数目，提出了基于多重(可调)OOC序列的光标签处理方法，进行了理论仿真。研究了基于多重OOC序列光标签的OPS(MOOCS-OPS)系统性能，进行了数值计算与讨论，从理论上验证了该方案的可行性和可扩展性。
　　 (6)针对MOOCS-OPS系统中光标签的单脉冲产生与光标签接收的非连续和突发特性，设计了基于FPGA产生用于光标签的单脉冲方案与光开关控制模块，并完成了硬件制作和相应的单元实验验证；设计并实现了用于随机、突发及低功率的MOOCS-OPS光标签接收的模块单元；根据MOOCS-OPS系统要求，设计并实现了基于MGOOC的布拉格光纤光栅(FBG)光编/解码器；在关键部件的设计与实验的基础上，研究了MOOCS-OPS的系统性能，进行了实验测试与结果分析，实现了MOOCS-OPS实验系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 OCDM基本原理

1.3 OCDM关键技术

1.3.1 OCDM系统中地址码

1.3.2 OCDM光编／解码器

1.3.3 OCDM系统性能

1.4 OCDM的部分应用

1.4.1基于OCDM的无源光网络

1.4.2基于OCDM的光分组交换

1.4.3基于OCDM的保密信息传输

1.5论文的主要研究内容与安排

第二章 多组光正交码的构造及应用研究

2.1引言

2.2光正交码的基础

2.2.1光正交码基本定义

2.2.2光正交码容量

2.2.3光正交码的集合

2.3多组光正交码的构造

2.3.1理论基础

2.3.2多组光正交码概念及构造法

2.3.3多组光正交码的实例及性能

2.4多组光正交码的应用及实验

2.4.1 M-OCDM信息传输模型

2.4.2 M-OCDM信息传输的保密性

2.4.3 M-OCDM的实验

2.5小结

第三章 高次同余光正交码的构造及性能分析

3.1引言

3.2高次同余光正交码构造

3.2.1一维高次同余光正交码构造

3.2.2基于CCC的TS／FH码字构造

3.3高次同余光正交码的性能与容量

3.3.1码字相关性能

3.3.2系统性能分析

3.3.3码字容量分析

3.4小结

第四章 基于光子晶体的OCDM光编解码器研究

4.1引言

4.2光子晶体基础

4.3光子晶体非相干光编解码器

4.3.1光子晶体非相干光编解码器方案

4.3.2理论模型

4.3.3仿真结果与讨论

4.4光子晶体相干光编解码器

4.4.1光子晶体相干光编解码器方案

4.4.2理论模型

4.4.3仿真结果与讨论

4.5小结

第五章 改善OCDM传输系统性能的研究

5.1引言

5.2级联纠错码改善OCDM系统的研究

5.2.1基本原理

5.2.2系统性能分析

5.2.3数值计算与讨论

5.3改善相干OCDM系统性能的研究

5.3.1基本原理

5.3.2理论分析

5.3.3仿真结果及讨论

5.4小结

第六章 基于MOOCS光标签OPS的理论分析

6.1引言

6.2 MOOCS-OPS理论模型及仿真

6.2.1光标签处理的比较

6.2.2 MOOCS光标签原理

6.2.3仿真实验结果与讨论

6.3 MOOCS-OPS的性能研究

6.3.1性能分析的模型

6.3.2性能分析

6.3.3数值结果及讨论

6.4小结

第七章 基于MOOCS光标签的OPS实验研究

7.1引言

7.2 MOOCS-OPS光标签产生

7.2.1 MOOCS光标签产生方案

7.2.2 MOOCS光标签产生的实验

7.2.3实验结果与讨论

7.3 MOOCS-OPS光标签接收

7.3.1 MOOCS光标签接收方案

7.3.2实验结果与讨论

7.4 MOOCS-OPS系统实验

7.4.1 MOOCS-OPS系统搭建

7.4.2实验结果与讨论

7.5小结

第八章 结束语

参考文献

致谢

个人简历

攻博期间参加科研、发表论文及专利