光码分多址波长－时间域二维光正交码编码器及解码器

摘要

本发明公开了一种适用于光码分多址通信网络的波长－时间域可调二维光正交码编/解码器的新结构，属于信息网络技术和光通信技术领域。技术方案如下：光码分多址波长－时间域二维光正交码编/解码器，选择波长－时间域二维光正交码进行光编/解码，由光编/解码模块、控制电路和信令代理组成；光编/解码模块由控制电路来控制，控制电路接受信令代理发出的指令实现波长选择和延时选择；信令代理与信令网相连；所述光编/解码模块由1×N波分解复用器、N×w光开关、w条可调光纤延时线、w×N光开关、N×1波分复用器构成。本发明的可调二维光正交码编/解码器，能实现任意二维波长－时间域光正交码的编/解码，具有模块化结构，便于集成。

说明书

技术领域：

本发明涉及光码分多址通信网络系统中的编码器和解码器的结构，属于信息网络技术领域和光纤通信技术领域。

背景技术：

随着网络业务的种类和业务量的剧增，特别是IP业务量的不确定性和不可预见性，对通信网络提出了越来越高的要求。近几年来，骨干网采用DWDM技术扩容和自动交换光传送网的研发，在高速率、大容量、长距离等方面得到长足发展，并向着智能高效的方向迈进。而城域网、特别是接入网成为通信网的瓶颈，限制了通信网络的发展。因此，光网络向整个通信网的边缘推进已是必然趋势，城域网和接入网将成为今后发展的重点。

在已提出的众多接入网技术中，光码分多址技术由于具有全光处理、能实现数据的高速传输，用户异步随机接入、能实现灵活组网，网络能动态分配带宽，对业务、协议和拓扑透明，支持可变比特率和突发业务，并可按用户需求实现分级服务质量，便于网络的升级和可扩展性，保密性好、安全性高，实现成本低，网络的控制和管理简单方便等突出优点，而成为实现光接入网的一种最有希望的技术。

采用光码分多址技术组网和通信的关键是性能优良的光编/解码器的设计和实现。关于光编/解码可以分为时间域编/解码、频域编/解码、波长-时间域编/解码和相位编/解码。时间域编/解码采用的是光的单极性码，码字之间的相关性不理想，使码字容量(反映用户数)和扩频长度(反映数据速率)之间互为矛盾，因此，要同时兼顾网中的用户数和用户的数据速率十分困难。光相位编/解码采用的是相干光码分多址技术，实现的技术难度大、成本高，短期内实现很困难。而波长-时间域二维光编/解码，在相同的扩频长度下，可以大大增加用户数，而且随着波分复用技术的成熟，从技术的实现难度和实现成本上来看，波长-时间域二维光编/解码是实现光码分多址通信最有希望的技术。关于波长-时间域二维光编/解码器，目前文献上提出的只是固定光编/解码器和可调范围非常有限的编/解码器，采用固定光编/解码器，只能实现点到点的通信，无法实现点到多点或广播式通信，及多点到多点的通信，无法实现组网。关于可调光编/解码器，仅见有采用光栅实现可调光编/解码器的报道，它只能实现一维可调，可调范围窄，而且光栅易受温度等环境变化因素的影响，其性能的稳定性较差，应用的局限性很大。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有模块化结构、功能强、实现简单、成本低、能实现光码分多址通信网络的波长-时间域可调二维光正交码编码器和解码器。

本发明的技术方案如下：

光码分多址波长-时间域二维光正交码编码器，所述编码器选择波长-时间域二维(N×M，w，λ_a，λ_c)光正交码进行光编码，其码字区组为[(i₁，j₁)，(i₂，j₂)，…，(i_k，j_k)，…，(i_w，j_w)]，其中：N为码包含的波长总数，M为时间切普数，w为每个码字的码重，即每个码字包含的1的个数，λ_a为码的自相关限制，λ_c为码的互相关限制；所述编码器由光编码模块、控制电路和信令代理组成；光编码模块由控制电路来控制，控制电路接受信令代理发出的指令实现波长选择和延时选择；信令代理与信令网相连；所述光编码模块由以下部件组成：

1×N波分解复用器：用于将经过数据调制后的来自宽带光源的时间宽度为切普宽度τ的窄光脉冲，分成波长为λ₀、λ₁…、λ_N-1的N个波长的光脉冲(每个光脉冲对应一个波长)；

N×w光开关：接受控制电路的控制，根据所述的波长-时间域二维光正交码选择波长为λ_ik(0≤i_k≤N-1，k＝1，2，…，w)的w个光脉冲；

w条可调光纤延时线：接受控制电路的控制，根据所述的波长-时间域二维光正交码码字元素的第二个坐标值j_k(0≤j_k≤M-1)，将所述N×w光开关所选择的w个光脉冲实现不同的延时j_k·τ；

w×N光开关：用于将实现了延时j_k·τ(k＝1，2，…，w)的w个光脉冲送至N×1波分复用器；

N×1波分复用器：用于将所述w×N光开关传送来的w个光脉冲实现合波。

本发明的可调二维光正交码编码器，编码过程如图1所示，首先，来自宽带光源的窄光脉冲(光脉冲的时间宽度为切普宽度τ)，经数据调制后，通过光纤1送至1×N波分解复用器2，分成波长为λ₀、λ₁…、λ_N-1的N个波长的光脉冲(3，4，5，…，6)，每个光脉冲对应一个波长(λ₀、λ₁…、λ_N-1)；然后，根据波长-时间域二维光正交码码字中每个码元的第一个坐标i_k(0≤i_k≤N-1)，(k＝1，2，…，w)，由N×w光开关7选择波长为λ_ik的w个光脉冲，它们经过w条可调光纤延时线(12，13，14，…，15)实现延时，其中波长为λ_ik的光脉冲的延时为j_k·τ(0≤j_k≤M-1)；再经w×N光开关16，将实现了适当延时的w个光脉冲送至N×1波分复用器17实现合波。即实现了波长-时间域二维光正交码的编码。由于两个N×w光开关(7和16)相互配合可以实现波长选择，w条可调光纤延时线(12，13，14，…，15)可以实现不同的延时，所以光编码器可以实现波长-时间域二维可调，从而实现任意波长-时间域二维光正交码的编码。

本发明的可调二维光正交码解码器，其结构与光编码器完全相同，实现任意波长-时间域二维光解码。具体描述如下：

光码分多址波长-时间域二维光正交码解码器，所述解码器选择波长-时间域二维(N×M，w，λ_a，λ_c)光正交码进行光解码，其码字区组为[(i₁，j₁)，(i₂，j₂)，…，(i_l，j_l)，…，(i_w，j_w)]，其中：N为码包含的波长总数，M为时间切普数，w为每个码字的码重，λ_a为码的自相关限制，λ_c为码的互相关限制；所述解码器由光解码模块、控制电路和信令代理组成；光解码模块由控制电路来控制，控制电路接受信令代理发出的指令，实现波长选择和延时选择；信令代理与信令网相连；所述光解码模块由以下部件组成：

1×N波分解复用器：用于将从光码分多址光网络上接收到的光编码信号分成波长为λ₀、λ₁…、λ_N-1的光脉冲；

N×w光开关：接受控制电路的控制，根据所述的波长-时间域二维光正交码选择波长为λ_il(0≤i_l≤N-1，l＝1，2，…，w)的光脉冲；

w条可调光纤延时线：接受控制电路的控制，根据所述二维光正交码码字元素的第二个坐标值j_l(0≤j_l≤M-1)，将所述N×w光开关所选择的光脉冲实现不同的延时(M-j_l)·τ，(l＝1，2，…，w)；

w×N光开关，用于将实现了延时(M-j_l)·τ(l＝1，2，…，w)的光脉冲送至N×1波分复用器；

N×1波分复用器，用于将所述w×N光开关传送来的光脉冲实现合波。

同样，本发明的解码器如图1所示，从光码分多址网络上接收的光编码信号，经1×N波分解复用器2分成波长为λ₀、λ₁、…、λ_N-1的光脉冲；N×w光开关7选择波长为λ_il(0≤i_l≤N-1，l＝1，2，…，w)的光脉冲，波长为λ_il的光脉冲经可调光纤延时线(12，13，14，…，15)实现(M-j_l)·τ的延时；w×N光开关16将实现了适当延时的光脉冲送至N×1波分复用器17，N×1波分复用器17将w×N光开关16传送来的光脉冲实现合波。这样就实现了对输入光编码信号的解码，即相关。当光解码与光编码相匹配时，即实现了自相关，由自相关峰值可以恢复出数据；当光解码与光编码不匹配时，实现互相关，相当于没有数据传输。

上述的光编码器或光解码器，所述控制电路包括波长选择控制器20和延时选择控制器21，波长选择控制器20用于控制所述的N×w光开关7和16以实现波长选择，延时选择控制器21用于控制所述w条可调光纤延时线(12，13，14，…，15)以实现延时选择。

上述的光编码器或光解码器，所述的可调光纤延时线结构均相同，如图2所示，每条可调光纤延时线包括一个1×2光开关24、m-2个2×2光开关25、一个2×1光开关24，所述m个光开关依次通过光纤(26，27，28，29，30，…，31)串连，延时依次为τ，2τ，2²τ，2³τ，……，2^m-1τ，m为正整数。由控制电路控制1×2和2×2光开关的状态实现所需的延时。

本发明的优点与积极效果如下：

采用本发明的波长-时间域二维光正交码编/解码器进行光编码和光解码，即可实现光码分多址网络的组网和通信。它除了具有传统光码分多址网络的优点之外，还具有网络用户数多、能实现同时通信的用户数多、对技术和光器件的要求不高等优点。本发明的可调二维光正交码编/解码器，能实现任意二维波长-时间域光正交码的编/解码，可调范围大，性能稳定，具有模块化结构，实现简单，成本低，便于集成。本发明的可调二维光正交码编/解码器具有广泛的应用价值，可用于骨干网和城域网、特别是光接入网的组网，也可与WDM光网络结合，实现灵活组网，更加有效地利用网络资源，提供更多、更好的服务。

附图说明：

图1是光码分多址可调二维光编/解码器的结构示意图。

图2是可调光纤延时线的结构示意图。

图3是本发明的光码分多址可调二维光编码器一具体实施例的结构示意图。

图中：

1—光纤(传输被数据调制的宽带窄光脉冲信号)

2—1×N解复用器

3—输出波长为λ₀的窄光脉冲

4—输出波长为λ₁的窄光脉冲

5—输出波长为λ₂的窄光脉冲

6—输出波长为λ_N-1的窄光脉冲

7—N×w光开关

8—输出波长为λ_i1的窄光脉冲

9—输出波长为λ_i2的窄光脉冲

10—输出波长为λ_i3的窄光脉冲

11—输出波长为λ_iw的窄光脉冲

12，13，14，15—可调光纤延时线

16—w×N光开关

17—N×1复用器

18—信令网的传输线路

19—信令代理

20—波长选择控制器

21—延时选择控制器

22—控制波长选择的电控制信号传输线路

23—控制可变延时的电控制信号传输线路

24—1×2光开关

25—2×2光开关

26—延时为τ的光纤延时线

27—延时为2τ的光纤延时线

28—延时为2²τ的光纤延时线

29—延时为2³τ的光纤延时线

30—延时为2⁴τ的光纤延时线

31—延时为2^m-1τ的光纤延时线

具体实施方式：

如图3所示，是本发明的光码分多址可调二维光编码器结构的一个实例结构示意图，该编码器能实现一个(5×28，4，0，1)光正交码的编/解码。该码的波长数N＝5，时间切普数M＝28，码重w＝4，自相关限制λ_a＝0，互相关限制λ_c＝1。该码的码字区组为：

[(i₁，j₁)，(i₂，j₂)，(i₃，j₃)，(i₄，j₄)]＝{[(l，(l□₇i₂)4)，(l1，1+((l1)□₇i₂)4)，

             (l4，2+((l4)□₇i₂)4)，(l3，3+((l3)□₇i₂)4)]：l∈[0，4]，i₂∈[0，6]}

其中，表示模5加，□₇表示模7乘。

所述编码器由光编码模块、控制电路(包括波长选择控制器20和延时选择控制器21)和信令代理19组成；光编码模块由控制电路来控制，控制电路接受信令代理19发出的指令实现波长选择和延时选择；信令代理19通过信令网的传输线路18与信令网相连；所述光编码模块由以下部件组成：

1×5波分解复用器2：用于将经过数据调制后的来自宽带光源的时间宽度为切普宽度τ的窄光脉冲，分成波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₃、λ₄的5个波长的光脉冲(每个光脉冲对应一个波长)；

5×4光开关7：接受波长选择控制器20的控制，根据所述的波长-时间域二维光正交码选择波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₄的4个光脉冲；

4条可调光纤延时线(12，13，14，15)：接受延时选择控制器21的控制，根据二维光正交码码字元素的第二个坐标值j_k(0≤j_k≤27，k＝1，2，3，4)，将所述5×4光开关7所选择的4个光脉冲实现不同的延时j_k·τ；

4×5光开关16：用于将实现了延时j_k·τ(k＝1，2，3，4)的4个光脉冲送至5×1波分复用器；

5×1波分复用器17：用于将所述4×5光开关传送来的4个光脉冲实现合波。

所述可调光纤延时线包括1个1×2光开关，4个2×2光开关，1个2×1光开关；所述6个光开关依次通过光纤延时线串接，延时依次为τ，2τ，2²τ，2³τ，2⁴τ。

所述(5×28，4，0，1)光正交码有35个码字，每个码字由λ₀～λ₄五个波长中的任意4个波长组成，每个波长对应的切普脉冲的延时范围在0～27τ之间。例如：利用其中的一个码字[(0，22)，(1，4)，(2，9)，(4，19)]进行光编码时，首先由1×5波分解复用器分出λ₀～λ₄五个波长的光脉冲，5×4光开关从中选出波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₄的四个光脉冲，通过可调光纤延时线使波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₄的切普脉冲分别延时22τ、4τ，9τ和19τ，再由4×5光开关将这些切普脉冲送至5×1波分复用器实现合波，即实现了光编码。

可调解码器与编码器的差别，只是对应波长为λ₀、λ₁、λ₂、λ₄的切普脉冲的延时分别为(28-22)τ＝6τ、(28-4)τ＝24τ、(28-9)τ＝19τ和(28-19)τ＝9τ而已，其他与编码器完全相同。