1 OCDMA系統(tǒng)基本原理 CDMA技術(shù)在移動通信中已經(jīng)取得了很大成功，將這種碼分多址技術(shù)應(yīng)用到光纖通信系統(tǒng)中，就得到了OCDMA通信系統(tǒng)，兩者的技術(shù)原理相似。在發(fā)送節(jié)點(diǎn)，編碼器對數(shù)據(jù)流的每個比特"1"按規(guī)律編碼，形成光脈沖序列，比特"0"不編碼，由全0序列代替。每個節(jié)點(diǎn)的碼型不同，代表不同用戶地址。通過光纖和星形耦合器，將編碼后的光序列發(fā)送到每個接收節(jié)點(diǎn)。在接收端，如果譯碼器與編碼器匹配，譯碼信號為自相關(guān)輸出，得到大自相關(guān)峰(同時伴有小的旁瓣)，否則為互相關(guān)輸出。譯碼信號通過光閾值開關(guān)或高速光電接收器接收，在比較器中，輸出的電信號與閾值相比較，若信號值大于閾值，輸?quot;1"，反之則輸出"0"，從而恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。

按編碼方式的不同，可分為時域編碼(DS-CDMA)和頻域編碼(FH-CDMA)。在DS-CDMA中，每一個傳輸比特用脈沖時域序列組成的碼字來定義，F(xiàn)H-CDMA中，碼片或字節(jié)的載頻相應(yīng)于定義好的碼序列而變化。與光纖的巨大帶'寬相結(jié)合，RCDMA所需解決的許多問題，如：噪音干擾能力、克服遠(yuǎn)近效應(yīng)、抗多徑衰落能力等都不再重要，人們更關(guān)心的是他的多址功能碼型選擇時，更強(qiáng)調(diào)的是其正交性和容納用戶能力。在這方面OCDMA具有其新的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

2 OCDMA技術(shù)發(fā)展

OCDMA的發(fā)展在某種意義上是編碼技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)80年代中期，國外有人提出采用雙極性Gold碼對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行電CDMA編碼，光電轉(zhuǎn)換后之后再由光纖傳輸。這種編／解碼方式不可避免地受限于電子"瓶頸"問題，只能在中、低速光通信中應(yīng)用。后來有人采用光延遲線編碼技術(shù)對光信號直接進(jìn)行光編／解碼，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的OCDMA編／解碼。早期的編碼器僅對光強(qiáng)進(jìn)行編碼，從而OCDMA技術(shù)也只能應(yīng)用于非相干光系統(tǒng)，不能使用RCDMA中性能優(yōu)良的雙極性碼。這使得OCDMA系統(tǒng)的碼型設(shè)計(jì)一度成為一個關(guān)鍵問題。碼型設(shè)計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了素?cái)?shù)碼(PC)、光準(zhǔn)正交碼(OOC)、擴(kuò)展素?cái)?shù)碼(EPC)、二次同余碼(QC)、擴(kuò)展二次同余碼(EQC)和混合碼(HC)等。這些都是單極性碼，通常應(yīng)用于一維非相干OCDMA系統(tǒng)中。隨著光源技術(shù)及光柵編碼器技術(shù)的發(fā)展，與相干光通信技術(shù)相結(jié)合的雙極性碼OCDMA系統(tǒng)日益受到重視，并在實(shí)驗(yàn)室取得成功。此外有關(guān)二維OCDMA系統(tǒng)的研究也日見深入。

目前OCDMA技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已取得重大成就。將OCDMA技術(shù)與time-gating技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)在50km NZ-DSF上以160 Gchip／s碼片速率、1．25Gb／s速率的無誤碼傳輸。但該系統(tǒng)的商用化還存在許多問題。1998年，CodeStream technologies公司宣布實(shí)現(xiàn)了OCDMA商用產(chǎn)品，但3年后該公司即提出破產(chǎn)保護(hù)申請。2001年11月6日APN公司推出的APN-1008OCDMA多路復(fù)用器引起轟動。該產(chǎn)品以O(shè)CDMA技術(shù)為，支持多種速率(10Mb／s～10Gb／s)，多路協(xié)議(TDM，cell，packet)和多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(ring，mesh，bus，tree)，并可在保持當(dāng)前光網(wǎng)現(xiàn)有投資狀況下，增加用戶容量和網(wǎng)絡(luò)冗余量。這被們稱之為通信史上一大創(chuàng)舉，其實(shí)用前景還有待進(jìn)一步考察。

3 OCDMA系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

OCDMA相對OWDM和OTDM有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：

(1)可隨機(jī)接入性 OCDMA通過不同的碼字來區(qū)分不同用戶信息，不需要WDM所要求的波長控制和波長轉(zhuǎn)換，這樣地址分配靈活，用戶可以隨機(jī)接人，因此引起了人們極大興趣。 (2)可異步接入性 OCDMA不同信道之間可相互獨(dú)立地發(fā)送與接收信號，不需要網(wǎng)際規(guī)模的時鐘同步，也沒有接人時延。能支持突發(fā)性業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)"講完即走"(tell-and-go)適合突發(fā)流量、大流量和高速率環(huán)境；

(3)寬帶性 OCDMA只在發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯碼，與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無關(guān)?？蓸?gòu)成真正"透明"的全光通信高速通用網(wǎng)絡(luò)；

(4)可靠性 OCDMA中每一用戶分配一個單獨(dú)的光條碼，只有接收端與發(fā)送端嚴(yán)格匹配才能解出用戶信號，具有較高的安全性與保密性。

OCDMA還是一項(xiàng)協(xié)議獨(dú)立的技術(shù)，可與現(xiàn)有的任何新老設(shè)備兼容?？蓚魉腿魏螖?shù)字信號，包括SONET，ATM及DS-1和DS-3信號。

OCDMA技術(shù)與WDM技術(shù)的結(jié)合更好地發(fā)揮了光纖通信的潛力，可能成為未來全光網(wǎng)發(fā)展的重要趨勢。

4 OCDMA系統(tǒng)分類

4．1 相干系統(tǒng)和非相干系統(tǒng)

從信號處理角度來講，OCDMA系統(tǒng)可分為相干系統(tǒng)和非相干系統(tǒng)。非相干系統(tǒng)中，信道編碼采用光強(qiáng)調(diào)制方式，利用光信號的有無來表示二進(jìn)制的"0"和"1"，終端采用用平方律檢測光信號，信號是功率疊加而不是振幅疊加。非相干系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)多址功能時，編解碼器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，碼間串?dāng)_不可避免，誤碼率較高。

在相干編碼系統(tǒng)中，利用光的相干特性，對光的相位進(jìn)行編碼，接收端檢測光的相位，信號是振幅疊加。由于發(fā)送端機(jī)之間的延遲時間差遠(yuǎn)大于相干時間，形成了期望接收信號的相干疊加與不期望接收信號的非相干疊加，非相干疊加的信號作為背景噪聲可在梯形網(wǎng)絡(luò)解碼器的接收端使用平衡接收光電管消去，大大減少了多用戶引起的干擾?？烧{(diào)節(jié)的參量除了脈沖序列的延遲時間之外，又多了一個相位因素，使得他可利用現(xiàn)有的外部光相位調(diào)制器來編碼，更接近實(shí)用狀況。由于相干系統(tǒng)可以使用已有的雙極性碼，容許更短的序列長度，不同的相干信道可使用同一碼字，所以提供的用戶數(shù)更多，傳送數(shù)據(jù)速率更高，且誤碼率低。但是要求系統(tǒng)能控制和穩(wěn)定光脈沖的相位，傳輸時要求光脈沖偏振態(tài)保持不變，還要求編譯碼之間的延遲時間小于相干時間。目前還有一些課題有待解決。

4．2 一維和二維系統(tǒng)

按照編碼維數(shù)，OCDMA系統(tǒng)可分為一維OCDMA系統(tǒng)和二維OCDMA系統(tǒng)。

在一維OCDMA系統(tǒng)中，用戶地址碼是在時域上擴(kuò)展的{0，1}序列，要求這些地址碼具有良好的自相關(guān)性和互相關(guān)性，這將導(dǎo)致碼序列很長，擴(kuò)頻系數(shù)很大，編解碼器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

二維OCDMA系統(tǒng)中，每個地址碼序列的光脈沖不僅在時域上擴(kuò)展，同時還在空間或波長上擴(kuò)展。在相同擴(kuò)頻系數(shù)下，二維OCDMA系統(tǒng)不僅碼字?jǐn)?shù)增多，而且同時使用的用戶數(shù)也大有提高，發(fā)展?jié)摿^大。二維OCDMA系統(tǒng)常采用的方案有以下3種：

(1)T／SOCDMA(時分／空分OCDMA) 同一碼字中的不同脈沖調(diào)制在不同光纖信道上，并行傳輸方式，同步解調(diào)。

(2)WDM+OCDMA 同一碼字可以在不同波長上重復(fù)使用。在相同擴(kuò)頻系數(shù)下，碼字?jǐn)?shù)和并發(fā)用戶數(shù)都成倍增長。

(3)MW OCDMA(多波長OCDMA，有時也稱跳頻OCDMA) 同一碼字中的不同脈沖調(diào)制在不同光纖波長上，每個碼字(也可看成矩陣)同時在時域和波長上擴(kuò)展。

3種方案的比較如下：T／S OCDMA系統(tǒng)需要多個耦合器，而且要求每對編解碼器中不同空間信道的時延要完全相同。WDM+OCDMA系統(tǒng)誤碼性能優(yōu)于MW OCDMA，但是碼字?jǐn)?shù)要遠(yuǎn)小于MW OCDMA。

4．3 單比特和多比特傳輸系統(tǒng)

按同一序列周期中傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，OCDMA系統(tǒng)可分為單比特和多比特傳輸系統(tǒng)。在單比特系統(tǒng)中在每個序列周期僅傳輸用戶的一個比特?cái)?shù)據(jù)，而在多比特系統(tǒng)中，每個序列周期傳輸多個比特?cái)?shù)據(jù)。在接收端的比特判斷中使用相關(guān)值的方法，編碼器把用戶數(shù)據(jù)的多個比特轉(zhuǎn)換為一個光正交序列的循環(huán)移位形式，不同數(shù)據(jù)對應(yīng)不同的移位，該移位在光纖中傳送。解碼器并行地把信號與本地產(chǎn)生的用戶序列的各種移位形式進(jìn)行相干性處理，找出所接收的相對應(yīng)的移位形式，某處的移位所對應(yīng)著多個比特組成一個數(shù)據(jù)塊的值。這種方法可以大大地減小誤碼率。
5 編／解碼器的構(gòu)成

OCDMA的發(fā)展與編碼器的發(fā)展息息相關(guān)。OCDMA編／解碼器經(jīng)歷了光纖延遲線、體光柵、光纖光柵等幾種。

初使用的編碼器大都基于光纖延遲線原理。光纖延遲線編碼系統(tǒng)是由并行的幾束光纖和2個1×P星形耦合器構(gòu)成的，同一碼字中，編碼器之間的差別在于光纖延遲線的長度不同。編碼器的作用是將一個輸入的短脈沖進(jìn)行不同的延時，在輸出端將得到由這些不同延時的短脈沖合成的脈沖序列，如圖1所示，經(jīng)與閾值比較后，接收器將判決為"0"或"1"碼。

光纖延遲線編碼器的缺點(diǎn)是：體積龐大；存在嚴(yán)重的功率損失和分配問題；當(dāng)傳送數(shù)據(jù)"o"時，易產(chǎn)生譯碼錯誤。經(jīng)改進(jìn)后，形成的梯形網(wǎng)絡(luò)光纖延遲線編碼器，該編碼器由n個不同延時的延遲線構(gòu)成延遲線陣列，采用電光開關(guān)連接，整個傳輸結(jié)構(gòu)可以編程控制，能產(chǎn)生各種區(qū)組碼，為目前通用光編碼器，但是還存在碼長選擇問題、碼間串?dāng)_問題及光拍頻噪聲等問題。

另一編碼原理是使用自由空間衍射光學(xué)。采用一體光柵對脈沖中各頻率成分進(jìn)行空間分離和重組，用一相位模板來完成必要的脈沖濾波和整形功能。該方法結(jié)構(gòu)松散、有瞬時頻偏，造價昂貴，實(shí)用較少。

目前業(yè)界比較看好的是基于FBG單光束編／解碼技術(shù)，這是近幾年發(fā)展起來的新技術(shù)。初采用的是在一根光纖上按序?qū)懭?或接續(xù)而成)的FBG陣列，光柵的空間位置和反射幅度用于編碼。隨著光檢測技術(shù)的發(fā)展，光柵的反射相移也能檢測到，相位編碼也就成為可能。隨之二維光柵矩陣編碼(相位和幅度)器也已在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用?，F(xiàn)在更好的方法是在一根光柵上進(jìn)行連續(xù)的幅度和相位調(diào)制，形成SSFBG(超結(jié)構(gòu)光纖光柵)，用他替代離散FBG陣列進(jìn)行編／譯碼。該技術(shù)可在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)77km，10Gb／s的傳輸速率(包括雙極性碼和單極性碼)，系統(tǒng)性能良好。

SSFBG方法的實(shí)用潛力、工作極限目前還未曾詳細(xì)考察。根據(jù)OCDMA發(fā)展趨勢，我們預(yù)測可用于MWOCDMA系統(tǒng)的可調(diào)SSFBG編碼器將是以后發(fā)展的重點(diǎn)。而且考慮到SSFBG同時具有良好的色散補(bǔ)償性能與編碼性能，這將大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，集兩者功能為一身的SSFBG編碼器將是未來OCDMA技術(shù)的重要組成部分。

與OCDMA相關(guān)的技術(shù)還有硬件限幅技術(shù)及脈沖取樣技術(shù)，SSFBG技術(shù)與time-gating等脈沖取樣技術(shù)相結(jié)合，已在實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)了64 chip的1．25Gb／s的無誤碼傳輸。

6 結(jié) 語

為滿足未來通信的需要，人們在加緊實(shí)現(xiàn)WDM系統(tǒng)商業(yè)化的同時，開始了OCDMA技術(shù)的研究，OCDMA技術(shù)將是未來全光網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。許多大學(xué)及公司已充分認(rèn)識到其應(yīng)用前景，紛紛開展對OCDMA技術(shù)的研究。以后OCDMA的工作可能集中于以下幾個關(guān)鍵技術(shù)上：

(1)具有大容量及優(yōu)良特性的光正交碼的構(gòu)造問題。

(2)可調(diào)的可編程光／解碼器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)問題。

(3)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及偏振模色散、相關(guān)檢測等相關(guān)技術(shù)。

這些，都直接影響OCDMA技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展。總之，還有許多課題需要我們做進(jìn)一步深入研究。