CN101068136A - 基于色散匹配的光通信多路复用方法及系统 - Google Patents
基于色散匹配的光通信多路复用方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于色散匹配的光通信多路复用方法，通过对传输的信号进行色散匹配，增强了光通信系统对同一光通路上不同信道传输信号的识别能力，提高了同一光通路复用数，并通过差分检测消除多信道用户之间的干扰。本发明还公开了基于上述方法的光通信多路复用系统，包括设于同一光通路若干信道上的若干个编码器、若干个解码器和全光网络，各编码器均由数据调制单元、色散单元组成，各解码器对应设有色散匹配单元，同一信道的色散单元和色散匹配单元带有数值相同或相近、正负符号相反的色散系数，色散匹配单元连接有用于消除多信道用户干扰的差分检测单元。本发明可有效抵消多用户干扰，大大提高了同一光通路复用数。
Description
技术领域
本发明涉及一种光通信技术，特别是涉及一种基于色散匹配的光通信多路复用方法及系统。
背景技术
光通信技术，主要是光纤通信技术，具有高容量、高带宽、高速率特点，在通信网中得到广泛的应用。一根光纤，或自由空间的一个光通路，可以同时承载多个通信信道，称为多路复用。多路复用可以在电路上完成，也可以在光路上完成，后者比前者信道带宽或速率更高，本发明在光路上完成多路复用。现有的在光路上完成多路复用技术有波分复用、光时分复用和光码分多址技术三种。相比之下，波分复用技术成熟，但复用的路数受波长数限制，光时分复用的路数不受波长数限制，可以更高，但成本更高。光码分多址技术成本在两者之间，复用的路数理论上也很高，但实际上受多用户干扰而大受限制。本发明的多路复用方法可以看成光码分多址方法，但编解码的方法不同于现有的光码分多址技术的编解码的方案，而且通过延时差分检测技术能有效抵消多用户干扰，从而大大提高实际复用的路数，应用前景很好。
光码分多址方法的原理：在发送节点，利用光脉冲对数据源中数据流的每个比特“1”(或“0”)按规律编码，形成高速光序列。比特“0”(或“1”)不编码，由全零代替。每个节点的码型不同，代表该节点的地址码。通过光纤和星形耦合器，将编码后的光序列发送到每个接收节点。在接收端，如果解码器与编码器匹配，解码信号为自相关输出，得到大的自相关峰(同时伴有小的旁瓣)，否则为互相关输出，相关峰小。通过光阈值开关或高速光电接收器接收，在比较器中，输出的电信号与阈值Tb。相比较，若信号值大于阈值，输出“1”，反之则输出“0”，即可恢复原来的数据。解码器输出除了大的自相关峰以外，还有旁瓣以及互相关输出，这些称为多用户干扰。当复用的用户数增加时，多用户干扰会增加，增加到阈值，就会误判而误码。
发明内容
本发明提供了一种基于色散匹配的光通信多路复用方法，通过对传输的信号进行色散匹配，增强了光通信系统对同一光通路上不同信道传输信号的识别能力，提高了同一光通路复用数，并通过差分检测消除多信道用户之间的干扰。
一种基于色散匹配的光通信多路复用方法，包括以下步骤：
(1)在同一光通路的若干条信道上，对同一信道上的发送端和接收端设置匹配的色散系数，不同信道设置不同的色散系数；
(2)一个信道发送端将通过其对应的信道进行传输的待发送二进制数据信号编码转换为原始光脉冲序列信号；在一个比特周期内，有脉冲表示“1”，无脉冲表示“0”，或者，有脉冲表示“0”，无脉冲表示“1”；并对原始光脉冲序列信号进行色散处理，使其沿时间轴均匀延展其对应信道的色散系数倍，得到延展光脉冲序列信号；
(3)通过网络发送延展光脉冲序列信号；
(4)在该信道的接收端，对接收到的延展光脉冲序列信号进行色散处理，使其沿时间轴反方向均匀延展其对应信道的色散系数倍，若接收端与发送端匹配，则延展光脉冲序列信号恢复为原始光脉冲序列信号(即自相关峰)，但存在其他信道的延展光脉冲序列(即互相关峰)的干扰(即多用户干扰)，将恢复后的光脉冲序列信号分为两路进行差分检测，一路进行延时后与另一路相减，使自相关峰变成正负两个，使得同一信道接收到的光脉冲序列信号能够分清在任意一个比特周期中有无脉冲，消除其他信道的延展光脉冲序列信号的干扰。
所述的延展光脉冲序列信号的时间宽度为待发送二进制数据信号比特周期的整数倍。
所述的匹配是指同一信道上，发送端和接收端的色散系数数值相同或相近、符号相反。
本发明还提供了一种基于上述方法的光通信多路复用系统。
一种基于上述方法的光通信多路复用系统，包括设于同一光通路若干信道上的若干个编码器、若干个解码器和光网络，所述的各编码器均由数据调制单元、色散单元组成，各解码器对应设有色散匹配单元，同一信道的色散单元和色散匹配单元带有数值相同或相近、正负符号相反的色散系数，色散匹配单元连接有用于消除多信道用户干扰的差分检测单元。数据调制单元输入是待发送二进制数据信号，输出是原始光脉冲序列信号，原始光脉冲序列信号的脉宽不大于待发送二进制数据信号比特周期的1/4。色散单元输入是原始光脉冲序列信号，输出是延展光脉冲序列信号，其峰值减弱到原始光脉冲序列信号的1/4以下，时间上延宽到原始光脉冲序列信号的4倍以上，序列中光脉冲在时间上可以混叠。
所述的色散系数用于描述色散单元、色散匹配单元对光脉冲序列信号的延展程度和延展正反方向。
所述的色散单元由啁啾光纤光栅和光环形器组成，输入的光脉冲序列信号经光环形器到啁啾光纤光栅，啁啾光纤光栅延展光脉冲序列信号并反射，经光环形器到输出端。
所述的色散匹配单元由啁啾光纤光栅和光环形器组成，输入的光脉冲序列信号经光环形器到啁啾光纤光栅，啁啾光纤光栅恢复光脉冲序列信号并反射，经光环形器到输出端。
所述的差分检测单元由一光延时器和一对光检测器组成，光延时器的输入端连接色散匹配单元，输出端连接一光检测器的光连接端，另一光检测器的光连接端接入色散匹配单元，两光检测器的相反极性电连接端相连，由色散匹配单元输出的光脉冲序列信号被分为两路，一路经光延时器进行延时输出至一光检测器，另一路直接送另一光检测器的光连接端。
所述光延时器对光脉冲序列信号的延时时间不大于待发送二进制数据比特周期的1/2。
本发明采用脉冲均匀延展作为编码，解码后无旁瓣，而互相关值在一个比特周期内是恒定的，这样，解码后信号通过与自身的延时后相减，减除互相关值，而自相关峰变成正负两个，容易判定。所以，本发明可以有效抵消多用户干扰。另一方面，本发明系统中所用的光源可以是非相干光源，防止产生拍频噪声。因此，本发明大大提高同一光通路复用数。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为编码器的内部结构示意框图；
图3为色散单元和色散匹配单元一种实施方式的结构示意图；
图4为解码器的内部结构示意图；
图5为差分检测单元一种实施方式的结构示意图；
图6为差分检测单元另一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于色散匹配的光通信多路复用系统，包括若干个编码器、全光网络和若干个解码器，如图2所示，各编码器均由数据调制单元和色散单元组成，如图4所示，各解码器均由色散匹配单元和差分检测单元组成，色散单元和色散匹配单元带有数值相同或相近、正负相反的色散系数。如果光通信系统的一个解码器色散匹配单元的色散系数与其中一个编码器色散单元的色散系数大小相等或近似相等，正负符号相反，则称为匹配。
数据调制单元输入是待发送数据电信号或数据光信号，输出是原始光脉冲序列信号；原始光脉冲序列信号的脉宽不大于待发送数据信号比特周期的1/4。延展光脉冲序列信号时间宽度为待发送数据信号比特周期的整数倍。
色散单元输入是原始光脉冲序列信号，输出是延展光脉冲序列信号，其峰值减弱到原始光脉冲序列信号的1/4以下，时间上展宽到原始光脉冲序列信号的4倍以上。如图3所示，色散单元的一个实例是采用啁啾光纤光栅和光环行器构成，输入光脉冲经光环形器到啁啾光纤光栅，啁啾光纤光栅延展光脉冲并反射经光环形器到输出端。
全光网络用于完成编码器与解码器之间的光路沟通，其一个简单的实例就是：网络中心设一个M×N的耦合器，M个编码器通过光纤分别接到耦合器M个输入端，N个解码器通过光纤分别接到耦合器N个输出端。
色散匹配单元输入是经全光网络传输过来的光脉冲序列信号，输出也是光脉冲序列信号。色散匹配单元的一个实例也是采用啁啾光纤布拉格光栅和光环行器构成，其工作原理与色散单元相同。
如图5、6所示，差分检测单元由一光延时器和一对光检测器(PD)组成，光延时器的输入端连接色散匹配单元，输出端连接一光检测器的光连接端，另一光检测器的光连接端接入色散匹配单元，两光检测器的相反极性电连接端相连，由色散匹配单元输出的光脉冲序列信号经一光分路器被分为两路，一路经光延时器进行延时输出至一光检测器，另一路直接送另一光检测器的光连接端。
其中光分路器的一个实例是光纤耦合器，光延时器的一个实例是一段光纤，光检测器(PD)的一个实例是用PIN或APD半导体光电二极管。
待发送的数据电信号或光信号，经编码器后变成沿时间轴均匀延展某一固定系数的光脉冲序列信号，不同信道延展不同固定系数。全光网络完成编码器与解码器之间的光路沟通，解码器输入编码器送来的光脉冲序列信号，输出数据电信号。
Claims (9)
1.一种基于色散匹配的光通信多路复用方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在同一光通路的若干条信道上，对同一信道上的发送端和接收端设置匹配的色散系数，不同信道设置不同的色散系数；
(2)一个信道发送端将通过其对应的信道进行传输的待发送二进制数据信号编码转换为原始光脉冲序列信号；在一个比特周期内，有脉冲表示“1”，无脉冲表示“0”，或者，有脉冲表示“0”，无脉冲表示“1”；并对原始光脉冲序列信号进行色散处理，使其沿时间轴均匀延展其对应信道的色散系数倍，得到延展光脉冲序列信号；
(3)通过网络发送延展光脉冲序列信号；
(4)在该信道的接收端，对接收到的延展光脉冲序列信号进行色散处理，使其沿时间轴反方向均匀延展其对应信道的色散系数倍，若接收端与发送端匹配，则延展光脉冲序列信号恢复为原始光脉冲序列信号，并将其进行差分检测，消除其他信道的延展光脉冲序列信号的干扰。
2.如权利要求1所述的光通信多路复用方法，其特征在于：所述的延展光脉冲序列信号的时间宽度为待发送二进制数据信号比特周期的整数倍。
3.如权利要求1所述的光通信多路复用方法，其特征在于：所述的匹配是指同一信道上，发送端和接收端的色散系数数值相同或相近、符号相反。
4.一种基于权利要求1-3任一所述方法的光通信多路复用系统，包括设于同一光通路若干信道上的若干个编码器、若干个解码器和光网络，其特征在于：所述的各编码器均由数据调制单元、色散单元组成，各解码器对应设有色散匹配单元，同一信道的色散单元和色散匹配单元带有数值相同或相近、正负符号相反的色散系数，色散匹配单元连接有差分检测单元。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的色散系数用于描述色散单元、色散匹配单元对光脉冲序列信号的延展程度和延展正反方向。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的色散单元由啁啾光纤光栅和光环形器组成，输入的光脉冲序列信号经光环形器到啁啾光纤光栅，啁啾光纤光栅延展光脉冲序列信号并反射，经光环形器到输出端。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的色散匹配单元由啁啾光纤光栅和光环形器组成，输入的光脉冲序列信号经光环形器到啁啾光纤光栅，啁啾光纤光栅恢复光脉冲序列信号并反射，经光环形器到输出端。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的差分检测单元由一光延时器和一对光检测器组成，光延时器的输入端连接色散匹配单元，输出端连接一光检测器的光连接端，另一光检测器的光连接端接入色散匹配单元，两光检测器的相反极性电连接端相连，由色散匹配单元输出的光脉冲序列信号被分为两路，一路经光延时器进行延时输出至一光检测器，另一路直接送另一光检测器的光连接端。
9.如权利要求8所述的光通信多路复用系统，其特征在于：所述光延时器对光脉冲序列信号的延时时间不大于待发送二进制数据比特周期的1/2。
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