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基于光纤光栅技术编解码技术的展望

作者: 发布时间:2020-01-20 13:53:28 阅读: 42 次

 

    随着光网络建设的高速发展WDM技术被人们大力发掘和完善,并获得了广泛的应用,但是,有限的频谱资源限制了,WDM在光网络中发挥更大的作用为充分利用有限的频谱资源,有效的解决方法是在一个光频上容纳多个用户信号,对不同的用户赋予不同的光码,即在光域上对不同的用户信号进行不同的编码和解码,实现光的码分复用组网其突出的优点是不仅频谱资源可得到有效利用,而且可异步随机接入、组网灵活、可自路由交换、保密性好、对光源和设备要求低、系统简单、维护方便、成本低廉,因而成为重要的研究热点,正不断地深化和发展。

光码分多址(OCDMA) 是一种复用扩频技术,与时分复用(OTDM) 和频分复用(OFDM) 相比,码分复用系统不需在时间或频率上同步(属异步通信),无需预约和等待,非常灵活,也不需要WDMA所要求的波长控制和波长转换,工作在低色散窗口,地址分配灵活,用户可以随机接入,因此引起人们的极大兴趣,尤其在高速光纤局域网中的应用更具潜力,是实现全光通信的重要技术。目前的关键是如何构造出性能优良的光正交码,这样,就可以把移动通信中成熟的CDMA技术应用到OCDMA中。

基于光正交码的编解码器技术有两种方案:时域编解码和频域编解码。1978年,Marom E等人提出在光处理中采用光纤延迟线,被认为是大部分OCDMA实现和应用的基础,光纤延迟线编解码器的研究一度成为热点。光谱编码的0CDMA系统最早由ZaccarinKavehrad两人提出。这种系统应用平衡发射和接收技术,以及光谱中的多个波长成分来进行地址编码。由于我们可以在非相干调制光系统中得到地址码的正交,从而提高了OCDMA系统的性能。通过应用互补光谱编码和平衡检测技术,我们可以得到完全的双极性和正交结果。

  研究表明,二维码明显的优于一维码,因此,目前OCDMA技术中,时域和频域相结合的跳频/扩时二维码编解码器技术成为研究的热点。

  二维光正交码光纤延迟线编/解码原理是把在时域内码字处于不同延时位置上的光脉冲调制在不同的波长上。在接收端,解码器首先进行滤波处理,滤出相应的波长进行波长互相关,再进行延迟,与解码器包含的标志序列作相关运算,进行相关识别,直接探测,通过阈值判断,从而在混有众多用户信号的接收信号中识别并拣出某用户的数据,从而实现了光正交码的产生和解码。

  利用ASE宽带光源,数据比特用宽带光调制,然后经波分解复用器虑出所需波长的光,根据具体的码字进行相应的延迟,经耦合器耦合进入馈线。接收端首先用同样的波分解复用器进行波长解码,在进入延迟线进行相关解码,最后经耦合器恢复出被宽带光源调制的比特信号,再进行门限判决恢复出用户比特信息。

光纤光栅是一种利用光纤材料的光敏性制成的纤芯折射率呈周期变化(或非周期变化)的光波导。所谓光纤的光敏性是指激光通过掺杂光纤时,光纤的折射率随光强的空间分布发生相应变化,变化的大小与光强成线性关系。这种线性变化可被地保持下来,其实质是在光纤纤芯内形成一个窄带地(透射或反射)滤波器或反射镜。利用光纤光栅可制成光纤激光器、光纤色散补偿器、光插/分复用器、光纤放大器的增益均衡器、光纤光栅编解码器等性能独特的光纤器件。

  单个Bragg光纤光栅(FBG)具有选频作用,能按设计的发射率反射特定波长的光信号,并且可以对光信号的相位产生影响[5],那么,在空间上按一定关系排列的FBG序列就能实现对输入光信号多个频谱成分的提取,而FBG所处的不同位置将实现对输入信号时域的编码;反之,被编码信号的解码过程也可以通过FBG加以实现。解码器与编码器中包含相同波长的FBG,但排列次序正好相反。

  另外,还有很多种OCDMA光编/解码器的报道,比如利用介质膜、分支光波导、阵列波导光栅[6]等,其中阵列波导光栅(AWG)是一种平面光波回路的无源器件,其结构是将一个阵列波导光栅与输入输出波导阵列、聚集平板波导集成在同一块衬底上。构成阵列波导光栅的是许多长度按线性递增(即各路光波的相位差恒定)的光臂。将AWG的输入、输出波导按特定的方式连接,再附以端面反射,就可完成OCDMA的编/解码任务。虽然AWG在串扰和温度特性等方面不如波膜滤波器而被一些业界公司所放弃,但是它采用在硅晶元上沉积SiO2,再用光学照影法和离子蚀刻法定以波导的工艺,使其具有成本低、易集成的特点,这代表了未来光器件的趋势。随着光电混合集成工艺的发展,作为一种光滤波器件,AWG必将可以同其他诸如开关器件或有源器件一起完成更加复杂的信号处理功能。该类光编/解码器地址码可调,结构紧凑,易集成,只是制作过程比较麻烦。有关光栅编/解码的研究工作有待进一步的深入。

光码分多址技术集传输与交换于一体,无需复杂的路由控制和网络管理,对各种不同类型的信息是透明的、开放的,无需全网同步,用户可实时地以异步方式接入、传输和交换,尤其它所具有的低时延、低抖动、高带宽等显著优点,非常适合于实时话音和视频等多媒体信息的接入和交换。

但是,光纤光栅的一系列优点,使之成为光纤通信系统重要的无源器件。目前市场上的光纤光栅器件的性能和应用都受到一定的限制,原因主要是高性能光纤光栅,特别是精密Bragg波长和啁啾光栅的制备技术尚需完善,新型的写入技术有待研究开发,高可靠和长期稳定的光纤光栅还是正在进行的研究项目。另外,温控、电控的光纤光栅也在研究当中,这对器件的灵活性有很大的好处。光编/解码器是实现OCDMA的关键技术。要构建OCDMA系统,应致力于基于光纤光栅的全光纤化、高集成、高效可靠的光编/解码器的研究,当前高精度光纤光栅的制备技术尚需完善,光纤光栅的长期稳定性和可靠性也需要解决,另外, 由于光纤光栅的高敏感性,如何消除温度和应力对其的影响, 也有待深入研究。解决好这些问题,对OCDMA技术的实用化将起到关键作用。其中利用FBGsAWG是今后发展的主流,但是有很多技术问题有待解决。

 

参考文献:

[1] 蔡茂国,杨淑雯等.光码分多址全光网络实现方案.电子学报.20018):11441146.

[2] CHUNG F R K,SALEHI J A WEI V K.Optical orthogonal codes :desigh,analysis and applications[J].IEEE Trans Inform Theory,1989,IT-35(3):595-604.

[3] 方晓惠,杨淑雯等. 光码分多址频域编/解码技术[J]. 光通信研究. 2001(2):35-38.

[4]Sangin Kim,Kyungsik Yu,Namkyoo Park.A new family of space/wavelength/time spread three-dimensional optical code for OCDMA networks[J]. IEEE Lightwave Technology, 2000184):502-511.

[5]T Erdogan. Fiber grating spectra [J]. Lightwave Technology. 1997,15(8):1277-1297.