基于码片、模式相干的上行拍频噪声抑制方法与流程

本发明属于光接入网技术领域，具体涉及基于码片、模式相干的上行拍频噪声抑制方法。

背景技术：

近年来高宽带的服务和应用（例如高清电视（hdtv）和3d视频电话，在线游戏和云计算）的大量涌现，对光接入网络的带宽需求呈指数增长。过去的十几年里研究人员为了提升光纤通信的容量，在单模光纤上做出了种种努力，但其固有的非线性特性限制了传输容量的增长，目前单模光纤的传输容量已经逼近香农极限。面对通信网络日益发展的巨大需求，急需新的通信技术对系统容量进行提升。

与单模光纤相比，多模光纤的场面积较大，因此具有较高的非线性容限。模式复用技术是一种基于光纤波导传输模式，采用除了基本传输模式外还包括更高阶模式作为载波，进行模分复用，实现更高容量，更高传输速率的新型光通信技术。在模式复用传输系统中，由于多模光纤（一般传输模式数2～10）具有较大的模场面积，因此模式传输中受到模间色散、模间耦合以及非线性损伤的影响要比传统多模光纤更轻微，因此有很大的研究价值。然而，由于多模光纤在制造过程中不可避免的存在着材料、工艺等造成的折射率分布缺陷，以及在铺设工程中受外力影响造成的微弯、光纤跨段失配等影响，原本正交的传输模式在传输中发生相互耦合串扰，这种耦合是随机的，造成接收端模式信号的模糊，传输性能受到限制。而本发明采用正交模分复用的方法可以有效改善这一限制。

电码分复用（ecdm）是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式。ecdmpon允许所有用户使用单一波长，可以使用同样的光源和检测器支持所有用户，此外，每个用户分配一个单独的码片，码片之间相互正交，这样用户与用户之间的互扰就大大减小。然而对于上行传输，激光器所产生的拍频噪声严重影响了其传输性能，由于码分复用具有很高的代码增益，这样就大大抑制了拍频噪声。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于提供基于码片、模式相干的上行拍频噪声抑制方法，基于拍频噪声的产生机理，采用正交模式以及码片相干的方法对不同激光源产生的频率差而导致的拍频噪声进行抑制。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于码片、模式相干的上行拍频噪声抑制方法，包括如下步骤：

1）采用码分复用的原理，对经过qam调制的伪随机序列与正交扩频码wl进行直接扩频；

2）电信号由接口传输到光收发模块，将电信号转换为光信号，每个用户发出的光信号经功率组合模块后成一路光信号，再经过光信号调制模块调制成正交模式；

3）每个正交模式经过正交模式复用模块模式复用后耦合进多模光纤，经掺铒光纤放大器后传入正交模式解复用模块；

4）经过正交模式解复用模块解复用后的每种模式经光信号解调模块后由正交模变为基模光，基模光信号传入光线路终端；

5）在光线路终端中，光信号经过光收发模块变为电信号，通过接口接入cdma解码器；

6）传输到cdma解码器的电信号与正交扩频码wl进行解扩，利用码分复用的原理恢复出用户的数据信号，最后经过qam解调后恢复原始的传输数据。

进一步地，步骤1）中，所述的对经过qam调制的伪随机序列与正交扩频码wl进行直接扩频具体为：对上行信号而言，prbs序列首先经qam星座映射为待扩频的数据符号，然后对onu1~n的数据符号分别用正交扩频码wl进行扩频，其中n代表用户数。

进一步地，所述的正交扩频码wl采用hadamard矩阵生成，矩阵中各行列之间是相互正交的，正交扩频码wl表示为：

(i)；

其中，l表示正整数且为偶数；w1表示一行一列。

进一步地，步骤5）中，在所述的光线路终端中产生的频率差在用户接收端形成光学拍频噪声，所述的光学拍频噪声的nbeat最大值为

(iii)；

其中，gc码增益，b为基带信号的带宽，γ为调制指数。扩频后的信号具有高的码间增益，由上式可得拍频噪声nbeat就会降低。

进一步地，步骤2）中，所述的光信号调制模块调制是采用正交模式复用的方法，利用slm对所述的一路光信号进行调制。

进一步地，步骤3）中，经过所述的正交模式复用模块模式复用后耦合后的光场分布呈环状，环与环之间没有重叠。

有益效果：与现有技术相比，本发明的基于码片、模式相干的上行拍频噪声抑制方法，抑制由于不同激光器所产生的频率差而导致拍频噪声的上行传输方法。该方法将每一个onu分配指定的码片，各码片相互正交。上行数据首先进行星座映射，然后对各个上行数据分别用码片进行扩频操作，然后经光收发机转化为光信号后传输回olt；由于码片具有正交性，各onu的上行信号互扰将大幅度减小。此外，码片的编码增益还能够抑制上行拍频噪声。同时采用多模光纤作为传输媒介，每种模式可以单独传输用户到终端的信号，并提出了光正交模分复用的方法，从而消除了模式与模式之间的串扰，大大提高了系统的信息传输质量。

附图说明

图1为基于正交模分复用的ecdmpon上行传输方案示意图；

图2为正交模式生成示意图；

图3为正交模式光信号的强度分布图；

图4为用户扩频前码形图；

图5为用户扩频后码形图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

对本申请中涉及的缩写的说明：ecdma，electricalcodedivisionmultipleaccess，表示电码分多址；ecdm，electricalcodedivisionmultiplexing，表示电码分复用；pon，passiveopticalnetwork，表示无源光网络；prbs，pseudorandombinarysequence，表示伪随机二进制序列；onu，opticalnetworkunit，表示光网络单元；qam，quadratureamplitudemodulation，表示正交幅度调制；slm，spatiallightmodulator，表示空间光调制器；olt，opticallineterminal，表示光线路终端。

基于码片、模式相干的上行拍频噪声抑制方法，该方法是将ecdma引入光接入网系统，同时基于正交模分复用实现光接入系统扩容。采用电码分多址技术对上行传输数据进行扩频，由于在终端激光器产生的频率差在用户接收端形成光学拍频噪声，扩频而导致的代码增益可以很好的抑制拍频噪声，同时采用正交模分复用技术，从而消除了模式与模式之间的串扰。

基于码片、模式相干的上行拍频噪声抑制方法，包括如下步骤：

1）采用码分复用的原理，对经过qam调制的伪随机序列与正交扩频码wl进行直接扩频；

2）电信号由接口传输到光收发模块13，将电信号转换为光信号，每个用户发出的光信号经功率组合模块14后成一路光信号，再经过光信号调制模块15调制成正交模式；

3）每个正交模式经过正交模式复用模块16模式复用后耦合进多模光纤17，经掺铒光纤放大器18后传入正交模式解复用模块19；

4）经过正交模式解复用模块19解复用后的每种模式经光信号解调模块20后由正交模变为基模光，基模光信号传入光线路终端；

5）在光线路终端中，光信号经过光收发模块21变为电信号，通过接口接入cdma解码器22；

6）传输到cdma解码器22的电信号与正交扩频码wl进行解扩，利用码分复用的原理恢复出用户的数据信号，最后经过qam解调后恢复原始的传输数据。

步骤1）中，对经过qam调制的伪随机序列与正交扩频码wl进行直接扩频具体为：对上行信号而言，prbs序列首先经qam星座映射为待扩频的数据符号，然后对onu1~n的数据符号分别用正交扩频码wl进行扩频，其中n代表用户数。

正交扩频码wl采用hadamard矩阵生成，矩阵中各行列之间是相互正交的，正交扩频码wl表示为：

(i)；

其中，l表示正整数且为偶数；w1表示一行一列。

取l=4得w4为

(ii)；

对于两路随机序列，任取其两行进行相关运算即可得到正交扩频码wl序列。

步骤5）中，在光线路终端中产生的频率差在用户接收端形成光学拍频噪声，光学拍频噪声的nbeat最大值为

(iii)；

其中，gc码增益，b为基带信号的带宽，γ为调制指数。扩频后的信号具有高的码间增益，由上式可得拍频噪声nbeat就会降低。

步骤2）中，光信号调制模块15调制是采用正交模式复用的方法，利用slm对一路光信号进行调制。

步骤3）中，经过正交模式复用模块16模式复用后耦合后的光场分布呈环状，环与环之间没有重叠。

为了增大传输容量以及抑制上行传输时的拍频噪声，本发明提供了一种基于正交模分复用的ecdmpon上行传输方案。电码分复用（ecdm）是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，它具有码间增益高、保密性好、信号互扰低等优点，在无线接入中得到广泛的使用，如cdma系统。本发明将ecdm技术引入光接入网，首次提出了基于正交模分复用的ecdmpon上行传输方案。

在传统的模式复用中，基模信号与高阶模信号的模场会发生严重的交叠，从而发生模间的耦合，严重影响了系统的传输性能。本发明采用正交模式复用的方法，利用slm对基模高斯光进行调制，经过复用后耦合进多模光纤，耦合后的光场分布呈环状，环与环之间没有重叠，这样模式与模式之间就没有串扰。在解复用端三种正交模式的光经过空间光调制器后解调回基模光。

实施例

以三模光纤通信系统为例，每一种模式作为独立信道对应三个用户。图1为本发明的一个系统实施案例。

该系统中，11为cdma编码器，对用户数据序列进行扩频，12为乘法器，扩频码与星座映射后的序列直接相乘，13为光收发模块，将电信号转换为光信号，14功率组合模块，其功能将三束光信号合成一束光信号，15为光信号调制模块，其功能是将基模光调制成正交模式光，16为正交模式复用模块和19为正交模式解复用模块，17为多模光纤，18为掺铒光纤放大器，20为光信号解调模块，其功能是将正交模式光恢复成基模光，21为光收发模块，将光信号转换为电信号，22为cdma解码器，将对应用户的扩频数据序列恢复成映射后的初始序列。

正交模式生成原理如图2所示，其中21为光分束模块，将输入光束分成n路高斯光束，22为光信号调制模块，23为光复用模块，将n路正交模式光信号和成一路正交模式光信号。利用slm分别对n路高斯光束进行调制，生成半径不同呈环状的正交模式光。

如图3所示为生成的三个正交模式的光场强分布图，每种模式的光呈环状，半径依次递增，相互之间没有重叠。

以一种模式对应的三个用户为例，每个用户随机生成二进制比特流，并转换成双极型不归零码，扩频码用hadamard矩阵生成，图4为用户扩频前码形图，图5为用户扩频后码形图。同时选取同一段时间内的码元，发现每个用户的码元数经扩频后成倍增加，随着码增益的增大，抑制拍频噪声的能力就越强。

本系统的工作过程如下所述，首先每个用户经过qam映射后分配给指定的码片进行扩频，扩频后的电信号经过光收发模块后转换为光信号，三个用户为一组的光信号经过功率组合后在一路正交模式上传输。三个正交模式经过模式复用后耦合进多模光纤中，再经过edfa放大后传送到解复用端，解复用端将多模光纤中传输的光信号恢复成三个正交模式，每个正交模式经过光信号调制模块后恢复成基模光信号。在终端，由光收发模块将光信号转换为电信号，每个用户对应唯一的码片进行解码，解码后再经过qam解映射恢复成二进制比特流。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明保护范围。