2.5 Gbit/s二维OCDMA系统研究

王 可，吉建华，张志朋，蒲 涛，方 涛，吴国峰，王 航，李文浦

1)深圳市现代通信与信息处理重点实验室，深圳518060;2)深圳大学信息工程学院，深圳518060;3)中国人民解放军理工大学通信工程学院，南京210007;4)中国电子科技集团公司第三十四研究所，广西桂林541004

光码分多址 (optical code division multiple access，OCDMA)技术具有随机异步接入、软容量、频谱资源利用率高及安全性好等优点，是新一代全光通信和全光网络的优选技术，可用于光信道多路复用和宽带光接入网［1-2］.OCDMA主要有一维系统和二维系统［3-10］，前者的光脉冲仅在时域上进行扩展;后者不仅在时域上进行扩展，且能在频域上进行跳频的同时进行时频域二维光编码和光解码.本文报道了2.5 Gbit/s二维光码分多址系统实验，采用增益开关分布反馈 (distributed feedback，DFB)激光器，产生皮秒级超短光脉冲作为编码光源;时频域二维光编/解码器是基于分段采样啁啾光栅技术制作的光纤光栅;在有干扰用户的情况下，实现了G.652单模光纤100 km传输，误码率小于10－9.为OCDMA系统提供了一个高效可行的实用化优选方案.

1 超短脉冲光源

光编码需要超短脉冲光源，本系统采用增益开关半导体激光器产生的超短光脉冲，作为光编码用光源.在半导体激光器中通过改善注入电流，引起粒子数急剧反转，采用大振幅、高速的电脉冲或正弦大信号直接调制激光二极管，利用其非线性机制产生超短光脉冲.增益开关激光器具有结构简单、使用方便、光脉冲重复率可调、脉冲谱线窄、可产生亚皮秒超短脉冲、脉冲重复频率高、小型和稳定等特点.

增益开关半导体激光器的最佳工作状态和脉冲压缩效果，与所得到的输出光脉冲性能，分别在工作电流、调制信号功率和频率等方面相关.偏置电流及调制功率对输出光脉冲有较大影响，在一定的调制频率下，对某个固定的激光器，偏置和调制电流过大或过小均会使输出的脉冲变宽，精确调整偏置和调制电流的大小，可得到相对最窄的脉冲.在调制深度和频率一定时，有最佳电流使输出脉冲最窄.适当调整偏置、调制深度及处理初始啁啾，可获得窄光脉冲.

实验装置图如图1.2.5 GHz微波信号由Anritsu的误码仪MP1763产生;微波放大器的最大输出功率为30 dBm;可调衰减器用来控制正弦调制信号的功率.输出波形用采样示波器测量;输出脉冲的光谱用光谱仪测量.

图1 增益开关半导体光器产生超短光脉冲实验系统框图Fig.1 Experiment system of ultra-short optical pulse based on gain-switched DFB laser

图2 是2.5 GHz增益开关DFB激光器的输出光谱.其中，10 dB谱宽为 1.58 nm(1 549.51～1 551.09 nm)，中心波长λС=1 550.3 nm;脉冲波形采用LeCroy公司产的NRO9000型采样示波器测量，实测得到输出光脉冲宽度约20 ps.

图2 2.5 GHz增益开关DFB激光器的输出光谱Fig.2 Output spectrum of 2.5 GHz gain-switched DFB laser

2 时频域二维光编/解码

OCDMA的地址码采用单重合码［11］.定义q为奇整数 (等于波长数)，码长N=q－2d－1.其中，d是任意两个相邻波长之间的波长间隔.若q=7，N=4，d=1，则可得7个单重合序列码为{2⊕k，5⊕ k，3⊕ k，0⊕ k}.其中，k=0，1，…，6;⊕表示模7加.本实验编码器用3个波长.

二维光编码器/光解码器是基于分段采样啁啾光栅技术制作的光纤光栅.OCDMA编解码器的实质是在光域实施信号映射 (编码)和相关运算 (解码)的物理器件，一般可将其等效为一个线性时不变系统，其冲击响应由编解码器的物理结构和折射率分布等参数决定.根据等效啁啾原理，具有任何响应的光栅都可通过对采样光栅的周期进行调整，并在采样光栅的非0级信道上实现.采用分段采样啁啾的方法，将宽谱光源的不同频率分量，在时域上分离后重组，并将地址码信息用等效相移的方式引入到不同的频率分量上以实现谱相位编码.采用该方法制作的编解码器具有制作简单、工艺要求低的特点，利于系统应用.

本研究设计和实现的基于采样光纤光栅的谱相位编光编/解码器有两对，一对用作主用户，另一对用作干扰用户.对光编/解码器的测试有两种情况:一是仅有主用户和无干扰用户;二是主用户+1个干扰用户.

2.1 光编码测试

2.1.1 无干扰用户时的编码波形

图3为2.5 Gbit/s光码分多址系统在无干扰用户时，实测所得用户编码波形.

2.1.2 有干扰用户时的编码波形

图4为2.5 Gbit/s光码分多址系统在有干扰用户 (主用户+干扰用户)时，实测所得在加多址干扰情况下主用户的编码波形.

2.2 光解码测试

2.2.1 无干扰用户时的解码

图5为2.5 Gbit/s光码分多址系统在无干扰用户时，实测所得主用户解码波形.2.2.2 有干扰用户时的解码

图3 无干扰用户时的编码波形Fig.3 Encoding waveform without interfering user

图4 有干扰用户时的编码波形Fig.4 Encoding waveform with interfering user

图5 无干扰用户时解码波形Fig.5 Decoding waveform without interfering user

图6 为2.5 Gbit/s光码分多址系统在有干扰用户 (主用户+干扰用户)时，实测所得在加多址干扰情况下主用户的解码波形.

图6 有干扰用户时解码波形Fig.6 Decoding waveform with interfering user

3 2.5 Gbit/s OCDMA系统实验

2.5 Gbit/s时频域二维光编解码OCDMA系统由增益开关DFB激光器、2.5 G放大器、光调制器、调制驱动器、光编码器、光放大器、G.652光纤、色散补偿光纤 (dispersion compensating fiber，DCF)、光解码器及光接收机 (2.5 GPIN、时钟和数据恢复CDR模块)组成.系统的实验框图如图7，采用网络性能测试仪产生2.5 Gbit/s SDH光信号OC-48，经待测试系统后的光信号输入到网络性能测试仪，对编解码与传输系统性能进行测试［12-13］.

在1个用户+1个干涉用户的情况下，测试2.5 G OCDMA系统的传输性能，测试12 h 8 min 5 s，结果如图8，实测误码率3.7×10－11.

图7 2.5 Gbit/s OCDMA系统实验框图Fig.7 Experiment system of 2.5 Gbit/s OCDMA

图8 2.5 Gbit/s OCDMA系统误码率Fig.8 Bit error rate of 2.5 Gbit/s OCDMA system

结 语

本研究所报道的2.5 Gbit/s OCDMA时频域二维光编/解码系统，采用增益开关DFB激光器产生皮秒级超短光脉冲作为编码光源;采用单重合码进行光编解码;利用基于分段采样啁啾光栅技术制作光纤光栅光编/解码器，实现时频域二维光编解码.网络测试实验结果表明:该系统在有干扰用户的情况下，实现了数据速率2.5 Gbit/s，经G.652单模光纤100 km传输，误码率小于10－9.系统传输性能较佳，即使在有干扰用户的情况下，也能实现长距离、高质量、稳定地传输;兼具安全、稳定、结构简单和使用方便等优点.为OCDMA系统在解决光信号安全传输、光码分多址扩容、光码分多址接入，及光码标记交换等全光通信和网络应用问题，提供高效可行的实用化优选方案.

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