專利名稱：一種跳頻周期光編解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光編解碼器，尤其涉及一種用于無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)光纖鏈路監(jiān)控的跳頻周期光編解碼器，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著無源光網(wǎng)絡(luò)PON被廣泛的應(yīng)用在光接入網(wǎng)中，對光網(wǎng)絡(luò)中的光纖鏈路狀態(tài)的監(jiān)控受到越來越多的關(guān)注。目前，對于光網(wǎng)絡(luò)的性能監(jiān)控多存在于ONU的管理系統(tǒng)，ONU的管理控制界面通過OLT和ONU之間的通信，可以提供很多的系統(tǒng)狀態(tài)信息，但是當(dāng)PON網(wǎng)絡(luò)的物理層出現(xiàn)故障時(shí)，OLT無法與ONU進(jìn)行任何的數(shù)據(jù)交換。因此，運(yùn)營商很難判斷問題出自于光纖鏈路還是ONU端的有源設(shè)備。為了盡可能地縮短物理層故障造成的業(yè)務(wù)中斷時(shí)間，運(yùn)營商需要一個具有預(yù)防性，能夠直接監(jiān)測無源光網(wǎng)絡(luò)中的光纖鏈路狀態(tài)的系統(tǒng)。 為了解決PON的光纖鏈路監(jiān)控問題，研究者先后提出了反射峰參考法，參考反射波長法，布里淵頻移法等監(jiān)控方法，但以上方法在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支路長度相等和網(wǎng)絡(luò)容量等問題上均存在不足。最近有人提出使用光編碼方法應(yīng)用于PON監(jiān)控，采用周期編解碼方法，能夠支持大容量網(wǎng)絡(luò)的光纖鏈路監(jiān)控，該編碼器具有構(gòu)造簡單，編碼器成本低，可產(chǎn)生大量的碼字等優(yōu)點(diǎn)。但是周期編碼在產(chǎn)生大量光碼字的同時(shí)，造成了周期間隔的增大，從而導(dǎo)致相關(guān)距離變大，使得碼字之間的干擾變大。同時(shí)周期編碼帶來更了較大的功率損失，不利于判別。多個編碼光信號脈沖及干擾光脈沖在接收電信號上產(chǎn)生較大的差拍噪聲。一份中國實(shí)用新型專利申請(申請?zhí)枮?01110164336. 8，申請日為2011年6月17日，公開號為CN102223176A，
公開日為2011年10月19日)公開了“一種基于二維光正交碼的無源光網(wǎng)絡(luò)光層監(jiān)控方法及裝置”。該監(jiān)控方法首先由無源光網(wǎng)絡(luò)的中心局向各用戶發(fā)送寬帶檢測光脈沖信號；然后各用戶對接收到的寬帶檢測光脈沖信號進(jìn)行二維正交光編碼，產(chǎn)生光編碼信號并發(fā)送回中心局，不同用戶所產(chǎn)生的光編碼信號各自不同且相互正交；中心局對用戶發(fā)送的光編碼信號進(jìn)行光解碼，得到各用戶的光解碼信號，并根據(jù)各用戶光解碼信號中自相關(guān)峰的情況判斷光纖鏈路的狀態(tài)。該方法具有不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)限制的優(yōu)點(diǎn)，可適用于多級聯(lián)及復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無源光網(wǎng)絡(luò)，且其所采用的二維光正交碼具有碼字容量大，碼字之間干擾小，可監(jiān)控大用戶容量的無源光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。但二維光正交碼的碼長一般較大，這在PON光纖鏈路監(jiān)控應(yīng)用時(shí)，會導(dǎo)致較大的相關(guān)距離，從而影響監(jiān)控系統(tǒng)的性能。而且二維光正交碼在頻域上占用的波長資源較多，頻譜利用率較低。在無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路監(jiān)控的應(yīng)用中，希望使用一種碼字容量大，相關(guān)距離小，頻譜利用率高的光編解碼方法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)采用二維光正交編碼所存在的相關(guān)距離較大、頻譜利用率較低的不足，提供一種跳頻周期光編解碼器。本實(shí)用新型具體采用以下技術(shù)方案一種跳頻周期光編解碼器，由w個光纖布拉格光柵通過光纖延時(shí)線串聯(lián)組成，w為光碼字的碼重，光柵之間的光纖延時(shí)線具有相同的長度，光纖延時(shí)線的長度為VgXPXT，其中Vg為光在光纖中的傳播速度，P為光碼字的周期值，T為檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾?；光柵的中心波長由跳頻周期光碼字中的頻域跳頻序列決定。—種跳頻周期光編解碼方法，用于無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖鏈路監(jiān)控，跳頻周期光碼字表示為(q，w, P) , q表示跳頻周期光碼字在頻域上可使用波長片的數(shù)量，w表示跳頻周期光碼字的碼重，P表示跳頻周期光碼字在時(shí)域上的周期值，q、W、P均為正整數(shù)；跳頻周期光碼字在時(shí)域進(jìn)行周期編碼，其周期值選取方法如下首先確定光碼字的碼重W，將第一個周期光碼字的周期值P1定為1，此后，假設(shè)第i (i > 2，i為正整數(shù))個光碼字的周期值Pi = Pi-Al,如果這個光碼字與之前任意的第m(m= 1，…，i-1)個光碼字的最大互相關(guān)值不大于1，則將此周期值定為第i個光碼字的周期值；如果最大互相關(guān)值大于1，則將周期值再加I并重新判決碼字之間的互相關(guān)值，直到符合條件要求為止；跳頻周期光碼字在頻域進(jìn)行跳頻編碼，其跳頻序列的構(gòu)造方法如下用一個L維 數(shù)組F=(f。，f1； f2,…，fM)來表示跳頻序列，其中fi，0彡i彡L-1，選自于可使用波長片集合(0，I, 2，…，q);跳頻序列的長度L不超過q，任何兩個序列之間的互相關(guān)值被限制在0或1，并讓任何序列中的任意相鄰頻率之間的距離大于一個固定整數(shù)d (d彡0);當(dāng)q為奇數(shù)時(shí)，取L=q-2d-l ；當(dāng)q為偶數(shù)時(shí)，取L=q-2d_2，其中d < [(^q + 1-1)/2]；設(shè) 2k=q-2d_l,由 d+1, d+2,…，q-d_l 這 2k 個數(shù)生成一組排列數(shù)Co, C1,…，C21ri，設(shè)Dn(j)=Cn+Cn+1+…+Ciw，其中Dn(j)進(jìn)行模q運(yùn)算，下標(biāo)進(jìn)行模2k運(yùn)算；如果某排列數(shù)滿足Ci+Ci+k=q, 0 彡 i 彡 k-1 和 Dciu)幸 D1(j)關(guān)…關(guān) D2k^1 (J), 2則稱該排列數(shù)為生成序列Cc^C1, "'C21ri，通過下式產(chǎn)生q個跳頻序列疋」=隊(duì)(1) +j,D0(2)+j,D0(3)+j,...,D0(2k)+j),其中0彡j彡q-1, Fj中的各數(shù)組元素進(jìn)行模q運(yùn)算。根據(jù)上述跳頻周期光編解碼方法，還可得到如下的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路監(jiān)控方法一種無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路監(jiān)控方法，包括以下步驟步驟A、中心局向各用戶發(fā)送寬帶檢測光脈沖信號；步驟B、各用戶對接收到的寬帶檢測光脈沖信號進(jìn)行光編碼，產(chǎn)生光編碼信號并發(fā)送回中心局，不同用戶所產(chǎn)生的光編碼信號各自不同且相互正交；步驟C、中心局對用戶發(fā)送的光編碼信號進(jìn)行光解碼，得到各用戶的光解碼信號，并根據(jù)以下準(zhǔn)則判斷光纖鏈路的狀態(tài)如果所有用戶的光解碼信號中都沒有自相關(guān)峰，則判斷主干光纖鏈路出現(xiàn)故障；如果某個用戶的光解碼信號中沒有自相關(guān)峰，則判斷該用戶所處支路的光纖鏈路出現(xiàn)故障；當(dāng)所有用戶的光解碼信號中都存在自相關(guān)峰，而業(yè)務(wù)出現(xiàn)中斷，則判斷無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖鏈路正常，ONU的設(shè)備出現(xiàn)故障；所述光編碼和光解碼采用上述跳頻周期光編解碼方法。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果I、本實(shí)用新型中的跳頻周期光碼字在時(shí)域上采用周期編碼，而在頻域上采用跳頻編碼，比傳統(tǒng)的二維光正交碼具有更大的碼字容量，可監(jiān)控大用戶容量的網(wǎng)絡(luò)。2、本實(shí)用新型中的跳頻周期光碼字在保持碼字容量大的同時(shí)，具有更小的相關(guān)距離，能夠有效抑制多用戶干擾和差拍噪聲，提高系統(tǒng)監(jiān)控性能。3、在碼字容量一定時(shí)，本實(shí)用新型中的跳頻周期光碼字具有更小的碼重，則編解碼器中的光柵數(shù)量更小，使得編解碼器具有低成本優(yōu)勢。

圖I為本實(shí)用新型的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路監(jiān)控方法的流程圖；圖2為跳頻周期光碼字(9，4，5)的光編碼信號示意圖；圖3為本實(shí)用新型的跳頻周期光編解碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為幾種光編碼方法的碼字容量對比圖；圖5為幾種光碼字相關(guān)距尚不意圖；·圖6為驗(yàn)證試驗(yàn)中所使用的監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明本實(shí)用新型的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路監(jiān)控方法，如圖I所示，包括以下步驟步驟A、中心局向各用戶發(fā)送寬帶檢測光脈沖信號；無源光網(wǎng)絡(luò)中心局側(cè)的光線路終端，向無源光網(wǎng)絡(luò)用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元，發(fā)送寬帶檢測光脈沖信號。步驟B、各用戶對接收到的寬帶檢測光脈沖信號進(jìn)行跳頻周期光編碼，產(chǎn)生跳頻周期光編碼信號并發(fā)送回中心局，不同用戶所產(chǎn)生的跳頻周期光編碼信號各自不同且相互正交；跳頻周期光編碼對寬帶檢測光脈沖同時(shí)在時(shí)域和頻域進(jìn)行二維光編碼，產(chǎn)生w個在時(shí)域上具有相同時(shí)間間隔的子光脈沖，時(shí)間間隔的大小取決于所用跳頻周期光碼字的周期值P和檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾?，w個子光脈沖的中心波長各不相同，波長取值由跳頻序列決定。具體而言，進(jìn)行跳頻周期光編碼時(shí)，跳頻周期光碼字表示為(q，w, P)，q表示跳頻周期光碼字在頻域上可使用波長片的數(shù)量，w表示跳頻周期光碼字的碼重，P表示跳頻周期光碼字在時(shí)域上的周期值，q、W、P均為正整數(shù)；跳頻周期光碼字在時(shí)域進(jìn)行周期編碼，其周期值選取方法如下首先確定光碼字的碼重W，將第一個周期光碼字的周期值P1定為1，此后，假設(shè)第i (i > 2，i為正整數(shù))個光碼字的周期值Pi = Pi-Al,如果這個光碼字與之前任意的第m(m= I,-,i-1)個光碼字的最大互相關(guān)值不大于1，則將此周期值定為第i個光碼字的周期值；如果最大互相關(guān)值大于1，則將周期值再加I并重新判決碼字之間的互相關(guān)值，直到符合條件要求為止；跳頻周期光碼字在頻域進(jìn)行跳頻編碼，其跳頻序列的構(gòu)造方法如下用一個L維數(shù)組F=(f。，f1； f2,…，fM)來表示跳頻序列，其中fi，0彡i彡L-1，選自于可使用波長片集合(0，I, 2，…，q);跳頻序列的長度L不超過q，任何兩個序列之間的互相關(guān)值被限制在0或1，并讓任何序列中的任意相鄰頻率之間的距離大于一個固定整數(shù)d (d彡0);當(dāng)q為奇數(shù)時(shí)，取L=q-2d_l ；當(dāng)q為偶數(shù)時(shí)，取L=q-2d_2，其中d < [(^J4q + l -1)/2]；設(shè) 2k=q-2d_l,由 d+1, d+2,…，q-d_l 這 2k 個數(shù)生成一組排列數(shù)Co, C1,…，C21ri，設(shè)Dn(j)=Cn+Cn+1+…+Ciw，其中Dn(j)進(jìn)行模q運(yùn)算，下標(biāo)進(jìn)行模2k運(yùn)算；如果某排列數(shù)滿足Ci+Ci+k=q, 0 ^ i ^ k_l 和 D0(J)幸 D1(J)幸…幸 D2k_1(j),2 ^ j ^ k則稱該排列數(shù)為生成序列Cc^C1, "'C21ri，通過下式產(chǎn)生q個跳頻序列疋」= 。(1) +j,D0(2)+j,D0(3)+j,...,D0(2k)+j),其中0 < j < q-1, Fj中的各數(shù)組元素進(jìn)行模q運(yùn)算。以跳頻周期光碼字(9，4，5)的編碼為例，該碼字的可用波長片數(shù)為9，即光碼字將在這9個波長上進(jìn)行跳頻編碼。光碼重為4，表示為編碼后的子脈沖數(shù)量。該碼字的時(shí)域周期值為5，即編碼后的每個子脈沖之間的時(shí)間間隔為5個時(shí)間片。圖2為一個寬帶檢測光脈沖按光碼字(9，4，5)進(jìn)行跳頻周期光編碼后，得到的光編碼信號，4個編碼子脈沖光信號依次處在時(shí)間片1，時(shí)間片6，時(shí)間片11，時(shí)間片16上，周期為5，即實(shí)現(xiàn)時(shí)域上的周期編碼。而在頻域上依次占據(jù)波長片4，波長片8，波長片5，波長片0，完成頻域上的跳頻編碼，對應(yīng)頻域的跳頻序列為(4, 8, 5, 0)?！ど鲜鎏l周期光編碼可利用圖3所示的跳頻周期光編碼器實(shí)現(xiàn)，如圖所示，該跳頻周期光編碼器由w個光纖布拉格光柵通過光纖延時(shí)線串聯(lián)組成的跳頻周期光編碼器實(shí)現(xiàn)，光柵之間的光纖延時(shí)線具有相同的長度，光纖延時(shí)線的長度為vgXPXT，其中Vg為光在光纖中的傳播速度，P為光碼字的周期值，T為檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾龋还鈻诺闹行牟ㄩL由跳頻周期光碼字中的頻域跳頻序列決定。步驟C、中心局對用戶發(fā)送的跳頻周期光編碼信號進(jìn)行光解碼，得到各用戶的跳頻周期光解碼信號，并根據(jù)以下準(zhǔn)則判斷光纖鏈路的狀態(tài)如果所有用戶的跳頻周期光解碼信號中都沒有自相關(guān)峰，則判斷主干光纖鏈路出現(xiàn)故障；如果某個用戶的跳頻周期光解碼信號中沒有自相關(guān)峰，則判斷該用戶所處支路的光纖鏈路出現(xiàn)故障；當(dāng)所有用戶的跳頻周期光解碼信號中都存在自相關(guān)峰，而業(yè)務(wù)出現(xiàn)中斷，則判斷無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖鏈路正常，ONU的設(shè)備出現(xiàn)故障；同一跳頻周期光碼字的光解碼器與光編碼器結(jié)構(gòu)相同，方向相反。圖4顯示了幾種光編碼方法的碼字容量，幾種光編碼方法分別為現(xiàn)有的一維光正交編碼、二維光正交編碼以及本實(shí)用新型的跳頻周期光編碼。跳頻周期光碼字參數(shù)為q =9,w = 4, Tc=Ins,其中T。為寬帶檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾取⒅芷赑定義跳頻周期光碼字的碼字長度。從圖中可以看到，當(dāng)碼長為40，一維光正交碼的碼字容量為4，二維光正交碼的碼字容量為70。而跳頻周期碼的碼字容量為189，約為二維光正交碼數(shù)量的2. 5倍和一維光正交碼數(shù)量的47倍?？梢娫谌N光碼字中，跳頻周期碼的碼字容量最大，可以監(jiān)控大用戶容量的無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路狀態(tài)。由于寬帶檢測光脈沖的重復(fù)頻率一般在kHz級別，速率較低，而且PON網(wǎng)絡(luò)的用戶呈分散，隨機(jī)的分布。所以在光編碼監(jiān)控中，只有當(dāng)兩個ONU所在支路的長度相差小于光碼字的相關(guān)距離時(shí)，兩個ONU產(chǎn)生的光編碼信號才會相互重疊并產(chǎn)生多用戶干擾。所以相關(guān)距離可以看做兩個ONU產(chǎn)生的光編碼信號不發(fā)生互相干擾的最小距離。相關(guān)距離的大小取決于所選用光碼字的結(jié)構(gòu)和檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾取D5顯示了在檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾纫欢〞r(shí)，幾種光碼字的相關(guān)距離，這幾種光碼字分別為現(xiàn)有的周期編碼、二維光正交編碼以及本實(shí)用新型的跳頻周期光編碼。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量為32時(shí)，需要有32個相互正交的光碼字用于監(jiān)控光網(wǎng)絡(luò)，即要求碼字容量不低于32。此時(shí)，如圖所示，跳頻周期碼的相關(guān)距離為4.8m，而周期碼的相關(guān)距離為38m，二維光正交碼的相關(guān)距離為77m，分別相當(dāng)于跳頻周期碼的相關(guān)距離的8倍和16倍。由此可見，跳頻周期光碼字在保持大碼字容量的同時(shí)，具有更小的相關(guān)距離，從而大大降低了多用戶干擾發(fā)生的概率，使得監(jiān)控性能得到了提高。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本實(shí)用新型監(jiān)控方法的效果，構(gòu)建了如圖6所示的無源光網(wǎng)絡(luò)鏈路監(jiān)控系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)進(jìn)行了以下試驗(yàn)在OLT側(cè)，調(diào)制數(shù)據(jù)加載在光調(diào)制器上，將寬帶光源調(diào)制產(chǎn)生脈沖寬度為1ns，重復(fù)頻率為IkHz的寬帶檢測光脈沖序列。寬帶檢測光脈沖的波長與數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄩL不相同，從而不影響數(shù)據(jù)通道的傳輸。寬帶檢測光脈沖序列依次通過EDFA光放大器和光環(huán)形器進(jìn)A 20km光纖進(jìn)行傳輸，通過1:4分光器到達(dá)每個0NU。在每個ONU的前端，通過波分復(fù)用器將寬帶檢測光脈沖序列送進(jìn)光編碼器進(jìn)行跳頻周期光編碼，并且由光編碼器將編碼光信號反射，依次通過波分復(fù)用器，I 4分光器，20km光纖和光環(huán)型器送回OLT側(cè)。在接收端，所有ONU的光編碼信號分別通過色散補(bǔ)償光纖和EDFA光放大器進(jìn)行色散補(bǔ)償和功率補(bǔ)償，再經(jīng)過光解碼器得到光解碼信號，最后送入采用示波器得到監(jiān)控測試結(jié)果。示波器的信號平均 次數(shù)為256，用于消除噪聲。在本實(shí)驗(yàn)中，共有四個ONU用戶，在接收端，只進(jìn)行ONUl所在支路的解碼處理和監(jiān)控測試，光解碼器I和光編碼器I使用相同的碼字，從而得到正確的解碼光信號。其它ONU支路的監(jiān)控方法相同，不再重復(fù)。在本實(shí)驗(yàn)中，跳頻周期光碼字參數(shù)選取為q=7，w=2，七個可用波長片的中心波長選擇為入!=1548. 8nm,入 2=1549. 2nm,入 3=1549. 6nm,入 4=1550nm,入s=1550. 4nm,A 6=1550. 8nm, X 7=1551. 2nm。四個ONU所用的跳頻周期光碼字分別為{(4，1)，5}，{(7,4),5}，{(2,6),5}, {(4，1)，9}，其中(4，I)，(7，4)，(2，6)表示頻域所選用的跳頻序列，5和9表示時(shí)域編碼的周期值。光編碼器由兩個中心波長不同，相距一定長度光纖延時(shí)線的光纖布拉格光柵FBG串聯(lián)構(gòu)成，其中FBG的3dB反射譜寬約為0. 2nm,反射率約為95%，光纖延時(shí)線的長度為50cm和90cm對應(yīng)于周期值5和9。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出在只有ONUl支路進(jìn)行編碼的情況下，接收端得到的解碼自相關(guān)峰，正確恢復(fù)出了檢測光脈沖；在4個ONU都進(jìn)行光編碼的情況下，根據(jù)接收端得到的光解碼信號可以發(fā)現(xiàn)，干擾信號并沒對ONUl的解碼自相關(guān)峰產(chǎn)生干擾，只是在附近產(chǎn)生了一些干擾信號；當(dāng)ONUl支路發(fā)生故障損耗時(shí)，解碼自相關(guān)峰信號減弱，但干擾信號保持不變；如果ONUl支路斷開，則解碼自相關(guān)峰完全消失，而干擾信號未變化；當(dāng)主干光纖發(fā)生斷開故障時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)解碼自相關(guān)峰壑干擾信號都消失了，在接收端得不到任何信號。
權(quán)利要求1.一種跳頻周期光編解碼器，由#個光纖布拉格光柵通過光纖延時(shí)線串聯(lián)組成，#為光碼字的碼重，其特征在于，光柵之間的光纖延時(shí)線具有相同的長度，光纖延時(shí)線的長度為VgXPXT，其中Vg為光在光纖中的傳播速度，P為光碼字的周期值，T為檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾?；光柵的中心波長由跳頻周期光碼字中的頻域跳頻序列決定。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種跳頻周期光編解碼器，用于無源光網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路監(jiān)控。該光編解碼器由w個光纖布拉格光柵通過光纖延時(shí)線串聯(lián)組成，w為光碼字的碼重，光柵之間的光纖延時(shí)線具有相同的長度，該長度取決于跳頻周期光碼字的周期值和檢測光脈沖的時(shí)域?qū)挾?；每個光柵的中心反射波長由頻域上的跳頻序列決定。本實(shí)用新型能夠增加光碼字的碼字容量，降低光碼字的相關(guān)距離，有效抑制多用戶干擾和差拍噪聲，提高系統(tǒng)監(jiān)控性能。
文檔編號H04L1/00GK202565428SQ20112050441
公開日2012年11月28日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者孫小菡, 周谞 申請人:東南大學(xué)