本發(fā)明涉及通訊技術領域，尤其涉及一種時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼的構造方法及系統(tǒng)。
背景技術：
光碼分多址(OCDMA)具有寬帶、安全和隨機即時接入等特點，是未來高速局域網(wǎng)和接入網(wǎng)的最佳方案之一。按自由度分可以分為一維OCDMA系統(tǒng)和二維OCDMA系統(tǒng)，二維OCDMA系統(tǒng)的地址碼不僅在時域上擴展，同時還在波長上擴展，稱為二維光正交碼。
目前，國內外的許多學者已構造了多類二維OCDMA地址碼?；谒財?shù)碼(Prime code),Tancevski.L等構造了PC/PC和EQC/PC，PC/PC碼的自相關限為0，互相關限為1，EQC/PC的自相關限為0，互相關限為2。萬生鵬等基于素數(shù)碼和光正交碼，構造了PC/OOC碼，它的自相關限為0，互相關限為1。周秀麗等基于RS碼，構造了多倍長多波長RS碼，它的自相關限為0，互相關限為1。殷洪璽等構造了二維OCFHC/OOC碼和二維變重碼，互相關限為1。李傳起等構造了二維QPC碼，互相關限為1。Lee和Seo利用兩個不同的一維OOC分別在時域和頻域擴展，構造的二維光正交碼的碼重為3，互相關限為1。Kwong和Yang利用素數(shù)跳頻碼控制時域和頻域，構造的二維光正交碼的碼長為素數(shù)，互相關限等于1。Kwong等采用素數(shù)碼及其循環(huán)序列為頻域擴頻序列，一維OOC為時域擴頻序列，波長數(shù)為素數(shù)之乘積，二維光正交碼的互相關限等于1。E.S.Shivaleela等利用有限域直接構造了二維光正交碼，互相關限等于1。Jen-Hao Tien和Yang等構造了互相關限為2的二維碼，增加了碼字容量，但增加了用戶之間的多址干擾。S.Kim和K.Yu構造了三維光正交碼，分別在時域/頻域/空域(或偏振域)進行擴展，其碼字容量大大增加，但系統(tǒng)實現(xiàn)難度大，相關的后續(xù)研究較少。
另一方面，隨著光編解碼器技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的二維非相干OCDMA系統(tǒng)向二維相干OCDMA系統(tǒng)演進。所謂二維相干OCDMA，是指在相干OCDMA系統(tǒng)中，采用雙極性的二維地址碼進行擴頻編碼和光相關解碼，其優(yōu)點是碼字容量大大增加。Ye Zhang采用雙極性的m跳頻序列，實現(xiàn)了相位編碼的二維SSFBG編/解碼器，即二維相干OCDMA系統(tǒng)。在二維相干OCDMA系統(tǒng)中，不同用戶之間的碼字不完全正交將導致多址干擾，目標信號和干擾信號經過光電檢測器時將導致差拍噪聲，而差拍噪聲遠遠大于多址干擾，成為二維相干OCDMA系統(tǒng)最主要的噪聲。吉建華等構造了無碰撞區(qū)雙極性跳頻碼，可以消除多址干擾和差拍噪聲，但碼字容量較小(碼重等于碼長)，使二維相干OCDMA系統(tǒng)容量受限，無法實現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)。吉建華等構造了一種具有零相關窗的二維光正交碼的形成方法及裝置，但只適合與二維非相干OCDMA系統(tǒng)，而且碼字容量有限(等于系統(tǒng)的有效波長數(shù))。
在二維相干OCDMA系統(tǒng)中，影響整個系統(tǒng)性能的噪聲主要包括多址干擾和差拍噪聲。多址干擾是由碼字的不正交引起的，差拍噪聲是由光檢測器的平方特性引起的，這同樣取決于碼字的正交性。目前，二維相干OCDMA系統(tǒng)采用雙極性的m跳頻序列，地址碼不能完全正交(互相關限最小為1)，互相關特性不理想，因此系統(tǒng)存在多址干擾和差拍噪聲。尤其當并發(fā)用戶數(shù)較多時，多址干擾和差拍噪聲成為最主要的噪聲，使二維相干OCDMA系統(tǒng)的誤碼率急劇上升，從而導致二維相干OCDMA的接入用戶數(shù)受到限制。同時，由于地址碼不能完全正交，二維相干OCDMA系統(tǒng)存在遠近效應，這需要復雜的功率控制。因此，目前二維相干OCDMA系統(tǒng)難以實用化。
吉建華等構造了無碰撞區(qū)雙極性跳頻碼，可以消除多址干擾和差拍噪聲，但碼字容量較小(等于系統(tǒng)的有效波長數(shù))，使二維相干OCDMA系統(tǒng)容量受限，無法實現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼的構造方法，包括如下步驟：
A.構造具有零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列LA；
B.構造頻域的單重合序列；
C.構造Walsh序列；
D.將零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列與頻域的單重合序列相結合，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼；
E.將時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結合，則構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述步驟A中，設m、ZCZ為正整數(shù)，其中m代表基本脈沖的個數(shù)，ZCZ代表零相關區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關區(qū)長度ZCZ構造出LA碼的基序列，并設該基序列的長度為N，用s＝{s1，s2，…，sN}表示基序列，用{δi，i＝1，2，…，m}表示基序列中對應的基本脈沖間隔，假設m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設0≤x1≤x2≤…≤xm≤N-1。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述步驟B中，單重合序列是一種為無線跳頻CDMA系統(tǒng)設計的跳頻偽隨機序列，對于給定的參數(shù)，設波長數(shù)目q為一個奇整數(shù)，定義跳頻序列的長度為L＝m＝q－2d－1，如果q為一個偶整數(shù)，則定義L＝q－2d－2，其中m與步驟A中的意義一樣，d為任意兩個相鄰“chip”波長的最小間隔，則可以構成q個長為L的單重合序列集，用A＝{a1，a2，…，aq}表示該序列集，其中其中i＝1，2，…，q。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述步驟D中，以LA碼的基序列s為時間擴頻偽隨機序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機序列，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述步驟E中，根據(jù)Walsh序列相應碼片的極性，控制時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼相應碼片的相位，從而構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。
本發(fā)明還提供了一種時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼的構造系統(tǒng)，包括：
第一構造模塊，用于構造具有零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列LA；
第二構造模塊，用于構造頻域的單重合序列；
第三構造模塊，用于構造Walsh序列；
第一處理模塊，用于將零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列與頻域的單重合序列相結合，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼；
第二處理模塊，用于將時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結合，則構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述第一構造模塊中，設m、ZCZ為正整數(shù)，其中m代表基本脈沖的個數(shù)，ZCZ代表零相關區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關區(qū)長度ZCZ構造出LA碼的基序列，并設該基序列的長度為N，用s＝{s1，s2，…，sN}表示基序列，用{δi，i＝1，2，…，m}表示基序列中對應的基本脈沖間隔，假設m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設0≤x1≤x2≤…≤xm≤N-1。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述第二構造模塊中，單重合序列是一種為無線跳頻CDMA系統(tǒng)設計的跳頻偽隨機序列，對于給定的參數(shù)，設波長數(shù)目q為一個奇整數(shù)，定義跳頻序列的長度為L＝m＝q－2d－1，如果q為一個偶整數(shù)，則定義L＝q－2d－2，其中m與第一構造模塊中的意義一樣，d為任意兩個相鄰“chip”波長的最小間隔，則可以構成q個長為L的單重合序列集，用A＝{a1，a2，…，aq}表示該序列集，其中其中i＝1，2，…，q。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述第一處理模塊中，以LA碼的基序列s為時間擴頻偽隨機序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機序列，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼。
作為本發(fā)明的進一步改進，在所述第二處理模塊中，根據(jù)Walsh序列相應碼片的極性，控制時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼相應碼片的相位，從而構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明只要用戶之間的延遲在零相關區(qū)內，所有碼字完全正交，這將完全消除二維相干OCDMA系統(tǒng)的多址干擾和差拍噪聲，也可以消除二維相干OCDMA系統(tǒng)的遠近效應。因此，本發(fā)明構造的時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼，可實現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)，應用于光接入網(wǎng)、光局域網(wǎng)、光碼標記交換網(wǎng)絡、光纖傳感器網(wǎng)等。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明公開了一種時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼的構造方法，包括如下步驟：
步驟S1.構造具有零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列LA；
步驟S2.構造頻域的單重合序列；
步驟S3.構造Walsh序列；
步驟S4.將零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列與頻域的單重合序列相結合，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼；
步驟S5.將時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結合，則構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。
在步驟S1中，設m，ZCZ為正整數(shù)，其中m代表基本脈沖的個數(shù)，ZCZ代表零相關區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關區(qū)長度ZCZ就可以構造出LA碼的基序列(也可通過算法搜索)，并設該基序列的長度為N，用s＝{s1，s2，…，sN}表示基序列，用{δi，i＝1，2，…，m}表示基序列中對應的基本脈沖間隔，假設m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設0≤x1≤x2≤…≤xm≤N-1。
在步驟S2中，單重合序列是一種為無線跳頻CDMA系統(tǒng)設計的跳頻偽隨機序列，該序列的特點是自相關限為0，互相關限為1。構造方法：對于給定的參數(shù)，設波長數(shù)目q為一個奇整數(shù)，定義跳頻序列的長度為L＝m＝q－2d－1(如果q為一個偶整數(shù)，則定義L＝q－2d－2)，其中m與步驟S1中的意義一樣，d為任意兩個相鄰“chip”波長的最小間隔，則可以構成q個長為L的單重合序列集，用A＝{a1，a2，…，aq}表示該序列集，其中其中i＝1，2，…，q。
在步驟S3中，2階Hadamard矩陣H2為:
2N階Hadamard矩陣H2N為:
在步驟S4中，以LA碼的基序列s為時間擴頻偽隨機序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機序列，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼。對單重合序列集A擴充，生成長度為N(使得該序列與LA基序列的長度一樣)的序列集H＝{h1，h2，…，hq},其中
基序列s與序列集H＝{h1，h2，…，hq}中的每個序列按位相乘，則可得到的序列集C＝{c1，c2，…，cq}，其中其中i＝1，2，…，q，序列集C就是具有零相關區(qū)的時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼，碼長為N，零相關區(qū)長度為ZCZ，波長數(shù)為q，碼重為m＝L，碼字容量為q，自相關限為0，互相關限為1，用參數(shù)表示為(N，ZCZ，m，0，1)。
在步驟S5中，根據(jù)Walsh序列相應碼片的極性(即+1或-1)，控制時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼相應碼片的相位，從而構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。碼字容量為q*m，碼長為N，零相關區(qū)長度為ZCZ，波長數(shù)為q，碼重為m＝L，自相關限為0，互相關限為1。
具體構造如下：
在步驟S1中，設構造LA基序列的基本脈沖數(shù)為m＝8，零相關區(qū)的長度為ZCZ＝16，可以得到基序列中對應的基本脈沖間隔{δi，i＝1，2，…，m}＝{16，17，18，20，19，22，23，21}，總長度為N＝156的基序列為：
在步驟S2中，設構造單重合序列的波長數(shù)目(也就是有效波長數(shù))q＝13，任意兩個相鄰波長的最小間隔為d＝2，則可以構成序列長度為L＝q－2d－1＝8的單重合序列為(3，5，6，4，10，8，7，9)，該產生序列是通過計算機搜索的方法得到的，由產生序列構造出的單重合序列如下表1所示：
在步驟S3中，構造長度為8的Walsh序列，碼字容量為8，即矩陣的每一行代表一個Walsh碼。
在步驟S4中，由以上LA基序列s和表1中的單重合序列構造時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼，如表2所示，該二維碼的碼長為156，零相關區(qū)長度為16，碼重為8，有效波長數(shù)為13，碼字容量為13，自相關限為0，互相關限為1，用參數(shù)表示可以表示為(156，16，8，0，1)。
表2
在步驟S5中，根據(jù)Walsh序列相應碼片的極性(即+1或-1)，控制時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼相應碼片的相位，從而構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。以C13為例，每個Walsh碼與C13結合(控制相應碼片的相位)，可以構成8個時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼，即
類似地，表2中的任意一個時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼，都可以與每個Walsh碼結合(控制相應碼片的相位)，總共可以構成104個時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼(無碰撞區(qū)雙極性跳頻碼的碼字容量只有13，零相關窗的二維光正交碼的碼字容量只有13)。因此。本發(fā)明構造的大容量時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼，可實現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)，應用于光接入網(wǎng)、光局域網(wǎng)、光碼標記交換網(wǎng)絡、光纖傳感器網(wǎng)等。
本發(fā)明還公開了一種時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼的構造系統(tǒng)，包括：
第一構造模塊，用于構造具有零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列LA；
第二構造模塊，用于構造頻域的單重合序列；
第三構造模塊，用于構造Walsh序列；
第一處理模塊，用于將零相關區(qū)的時域零相關區(qū)擴頻序列與頻域的單重合序列相結合，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼；
第二處理模塊，用于將時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結合，則構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。
在所述第一構造模塊中，設m、ZCZ為正整數(shù)，其中m代表基本脈沖的個數(shù)，ZCZ代表零相關區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關區(qū)長度ZCZ構造出LA碼的基序列，并設該基序列的長度為N，用s＝{s1，s2，…，sN}表示基序列，用{δi，i＝1，2，…，m}表示基序列中對應的基本脈沖間隔，假設m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設0≤x1≤x2≤…≤xm≤N-1。
在所述第二構造模塊中，單重合序列是一種為無線跳頻CDMA系統(tǒng)設計的跳頻偽隨機序列，對于給定的參數(shù)，設波長數(shù)目q為一個奇整數(shù)，定義跳頻序列的長度為L＝m＝q－2d－1，如果q為一個偶整數(shù)，則定義L＝q－2d－2，其中m與第一構造模塊中的意義一樣，d為任意兩個相鄰“chip”波長的最小間隔，則可以構成q個長為L的單重合序列集，用A＝{a1，a2，…，aq}表示該序列集，其中其中i＝1，2，…，q。
在所述第一處理模塊中，以LA碼的基序列s為時間擴頻偽隨機序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機序列，構成時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼。
在所述第二處理模塊中，根據(jù)Walsh序列相應碼片的極性，控制時/頻域零相關區(qū)二維光正交碼相應碼片的相位，從而構成時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼。
本發(fā)明的時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼的構造方法及系統(tǒng)，既不同于傳統(tǒng)的二維光正交碼，又不同于傳統(tǒng)的一維時域零相關區(qū)擴頻序列，而且碼字容量遠遠大于已有的無碰撞區(qū)雙極性跳頻碼。本發(fā)明只要用戶之間的延遲在零相關區(qū)內，所有碼字完全正交，這將完全消除二維相干OCDMA系統(tǒng)的多址干擾和差拍噪聲，也可以消除二維相干OCDMA系統(tǒng)的遠近效應。因此，本發(fā)明構造的時/頻域零相關區(qū)二維雙極性碼，可實現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)，應用于光接入網(wǎng)、光局域網(wǎng)、光碼標記交換網(wǎng)絡、光纖傳感器網(wǎng)等。
以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。