專利名稱：超短脈沖光碼分多址系統中多用戶檢測器實現方法
技術領域：
本發明涉及一種超短脈沖光碼分多址系統中多用戶檢測器實現方法，主要應用于基于超短脈沖光碼分多址技術的光纖骨干網、計算機局域網、光纖傳感器網絡和光纖接入網。
背景技術：
傳統的光通信系統都使用強度調制和直接檢測，所以光地址碼一般取單極性碼(0，1)，而不是雙極性碼(-1，+1)。因此，在對光碼分多址系統進行研究的初期，大部分研究都是基于地址碼的單極性實現。盡管單極性碼在光碼分多址系統中應用有自己的優點，但是它們的正交性和容納的用戶的能力較差，而這正是光碼分多址系統中選擇地址碼的主要考慮因素，也限制了光碼分多址的實際應用，特別是在高速率的光通信系統。目前，越來越多的學者開始致力于研究如何將雙極性碼應用于光碼分多址系統。
將雙極性碼應用于光碼分多址系統，需要解決光信道只能傳輸單極性信號的問題。目前，一種較有發展前景的全光雙極性碼光碼分多址的實現途徑是超短脈沖光碼分多址系統。與傳統的時域光碼分多址實現方法不同，超短脈沖光碼分多址系統就是在攜帶數據信息的光脈沖的頻譜上傳輸相應的地址碼信息，它的具體實現可以有多種不同方案。
在超短脈沖光碼分多址系統中，所有用戶通過對超短光脈沖的頻譜相位進行偽隨機編碼和解碼，共享光信道。超短脈沖光碼分多址系統可以采用正交性較好的雙極性地址碼，在一定程度上抑制了多址干擾，但雙極性地址碼之間不可能完全正交，從而使多址干擾依舊存在，且是影響系統性能的主要干擾源，使得采用傳統單用戶檢測器的系統性能在大容量的情況下變得很差，因此有必要采取措施以抑制多址干擾。
消除多址干擾的傳統方法包括①選擇正交性好的地址碼；②功率控制；③糾錯機制；④在接收端放置光硬限幅器(optical hard-limiter)等。
然而以上這些方法各有許多局限性，不能理想地解決多址干擾問題。與這些消極方法相比，一種較積極的方法是采用多用戶檢測技術。多用戶檢測技術已被廣泛應用于無線碼分多址系統(特別是第三代移動通信系統)和時域實現的光碼分多址系統，以抑制多址干擾對系統性能的影響，但它在超短脈沖光碼分多址系統中的應用還是一個空白，國內外尚無相關研究成果的報道。

發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種超短脈沖光碼分多址系統中多用戶檢測器實現方法，在較低計算復雜度的代價下，較好改善系統的誤碼率特性。
為實現這樣的目的，本發明將多用戶檢測的概念應用于超短脈沖光碼分多址系統，采用一種多級結構的多用戶檢測器------光電混合并行干擾消除(OEH-PIC)檢測器。
限于目前的客觀條件，與全光的檢測器結構相比，光電混合的檢測器結構更經濟實用，對其進行研究更具有實際意義，所以本發明的研究針對光電混合的檢測器來進行。又由于在光纖通信系統中，光纖非線性特性是客觀存在的，而遠近效應的問題比較容易解決，且光傳輸信道中不存在衰落的現象，所有用戶的功率可以假設相等，所以本發明采用非線性的并行干擾消除檢測器結構。
本發明利用傳統單用戶檢測器作為第一級檢測器，以后各級都在前一級檢測的基礎上重建多址干擾，作為重新判決的依據。本發明的計算復雜度與系統中的用戶數和檢測器的級數都成線性關系，從而在控制計算復雜度的前提下，可抑制多址干擾對系統性能的影響，改善大容量系統的誤碼率特性。
本發明設計的光電混合并行干擾消除檢測器采用多級結構，若令i(K)(j)表示第k個用戶的第i個數據bi(k)的第j級估計值，采用速率可加性泊松多址光電檢測器模型，則在第j+1級對bi(k)進行估計的判決準則為b^i(k)(j+1)=sgn[zi(k)(j)-P0/2],j≥1]]>其中P0為超短光脈沖的功率峰值，zi(k)(j)為第j+1級檢測的判決統計值(decisionstatistics)。為了簡化設計和減少計算量，可以采用傳統單用戶檢測器作為第一級檢測器。
假設OEH-PIC檢測器一共二級(J＝2)，則二級OEH-PIC檢測器的執行步驟如下1)基于光纖自相位調制(SPM)的非線性鑒別器(nonlinear discriminator)被用來檢測系統接收端的解碼器輸出信號的峰值功率，并在一定程度上抑制其他用戶的信號。
2)雪崩光電檢測器(avalanche photodetector)將檢測到的光信號轉換成電信號，并進行采樣，獲取某個采樣時間第一級檢測的判決統計值。
3)對所有用戶的信號并行地執行第一級檢測(即傳統單用戶檢測器)，將上述判決統計值與大小為一半發送信號幅度的判決門限進行比較，以獲取所有用戶在上述采樣時間的數據的第一級估計值。
4)根據上一步驟得到的所有用戶的數據的第一級估計值，并行地重建所有用戶數據所受到的多址干擾的估計值，任何一個用戶對其他用戶的干擾都參照發送信號的模式重建。
5)對步驟2得到的第一級檢測的判決統計值進行一個數據比特的時延，并從中減去上一步驟得到的多址干擾的估計值，其結果作為第二級檢測的判決統計值。
6)對所有用戶并行地執行第二級檢測，將上一步驟得到的判決統計值與大小為一半發送信號幅度的判決門限進行比較，以獲取所有用戶在前一個采樣時間的數據的第二級估計值，此結果即為二級OEH-PIC檢測器最終得到的結果。
7)當OEH-PIC檢測器的級數J＞2時，根據所有用戶數據的上一級估計值，只需要重復執行上述步驟4、5、6即可，每重復一次級數增加一級、數據比特延遲一次，在最后一級得到結果。
本發明的超短脈沖光碼分多址系統中多用戶檢測器實現方法，采用二級OEH-PIC檢測器已能得到滿意的效果，在抑制多址干擾方面具備較強的能力。本發明可根據系統的實際情況，靈活地選擇檢測器級數，最終檢測的結果可滿足高速光通信的需要。
本發明采用對所有用戶的檢測并行進行的方式，在保證系統總體性能的同時減少信號的處理時延。本發明的計算復雜度與系統中的用戶數和檢測器的級數都成線性關系，從而在控制計算復雜度的前提下，抑制了多址干擾對系統性能的影響，極大地改善了大容量系統的誤碼率特性。


圖1為本發明采用J級OEH-PIC檢測器的實現框圖。
圖2為本發明采用二級OEH-PIC檢測器的系統誤碼率與傳統單用戶檢測器的系統誤碼率之間的比較。
具體實施例方式以下結合附圖并通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。
圖1為本分發明采用J級OEH-PIC檢測器的實現框圖。
為了獲取對所有用戶的第i個數據向量bi的第j(1≤j≤J)級估計值i(j)，需要知悉i-1(j-1)、i(j-1)和i+1(j-1)。逐級類推，為了獲取i(j)，需要知悉第一級估計值i-(j-1)(1)、…、i(1)、…、i+(j-1)(1)，從而需要時延(j-1)Tb(Tb為數據比特周期)。由于每一級檢測中重建多址干擾i(k)(j)所需要的操作不超過2(M-1)次加法，J級檢測共需要2(J-1)(M-1)次操作，所以J級OEH-PIC檢測器的每二進位時間復雜度(TCB)為O(2JM)，與系統中的用戶數和檢測器的級數都成線性關系，計算復雜度較低。
圖2比較了采用二級OEH-PIC檢測器的系統誤碼率與采用傳統單用戶檢測器的系統誤碼率之間的比較，其中選用的參數為M＝100，頻譜相位編碼的碼長N0＝127，系統工作于隨機方式。從圖2可以看到，與傳統單用戶檢測器相比，二級OEH-PIC檢測器使系統的誤碼率性能得到很大的改善，同樣使誤碼率達到10-10，后者比前者節省信噪比(SNR)約2dB。另外，若采用二級OEH-PIC檢測器，隨著信噪比的增加，多用戶系統的誤碼率與單用戶系統的誤碼率之間沒有明顯的擴散性。以上這些結果都驗證了OEH-PIC檢測器在抑制多址干擾方面所具備的能力。
本發明的一個實施例工作于隨機方式的超短脈沖光碼分多址系統，采用J＝2級OEH-PIC檢測器，其在第i個采樣時間的具體執行步驟為1)基于光纖自相位調制的非線性鑒別器被用來檢測系統接收端的解碼器輸出信號的峰值功率，并在一定程度上抑制其他用戶的信號。
2)雪崩光電檢測器將檢測到的光信號轉換成電信號，并進行采樣，獲取第i個采樣時間第一級檢測的判決統計值zi(k)(0)(1≤k≤M，M為系統用戶數)。
3)對所有用戶的信號并行地執行第一級檢測(即傳統單用戶檢測器)，將上述判決統計值與大小為一半發送信號幅度的判決門限進行比較，以獲取所有用戶在第i個抽樣時間的數據的第一級估計值i(k)(1)。
4)根據上一步驟得到的所有用戶的數據的第一級估計值，并行地重建所有用戶數據所受到的多址干擾的估計值，任何一個用戶對其他用戶的干擾都參照發送信號的模式重建。若用i(k)(1)表示bi(k)所受到的多址干擾的第一級估計值，則有I^i(k)(1)=Σm≠kb^i(m)(1)rkm(-τkm)+Σm≠kb^i-1(m)(1)rkm(Tb-τkm)+Σm≠kb^i≠1(m)(1)rkm(-Tb-τkm)]]>
其中rkm(t)=P0N0sinc(Ωt2π)Σn=-NNexp{-j[nΩt-φen(k)+φen(m)-φkm]}]]>Ω＝W/N0，W為超短光脈沖的頻譜寬度，N0＝2N+1為頻譜相位編碼的碼長， 為取值范圍為{0，π}的相位編碼偽隨機序列，τkm、φkm分別為第m個用戶相對于第k個用戶的時延和相位差。
5)對步驟2得到的第一級檢測的判決統計值進行一個數據比特的時延，并從中減去上一步驟得到的多址干擾的估計值，其結果作為第二級檢測的判決統計值zi(k)(1)。
6)對所有用戶并行地執行第二級檢測，將上一步驟得到的判決統計值與大小為一半發送信號幅度的判決門限進行比較，以獲取所有用戶在第i-1個采樣時間數據的第二級估計值，此結果即為二級OEH-PIC檢測器最終得到的結果。
圖2比較了采用二級OEH-PIC檢測器的系統誤碼率與采用傳統單用戶檢測器的系統誤碼率之間的比較，其中選用的參數為M＝100，頻譜相位編碼的碼長N0＝127，系統工作于隨機方式。從圖2可以看到，與傳統單用戶檢測器相比，二級OEH-PIC檢測器使系統的誤碼率性能得到很大的改善，同樣使誤碼率達到10-10，后者比前者節省信噪比(SNR)約2dB。另外，若采用二級OEH-PIC檢測器，隨著信噪比的增加，多用戶系統的誤碼率與單用戶系統的誤碼率之間沒有明顯的擴散性。以上這些結果都驗證了OEH-PIC檢測器在抑制多址干擾方面所具備的能力。
權利要求
1.一種超短脈沖光碼分多址系統中多用戶檢測器實現方法，其特征在于采用多級結構的光電混合并行干擾消除多用戶檢測器，利用傳統單用戶檢測器作為第一級檢測器，以后各級都在前一級檢測的基礎上重建多址干擾，作為重新判決的依據，檢測器的執行步驟如下1)采用基于光纖自相位調制的非線性鑒別器，檢測系統接收端的解碼器輸出信號的峰值功率，并抑制其他用戶的信號；2)利用雪崩光電檢測器將檢測到的光信號轉換成電信號，并進行采樣，獲取某個采樣時間第一級檢測的判決統計值；3)對所有用戶的信號并行地執行第一級檢測，將上述判決統計值與大小為一半發送信號幅度的判決門限進行比較，以獲取所有用戶在上述采樣時間的數據的第一級估計值；4)根據所有用戶數據的第一級估計值，并行地重建所有用戶數據所受到的多址干擾的估計值，任何一個用戶對其他用戶的干擾都參照發送信號的模式重建；5)對第一級檢測的判決統計值進行一個數據比特的時延，并從中減去上一步驟得到的多址干擾的估計值，其結果作為第二級檢測的判決統計值；6)對所有用戶并行地執行第二級檢測，將上一步驟得到的判決統計值與大小為一半發送信號幅度的判決門限進行比較，以獲取所有用戶在前一個采樣時間的數據的第二級估計值；7)當級數大于二時，根據所有用戶數據的上一級估計值，重復以上步驟，每重復一次級數增加一級、數據比特延遲一次，在最后一級得到結果。
全文摘要
一種超短脈沖光碼分多址系統中多用戶檢測器實現方法，采用光電混合檢測的形式，具有并行干擾消除的多級結構，利用傳統單用戶檢測器作為第一級檢測器，以后各級都在前一級檢測的基礎上重建多址干擾，作為重新判決的依據。本發明的計算復雜度與系統中的用戶數和檢測器的級數都成線性關系，從而在控制計算復雜度的前提下，抑制了多址干擾對系統性能的影響，極大地改善了大容量系統的誤碼率特性。
文檔編號H04M15/00GK1487692SQ0312905
公開日2004年4月7日 申請日期2003年6月5日 優先權日2003年6月5日
發明者張海濱, 黃培中, 宋文濤, 李榮玉, 李毓麟 申請人:上海交通大學