近年来，WDM 和 TDM 等技术的进步推动了高速光网络在城域网 (MAN) 和广域网 (WAN) 环境中的部署。然而，局域网 (LAN) 的一系列要求难以通过 WDM 和 TDM 技术轻松满足。此外，WDM 和 TDM 系统需要在分发节点使用特定的协议和硬件，这会增加局域网的复杂性并导致不必要的成本增加。在 TDMA 接入系统中，由于任何给定时间只能有一个用户进行传输，因此总流量受限于用户数量与其各自传输速率的乘积。例如，如果 100 个用户希望以 1 Gbit/s 的速率进行传输，则需要能够支持 100 Gbit/s 容量的设备。此外，由于中心节点需要进行大量的协调工作才能为每个用户分配传输时隙，因此 TDMA 系统存在显著的延迟。与 TDMA 不同，WDMA 接入系统允许每个用户以网络硬件的最大速率进行传输，因为每个信道都通过预留的波长进行传输。 WDMA 系统可以轻松支持 1 Tbit/s 的容量，但遗憾的是，为动态用户组构建 WDMA 系统却十分困难。在这种情况下，控制信道和冲突检测机制需要占用大量的带宽。

幸运的是，除了 TDMA 和 WDMA 接入方案之外，还有一种替代方案：OCDMA（光码分多址）系统。OCDMA 系统无需任何类型的时域或频域管理系统。OCDMA 异步运行，无需集中控制，也不会发生数据包冲突。因此，OCDMA 系统的延迟比 TDMA 或 WDMA 系统更低。此外，由于无需为每个用户单独分配时隙和频率（波长），复用技术可以进一步提升性能。最终，OCDMA 系统是部署高速光局域网的最佳选择。本文将介绍 OCDMA 系统的基本原理，并展示一些可用于实际应用的架构。

正交编码

OCDMA系统的运行通常基于扩频技术和正交码，这使得网络中每个用户的数据信号能够被区分。本质上，OCDMA与射频中使用的CDMA方案类似，主要区别在于使用了特殊的编码。这些编码的特性无疑决定了网络的特性和性能。图1展示了两个用户情况下的系统框图。如图所示，每个用户使用不同的编码来编码待发送的信号。这些信号随后被组合并通过同一介质（光纤）传输。在接收端，接收到的信号通过基于相关性的解码器进行区分，每个解码器都针对特定用户的编码进行适配。.

正交码是一类具有良好自相关和互相关特性的数据序列。它们的定义旨在获得最大的自相关（用户码，有用信号）和最小的互相关（其他用户码，干扰）。考虑两个码，分别用 C1 = {0, 1, 4} (mod 13) 和 C2 = {0, 2, 7} (mod 13) 表示，即两个长度为 13 的 (0, 1) 码片序列，其中在指定位置有 3 个码片设置为“1”。这些码及其相关函数如图 2 所示。可以看出，自相关函数的最大输出幅度为 3，而两个码的互相关函数始终最大输出幅度为 1。因此，只需放置一个幅度设置为 2 的阈值检测器，即可轻松区分它们。这样，在发射端，每个 信息比特都用一个包含 13 个码片的帧进行编码，每个码片都对应一个编码（C1 或 C2）。在本例中，在用户 1 的发射端，“1”比特用序列 {0, 1, 4} (mod 13) 编码，其中每个设置为“1”的码片代表一个光脉冲，而“0”比特则表示没有光脉冲。在接收端，输入序列与相应编码的相关性会产生低于阈值的光脉冲，除非已发送“1”比特且与所用编码重合，从而产生超过阈值的光脉冲。这使得每个接收器都可以调谐到特定用户的数据信号编码，从而防止其他用户发送的信号造成干扰。该过程可以类似地扩展到两个以上的用户。表 I 列出了一系列最优正交码。

  表一：不同长度的最优码。.

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OCDMA信号的光学产生和检测

迄今为止，已经提出了许多用于生成OCDMA信号的架构和技术。我们的目标并非对它们进行详尽的分析，而是解释其中一种最常用架构的基本原理。.

遗憾的是，基于相干光源的超短脉冲生成技术成本高昂，缺乏市场竞争力。因此，自 M. Kaevhrad 于 1995 年提出非相干光码分多址 (OCDMA) 系统以来，非相干光谱幅度编码技术引起了广泛关注。光纤布拉格光栅 (FBG) 是此类信号处理的理想器件，这进一步推动了该技术的发展。在这种情况下，FBG 充当光学滤波器，选择性地（光谱切片）反射宽带非相干光脉冲的光谱部分。图 3 示意性地展示了该技术的发射器。每个用户发射一个包含待传输信息（“1”或“0”）的宽带脉冲，该脉冲被引导至印有用户代码的基于 FBG 的编码器。该代码指示光谱中哪些波长将被反射，从而通过光纤传输。对于长度为 N 的编码，需要由 N 个级联光纤布拉格光栅 (FBG) 组成的编码器，这些编码器会产生一系列中心波长分别为 (l1, l2, ..., lN) 的 N 个码片。在本例中，使用了 N = 13 个码片，其中 4 个处于激活状态。每个 FBG 的波长可以通过压电器件（图 4）进行调节，这些器件实际上用于配置编码。随后，将星形耦合器连接到每个编码器的输出端，将信号注入到局域网的光纤中。可以看出，最终信号等于所有生成信号的总和，因此难以通过视觉区分每个用户发送的数据。.

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在接收端（图 5），解码过程非常相似，此时光纤布拉格光栅（FBG）被调谐到特定的码。如果码匹配（自相关）且已发送“1”，则输出端会得到一个大幅度脉冲；如果是来自其他用户的数据信号（互相关），则会得到几个小幅度脉冲。显然，该技术的性能取决于用户总数 M 和码长 N。一般来说，误码率会随着 M 的增加而增加，因此 M 越大，所需的 N 值也越大。.

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来源：www.radioptica.com