本發(fā)明涉及通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼的構(gòu)造方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光碼分多址(OCDMA)具有寬帶、安全和隨機(jī)即時接入等特點(diǎn)，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(kuò)展，同時還在波長上擴(kuò)展，稱為二維光正交碼。
目前，國內(nèi)外的許多學(xué)者已構(gòu)造了多類二維OCDMA地址碼?；谒財?shù)碼(Prime code),Tancevski.L等構(gòu)造了PC/PC和EQC/PC，PC/PC碼的自相關(guān)限為0，互相關(guān)限為1，EQC/PC的自相關(guān)限為0，互相關(guān)限為2。萬生鵬等基于素數(shù)碼和光正交碼，構(gòu)造了PC/OOC碼，它的自相關(guān)限為0，互相關(guān)限為1。周秀麗等基于RS碼，構(gòu)造了多倍長多波長RS碼，它的自相關(guān)限為0，互相關(guān)限為1。殷洪璽等構(gòu)造了二維OCFHC/OOC碼和二維變重碼，互相關(guān)限為1。李傳起等構(gòu)造了二維QPC碼，互相關(guān)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(kuò)展，構(gòu)造的二維光正交碼的碼重為3，互相關(guān)限為1。Kwong和Yang利用素數(shù)跳頻碼控制時域和頻域，構(gòu)造的二維光正交碼的碼長為素數(shù)，互相關(guān)限等于1。Kwong等采用素數(shù)碼及其循環(huán)序列為頻域擴(kuò)頻序列，一維OOC為時域擴(kuò)頻序列，波長數(shù)為素數(shù)之乘積，二維光正交碼的互相關(guān)限等于1。E.S.Shivaleela等利用有限域直接構(gòu)造了二維光正交碼，互相關(guān)限等于1。Jen-Hao Tien和Yang等構(gòu)造了互相關(guān)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(gòu)造了三維光正交碼，分別在時域/頻域/空域(或偏振域)進(jìn)行擴(kuò)展，其碼字容量大大增加，但系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度大，相關(guān)的后續(xù)研究較少。
另一方面，隨著光編解碼器技術(shù)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(jìn)。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(jìn)行擴(kuò)頻編碼和光相關(guān)解碼，其優(yōu)點(diǎn)是碼字容量大大增加。Ye Zhang采用雙極性的m跳頻序列，實(shí)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(dǎo)致多址干擾，目標(biāo)信號和干擾信號經(jīng)過光電檢測器時將導(dǎo)致差拍噪聲，而差拍噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(gòu)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(shí)現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)。吉建華等構(gòu)造了一種具有零相關(guān)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(guān)限最小為1)，互相關(guān)特性不理想，因此系統(tǒng)存在多址干擾和差拍噪聲。尤其當(dāng)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(dǎo)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(yuǎn)近效應(yīng)，這需要復(fù)雜的功率控制。因此，目前二維相干OCDMA系統(tǒng)難以實(shí)用化。
吉建華等構(gòu)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(shí)現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼的構(gòu)造方法，包括如下步驟：
A.構(gòu)造具有零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列LA；
B.構(gòu)造頻域的單重合序列；
C.構(gòu)造Walsh序列；
D.將零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列與頻域的單重合序列相結(jié)合，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼；
E.將時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結(jié)合，則構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟A中，設(shè)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(guān)區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關(guān)區(qū)長度ZCZ構(gòu)造出LA碼的基序列，并設(shè)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(yīng)的基本脈沖間隔，假設(shè)m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設(shè)0≤x1≤x2≤…≤xm≤N-1。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(shè)計的跳頻偽隨機(jī)序列，對于給定的參數(shù)，設(shè)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(gòu)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(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟D中，以LA碼的基序列s為時間擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機(jī)序列，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述步驟E中，根據(jù)Walsh序列相應(yīng)碼片的極性，控制時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼相應(yīng)碼片的相位，從而構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。
本發(fā)明還提供了一種時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼的構(gòu)造系統(tǒng)，包括：
第一構(gòu)造模塊，用于構(gòu)造具有零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列LA；
第二構(gòu)造模塊，用于構(gòu)造頻域的單重合序列；
第三構(gòu)造模塊，用于構(gòu)造Walsh序列；
第一處理模塊，用于將零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列與頻域的單重合序列相結(jié)合，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼；
第二處理模塊，用于將時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結(jié)合，則構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述第一構(gòu)造模塊中，設(shè)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(guān)區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關(guān)區(qū)長度ZCZ構(gòu)造出LA碼的基序列，并設(shè)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(yīng)的基本脈沖間隔，假設(shè)m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設(shè)0≤x1≤x2≤…≤xm≤N-1。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述第二構(gòu)造模塊中，單重合序列是一種為無線跳頻CDMA系統(tǒng)設(shè)計的跳頻偽隨機(jī)序列，對于給定的參數(shù)，設(shè)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(gòu)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(gòu)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(jìn)一步改進(jìn)，在所述第一處理模塊中，以LA碼的基序列s為時間擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機(jī)序列，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述第二處理模塊中，根據(jù)Walsh序列相應(yīng)碼片的極性，控制時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼相應(yīng)碼片的相位，從而構(gòu)成時/頻域零相關(guān)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(guān)區(qū)內(nèi)，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(yuǎn)近效應(yīng)。因此，本發(fā)明構(gòu)造的時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼，可實(shí)現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)，應(yīng)用于光接入網(wǎng)、光局域網(wǎng)、光碼標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)、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(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明公開了一種時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼的構(gòu)造方法，包括如下步驟：
步驟S1.構(gòu)造具有零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列LA；
步驟S2.構(gòu)造頻域的單重合序列；
步驟S3.構(gòu)造Walsh序列；
步驟S4.將零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列與頻域的單重合序列相結(jié)合，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼；
步驟S5.將時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結(jié)合，則構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。
在步驟S1中，設(shè)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(guān)區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關(guān)區(qū)長度ZCZ就可以構(gòu)造出LA碼的基序列(也可通過算法搜索)，并設(shè)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(yīng)的基本脈沖間隔，假設(shè)m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設(shè)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(shè)計的跳頻偽隨機(jī)序列，該序列的特點(diǎn)是自相關(guān)限為0，互相關(guān)限為1。構(gòu)造方法：對于給定的參數(shù)，設(shè)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(gòu)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(kuò)頻偽隨機(jī)序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機(jī)序列，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼。對單重合序列集A擴(kuò)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(guān)區(qū)的時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼，碼長為N，零相關(guān)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(guān)限為0，互相關(guān)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(yīng)碼片的極性(即+1或-1)，控制時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼相應(yīng)碼片的相位，從而構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。碼字容量為q*m，碼長為N，零相關(guān)區(qū)長度為ZCZ，波長數(shù)為q，碼重為m＝L，自相關(guān)限為0，互相關(guān)限為1。
具體構(gòu)造如下：
在步驟S1中，設(shè)構(gòu)造LA基序列的基本脈沖數(shù)為m＝8，零相關(guān)區(qū)的長度為ZCZ＝16，可以得到基序列中對應(yīng)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(shè)構(gòu)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(gòu)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(chǎn)生序列是通過計算機(jī)搜索的方法得到的，由產(chǎn)生序列構(gòu)造出的單重合序列如下表1所示：
在步驟S3中，構(gòu)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(gòu)造時/頻域零相關(guān)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(guān)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(guān)限為0，互相關(guān)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(yīng)碼片的極性(即+1或-1)，控制時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼相應(yīng)碼片的相位，從而構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。以C13為例，每個Walsh碼與C13結(jié)合(控制相應(yīng)碼片的相位)，可以構(gòu)成8個時/頻域零相關(guān)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(guān)區(qū)二維光正交碼，都可以與每個Walsh碼結(jié)合(控制相應(yīng)碼片的相位)，總共可以構(gòu)成104個時/頻域零相關(guān)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(guān)窗的二維光正交碼的碼字容量只有13)。因此。本發(fā)明構(gòu)造的大容量時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼，可實(shí)現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)，應(yīng)用于光接入網(wǎng)、光局域網(wǎng)、光碼標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)、光纖傳感器網(wǎng)等。
本發(fā)明還公開了一種時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼的構(gòu)造系統(tǒng)，包括：
第一構(gòu)造模塊，用于構(gòu)造具有零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列LA；
第二構(gòu)造模塊，用于構(gòu)造頻域的單重合序列；
第三構(gòu)造模塊，用于構(gòu)造Walsh序列；
第一處理模塊，用于將零相關(guān)區(qū)的時域零相關(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列與頻域的單重合序列相結(jié)合，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼；
第二處理模塊，用于將時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼與Walsh序列結(jié)合，則構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。
在所述第一構(gòu)造模塊中，設(shè)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(guān)區(qū)的長度，由基本脈沖數(shù)m和零相關(guān)區(qū)長度ZCZ構(gòu)造出LA碼的基序列，并設(shè)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(yīng)的基本脈沖間隔，假設(shè)m個基本脈沖的分布位置分別為x1，x2，…，xm，并且假設(shè)0≤x1≤x2≤…≤xm≤N-1。
在所述第二構(gòu)造模塊中，單重合序列是一種為無線跳頻CDMA系統(tǒng)設(shè)計的跳頻偽隨機(jī)序列，對于給定的參數(shù)，設(shè)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(gòu)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(gòu)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(kuò)頻偽隨機(jī)序列，以單重合序列為波長跳頻偽隨機(jī)序列，構(gòu)成時/頻域零相關(guān)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(yīng)碼片的極性，控制時/頻域零相關(guān)區(qū)二維光正交碼相應(yīng)碼片的相位，從而構(gòu)成時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼。
本發(fā)明的時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼的構(gòu)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(guān)區(qū)擴(kuò)頻序列，而且碼字容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(guān)區(qū)內(nèi)，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(yuǎn)近效應(yīng)。因此，本發(fā)明構(gòu)造的時/頻域零相關(guān)區(qū)二維雙極性碼，可實(shí)現(xiàn)大容量的二維相干OCDMA系統(tǒng)，應(yīng)用于光接入網(wǎng)、光局域網(wǎng)、光碼標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)、光纖傳感器網(wǎng)等。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。