超长距离无中继光传输系统的制作方法

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及光传输技术领域，具体涉及一种超长距离无中继光传输系统。背景技术：2.我国有着漫长的边海防线，许多边海防哨所距离通信枢纽站有几百公里，通信基本上靠无线通信，无线通信带宽较窄，现在已无法满足边海防哨所的通信需求，因此需要依靠光通信传输系统，而一般情况下光传输中继距离理论值为100公里，需要在哨所和通信枢纽站之间建立多个中继站，这就增加了光通信系统建设和维护成本。3.超长距离指的是光传输系统中继距离大于200公里。限制光纤通信中继距离的基本因素有两种,第一种是受线路衰减限制,第二种是受线路色散和各种噪声引起的色散限制。超长距离光传输系统需要较窄的信号谱宽和足够高的入纤功率，从而使得信号光和泵浦光在光纤中传输时能量更集中，更容易引起光纤的非线性效应。4.现在我国主要使用g.652光纤，当光波长为1550nm时衰耗为0.2db/km,传输距离在200公里时衰耗将达到40db。技术实现要素：5.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种超长距离无中继光传输系统，随着光纤通信技术的迅猛发展，超长距离无中继光传输系统采用端到端直达通路，整个传输线路不需要中继，具有可靠性高，建设成本低、开通迅速、维护方便等突出特点，非常适合部分边海防哨所的通信。6.根据本发明的第一方面，提供了一种超长距离无中继光传输系统，其包括第一光信号调制器、光信号编码器、第一光放大器、光信号解码器、第二光放大器、光电转换器、第一低通滤波器、第二光信号调制器和第二低通滤波器；所述第一光信号调制器的输入端接用户光信号，所述第一光信号调制器的输出端接光信号编码器的输入端，光信号编码器的输出端接第一光放大器的输入端，第一光放大器的输出端接光信号解码器的输入端，光信号解码器的输出端接第二光放大器的输入端，第二光放大器的输出端接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端接第一低通滤波器的光电输入端，第一低通滤波器的输出端接第二光信号调制器的输入端，第二光信号调制器的输入端还接入本地电信号，第二光信号调制器的输出端接第二低通滤波器的输入端。7.根据本发明的上述技术方案，还可以作出如下改进：8.可选的，所述光信号编码器采用布卡拉格光栅编码器，所述光信号解码器采用光线延时线解码器。9.可选的，所述光信号解码器采用的是平行结构的光纤延时解码器。10.可选的，所述第一光放大器采用的是拉曼放大器。11.可选的，第二光放大器采用的是掺铒光纤放大器。12.可选的，所述用户光信号速率为155mbps,传输速率为2.015gbps，本地电信号为2.015gbps的电信号。13.本发明提供一种超长距离无中继光传输系统，随着光纤通信技术的迅猛发展，超长距离无中继光传输系统采用端到端直达通路，整个传输线路不需要中继，具有可靠性高，建设成本低、开通迅速、维护方便等突出特点，非常适合部分边海防哨所的通信。本发明基于一维严格最佳光正交码的基础上运用光纤布拉格光栅作为编码器和光纤时延线作为解码器设计的ocdma超长距离无中继光传输系统，实现155mbps用户光信号400公里无中继传输。附图说明14.图1为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的原理框图。15.图2为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的布拉格光栅编码器的结构示意图。16.图3为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的光纤延时线解码器的结构示意图。17.图4为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的仿真总设计图。18.图5为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的用户光信号波形图。19.图6为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的用户光信号调制后的信号图一。20.图7为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的用户光信号调制后的信号图二。21.图8为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的编码后的信号图。22.图9为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的解码后的信号图。23.图10为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的与本地电信号调制后的信号图。24.图11为本发明实施例提供的一种超长距离无中继光传输系统的经过第二低通滤波器处理后的信号处理图。具体实施方式25.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。26.实施例27.如图1-图11所示：28.本实施例提供了一种超长距离无中继光传输系统，其包括第一光信号调制器、光信号编码器、第一光放大器、光信号解码器、第二光放大器、光电转换器、第一低通滤波器、第二光信号调制器和第二低通滤波器；所述第一光信号调制器的输入端接用户光信号，所述第一光信号调制器的输出端接光信号编码器的输入端，光信号编码器的输出端接第一光放大器的输入端，第一光放大器的输出端接光信号解码器的输入端，光信号解码器的输出端接第二光放大器的输入端，第二光放大器的输出端接光电转换器的输入端，光电转换器的输出端接第一低通滤波器的光电输入端，第一低通滤波器的输出端接第二光信号调制器的输入端，第二光信号调制器的输入端还接入本地电信号，第二光信号调制器的输出端接第二低通滤波器的输入端。29.可以理解的是，在本实施例中，如图1所示，第一光信号调制器、光信号编码器、第一光放大器、光信号解码器、第二光放大器、光电转换器、第一低通滤波器、第二光信号调制器和第二低通滤波器首尾相连，在第一光信号调制器的输入端输入用户光信号，该用户光信号速率为155mbps,传输速率为2.015gbps，且在第二光信号调制器输入本地电信号，本地电信号为2.015gbps的电信号，地址码采用严格最佳(13，4，1)中的(0，1，3，9)，且，在本实施例中，所述光信号编码器采用布卡拉格光栅编码器，所述光信号解码器采用光线延时线解码器。所述光信号解码器采用的是平行结构的光纤延时解码器。所述第一光放大器采用的是拉曼放大器。第二光放大器采用的是掺铒光纤放大器。30.可以理解的是，在本事实例中，地址码的确定采用以下方式：31.光正交码为一组具有良好的自相关、互相关和码字容量特性的(0，1)序列，其这一特性提高了ocdma系统的异步用户数，使数据的传输更加高效，提高了系统组网的灵活性；高峰值与低旁瓣的自相关特性有利于接收端数据的探测；低互相关峰值更是降低了系统的多址干扰；较大的码字容量增加了系统的并发用户数。因此在光码分多址系统中，光正交码是目前最佳的选择。32.一维光正交码设计参数(l,ω,λa,λc)，其中l为码字长度，即(0，1)序列中“0”和“1”的数目(切普总数)；ω为码字重量，即序列中“l”的数目；λa为码字的自相关限，λc为码字互相关限，分别表示为码字的自相关旁瓣和最大的互相关峰值：当λa≠λc时，称该类型的正交码为等重非对称光正交码。当λa＝λc＝λ时，称该类型的正交码为等重对称光正交码，此时可简记为φ(l,ω,λ)。设x＝{x1,x2,…,xn}，y＝{y1,y2,…,yn}为光码分多址系统中任意两个地址码序列，自相关和互相关函数定义如下：33.自相关函数：[0034][0035]互相关函数：[0036][0037]其中c表示地址码(v,k,λ)码集。[0038]由上述式(4)及(5)的自相关和互相关函数式可知，当f≠0时存在自相关旁瓣，因此光码分多址系统中所选择的光地址码，应满足下述的条件：自相关峰值较大；互相关峰值尽可能的小；自相关旁瓣较小。这样有利于提高信噪比，同时也使得发送端与接收端易于同步。基于码长、码容量和码重的关系，如果v、k和|c|满足关系式：[0039](v-1)(v-2)…(v-λ)＝|c|k(k-1)(k-2)…(k-λ)[0040]则称|c|为严格最佳(v,k,λ)光正交码。[0041]通过直接构造法，构造出所需的地址码，直接构造法的主要思想是基于定义在码字集合上的差集合与v元整数集合v间的约束关系而形成。借助计算机辅助设计，可得到满足相关特性要求的光正交码。[0042]令v,k(v＞k)为正整数，集合d＝{a1,a2,…,ai,…ak}包含豇个k互不相同的元素，其中ai∈v(1≤i≤k)，v＝{0,1,…,v-1}。如果d是容量为l的严格最佳(v,k,1)光正交码的码字集合，则差集合δd＝v-{0}。因此，对任意元素对(ai,aj),ai,aj∈d，假定它们之间的差值模v等于d1和d2，则有d1,d2∈v-{0}，且d1+d2＝v。[0043]直接构造法具体操作步骤：[0044]第一步：定义码重k，确定码长v＝k(k-1)+i+1，此处，0＜i＜k(k-1)为整数。对d中的第1个元素而言，令ps和pe分别表示该元素在v中的位置序号(从l开始)，1≤ps≤pe≤v-1为整数，v＝{0,1,…,v-1}。[0045]第二步：定义d1的最大值为dmax。，即[0046]1≤d1≤dmax,dmax＝v-1-v(ps),v(ps)表示集合v中的第ps个元素。[0047]第三步：设置d中的前两个元素为：d(1)＝v(ps)，d(2)＝v(ps+d1)，同时设置d中的下一个元素d(n)＝v(l)，其中，3≤n≤k和1≤l≤v为整数。[0048]第四步：确定n元集合d的差集合δd，如果δd中的所有元素互不相同，令n＝n+1和l＝1，否则，令l＝l+1。[0049]第五步：如果n＜k且l＞v，令d1＝d1+1。当d1＞dmax。时，令ps＝ps+1，重复进行第二步，第三步和第四步。当d1≤dmax，重复进行第三步和第四步。[0050]第六步：如果ps＞pe，则该构造方法不能得到准最佳或严格最佳(v,k,1)光正交码的码字集合。如果n＞k，则d就是该构造方法得到的准最佳或严格最佳(v,k,1)光正交码的码字集合。[0051]经过计算得出一组严格最佳(13，4，1)地址码{0，1，3，9}。[0052]在本实施例中，光纤布拉格光栅(fbg)是一种短周期光栅，其是一种以布拉格波长为中心的光学反射型带阻滤波器。得益于其良好的反射、选频的功能，图2为级联布拉格光栅编码器结构，编码器由一组特定的反射波长的fbg组成。输入信号经过光环形器，按特定关系排列的级联fbg对光信号进行频率分割，由光纤延时线进行时间的延时，这样就完成了时域和频域的编码。[0053]光纤延时线解码器目前有三种主要的结构分别为：平行结构、梯形结构以及可调式结构。在本实施例中主要使用平行结构。平行结构的光纤延时线解码器结构如图3所示，编码信号经1×ω的光分路器分成ω路窄光脉冲信号。这ω个窄光脉冲信号与系统中用户分配的码字中ω个“1”相对应，并以“l”的相对位置为依据确定光纤长度l。由于光纤延时长度的不等，当传输到ω×1的光合路器时，在时域上分开的ω路窄光脉冲信号组成己编码光脉冲序列。该种类型的编解码器结构简单，易于设置。[0054]基于本实施例的上述技术方案，采用光纤布拉格光栅作为编码器，光纤时延线作为解码器构成超长距离光传输系统在optisystem7.0仿真软件进行仿真。系统总体设计图如图3所示，用户速率为155mbps,传输速率为2.015gbps。地址码采用严格最佳(13，4，1)中的(0，1，3，9)。设计图中matlab组件实现电信号的降噪。[0055]其中，图4为仿真系统总体原理图，用户光信号波形如图5所示，经过第一光信号调制器的光调制信号如图6所示，用户光信号调制后的信号,如图7所示，调制信号通过fbg后，一个光脉冲变化成如图8所示，实现对光信号编码，发光功率为12.76dbm。经过400公里传输，光信号首先进入拉曼放大器进行放大，再进入光纤延迟线解码器进行解码，解码后的信号如图9所示，然后光信号进入掺铒光纤放大器进行再放大。光信号经过光电转换器转变成电信号，通过低通滤波器滤除噪声，再与本地的2.015gbps的电信号进行调制，调制后信号如图10所示，再通过低通滤波器，信号如图11所示。[0056]本实施例中，超长距离无中继光传输系统采用端到端直达通路，整个传输线路不需要中继，具有可靠性高，建设成本低、开通迅速、维护方便等突出特点，非常适合部分边海防哨所的通信。本发明基于一维严格最佳光正交码的基础上运用光纤布拉格光栅作为编码器和光纤时延线作为解码器设计的ocdma超长距离无中继光传输系统，实现155mbps用户光信号400公里无中继传输。[0057]需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。[0058]本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。[0059]本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0060]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0061]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0062]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。[0063]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。









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