一种基于OCDMA技术实现局域网随机接入的方法

摘要 局域网信道共享时，有限的信道只能允许有限的用户接入，而且由于存在多用户间的干扰，不能实现真正的随机接入，因此存在扩容限制。光码分多址(OCDMA)技术可提供宽带宽和实现多址。OCDMA采用单极性扩频正交编码对输入信息进行编码，使得低速率的数据信息复用为高速率的光脉冲序列进行传输或解复用，实现多用户的信道共享和随机异步接入以及高速透明的数据通信，有效消除多用户信道间的干扰。基于OCDMA技术组建局域网络，采用智能多级网关对系统进行扩容，能实现多用户真正的随机接入。

高速计算机局域网支持并行和多址连接的实时宽带多媒体通信。目前高速局域网实现信道共享主要采用时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)方式[1]。

光码分多址(OCDMA)技术是光域内的一种扩频通信技术，把码分多址(CDMA)技术和光纤通信技术有机结合起来，利用光纤传输的宽带宽和CDMA技术的多址能力实现超高速连接和实时通信。鉴于此，本文提出一种基于OCDMA技术实现局域网随机接入的可行方法：利用OCDMA技术的优点，采用单极性的扩频正交码分序列进行编码，复用成高速率的光脉冲序列进行传输，实现多用户共享信道、局域网的随机异步接入。

1 OCDMA系统的优点

1.1 高安全

通信系统设计的关键内容之一就是信息传输的保密性和安全性。OCDMA通信技术采用单极性正交扩频码序列，经扩频编码过程给所传输的信号加上了伪装，再加上输出的光序列的频率范围宽、功率低，窃听者必须靠近网络才能收到信号。所以OCDMA通信的保密性和安全性比其他的多址技术优越很多[2]。

1.2 低时延

OCDMA技术主要是通过编码来获得多址接入的容量，因此它不需要在用户间保持同步，任何一个用户都可以随机地接入，接入控制简单，没有时分复用(TDM)协议所带来的接入延时，同时不存在复杂的测距问题，减少了电器件处理的时延。

传统的局域网接技术为了确保复用信道上各信道信号间具有正确的时隙，必须具有一定的时延。为了避免由于光脉冲在传输过程中被展宽而引起的码间串扰，通常要使每个信道的脉冲宽度比复合后一个比特周期更加窄些，因为窄脉冲的光频谱较宽，即使激光器的波长在光纤零色散附近，脉冲宽度的减少也将以增加色散为代价。于是通常需要在系统串话和光纤色散引起的脉冲展宽的矛盾之间进行协调，以便获得最佳的脉冲宽度。而OCDMA通信网络的特点是：光纤传输信道几乎总是空闲的。所以OCDMA系统和CSMA、CSMA/CD系统相比，具有理论上的最小等待时延。这样的组网方式可以最大限度地缩短网络延迟时间。

1.3 异步随机接入

传统局域网接入技术的共同特点是将某一频谱、时隙或者波长固定地分配给某一接入用户，如果某一用户空闲，带宽资源就被浪费了。基于ALOHA技术的CSMA/CD随机接入技术在任意时刻，只允许一个用户在信道上传递信息，不能动态地分配带宽，随着用户端站的增加，共享的可用带宽不断降低，用户的冲突不可避免[3]。 而OCDMA系统是异步传输方式，利用单极性扩频码序列对输入信息进行编码，使得低速率的数据信息复用为高速率的光脉冲序列传输或解复用，从而实现多用户的信道共享和随机异步接入以及高速透明的通信方式。输入的光序列被编码后在光纤信道中共享传输，只要有多余的地址码，就可以不断地增加新用户，实现多用户的随机异步接入。OCDMA系统不需要中央网络集中管理，它为每个用户分配一个固定的地址码，光脉冲被地址码调制后在发送端发送信息，在共享光纤信道中传输；接收端用户进行相应的解调，恢复有效信息。光纤具有潜在的极大带宽，单模光纤可提供30 THz以上的带宽，只要光纤系统有足够的信道带宽，理论上就可以允许无限多的用户同时接入。

2 OCDMA的单极性光正交码

OCDMA中，不同的用户信号采用不同的互成正交的码序列来填充，这样经过填充的用户信号可以调制在同一光载波上在光纤信道中传输，接收时只要用与发方向相同的码序列进行相关接收，即可恢复用户信息。由于各用户采用的是正交码，因此相关接收时不会构成干扰。解决的关键技术是选择适合于光纤信道的不同扩频码序列对码元进行填充，形成不同的码分信道，即以不同的互成正交的码序列来区分用户，实现多址。OCDMA系统中每个用户预先被分配一个特定的地址码即一个字长的"0"、"1"序列，这些码字必须具有很大的自相关峰值和很小的互相关峰值，即满足以下2个条件：

其中n为码字长度；x和y是码组中任意的两个码字；xi 和yi分别是x、y时移为i 时的码字；yi +j是y在时移为i+j 时的码字。这里应用在局域网的随机接入中采用