計畫編號：NSC-95-2221-E-032-028 執行期限：95 年 8 月 1 日至 96 年 7 月 31 日
主 持 人：李揚漢 淡江大學電機系
一、 中文摘要
本計劃中，針對同步光分碼多工存取系統 架構做討論，為了讓系統模擬更符合實際上現 象，考慮了接收端使用者的功率會隨著傳送距 離遠近而有大小差異的條件，因此在傳統發射 同步型的訊框格式下，當考慮使用者接收之功 率不同時，會影響整體的系統效能。針對此問 題我們提出了接收同步型的架構，藉由估測出 距離相對之時間使每個使用者到達耦合器之 時間相同，並將訊框格式加以改善，加強使用 者間相互干擾的偵測，提升系統效能。最後，
我們利用模擬軟體，建構及模擬六組使用者之 同步光分碼多工存取系統在發射同步型和接 收同步型架構下的效能比較。
關 鍵 詞 ： 光 分 碼 多 工 存 取 (Optical Code-Division Multiple Access, OCDMA)，平衡 編碼(Balanced Encoding)，耦合器(Coupler)。
Abstract
In this project we consider the architecture of a synchronous optical code-division multiplexing
system. In order to have the system to mimic the practical situation that the receiving powers at the receiver terminal will have different levels because of various transmission distances.
Consequently the system performance will be degraded when we still use at the transmitting side the traditional synchronous frame format and taking into the consideration that every user has different receiving power level. We propose at the receiver a synchronous architecture to encounter this kind of problem by first to estimate the propagation time from each user’s distance so that each user’s information will arrive at the coupler at the same time, we then modify the frame format and improve the interferences detection among users to improve the system performance. Finally we utilize simulation software to set up a synchronous optical division multiplexing system that consists of six users to compare the system performance under the architectures of synchronous transmitter and synchronous receiver.
附件三附件三
(1). 系統描述
二、 研究目的
由圖一所示，各個使用者與耦合器之間的 距離不盡相同，所以首先量測出每個使用者傳 送信號至耦合器所耗費的時間，例如：使用者 1 傳送資料耗費的時間為 Tt1 、使用者 6 傳 送信號耗費的時間為 Tt6 ；接著將使用者 1 端加入延遲時間 Td1 之方式並以此類推，讓 每個使用者的信號經由延遲後再開始傳輸，使 各個使用者的信號同時到達耦合器，如圖二所 示。
分碼多工存取(Code-Division Multiple Access, CDMA)最初應用於射頻通訊系統中，
但由於光纖通訊系統中之光纖頻寬遠大於電 子系統之頻寬，所以從 1980 年開始[1][2]，
光 分 碼 多 工 存 取 (Optical Code-Division Multiple Access, OCDMA)即為寬頻網路中可 行之一種選擇[3]，並且引起廣泛的討論。儘 管同步光分碼多工存取網路為了達到同步使 得其結構複雜性提高[4]，但它有較大之展頻 碼容量，在同時間內容許的使用者數量也較多 [5]。
我 們 利 用 使 用 者 1 與使用者 6 來說 明；如式子 (1) 所示， n 代表光纖之群折射 率為 1.4795 ( 雷射光波長為 1310 nm 時的 最佳量測狀況 )， c 代表光速 m /sec，
計算可得介質中群速度V；如式子 (2) 所示，
D 代表使用者與耦合器之距離，計算可得使用 者傳送到耦合器之間的時間。經過計算後可 知，使用者 6 需要 29.58 μs 信號才能到達耦 合器，使用者 1 需要 4.93 μs 信號才能到 達，為了讓使用者的信號能同時到達耦合器，
我們將兩者時間差距算出後，將使用者 1 經 過延遲 24.65 μs ( 29.58 μs - 4.93 μs = 24.65 μs ) 後再送出訊號，則可讓兩者之信號同時到 達耦合器。在傳送至接收的能量損耗的方面，
我 們 經 由 模 擬 得 到 1 Km 大 約 損 耗 0.2 dB ，距離 6 Km 損耗約為 1.2 dB。
3 10× 8
由於發射同步型同步訊框的設計中，在接 收端所收到的功率均假設為同等的大小，也就 是在彼此各使用者之間所產生的相互干擾量 的能量為相同[6-8]，但在實際的傳輸情況 下，如圖一所示，假設有六組使用者，各個使 用者與耦合器的距離最近的有 1 公里最遠則 有 6 公里之差距，由於在距離的遠近影響了耦 合器所接收信號的大小，因此在實際的系統 中，必須加入接收端所收信號強弱的變異來考 量設計出符合實際的架構。針對此一情形本計 劃提出接收同步型訊框格式，並設計出較合試 的訊框格式，設計來提升 OCDMA 系統的效能。
V c
=
n
三、 研究方法 (1) D
= V
1. 接收同步式 OCDMA
傳送時間 (2) 多個使用者連接到星形耦合器所組成的星形網路，如圖一所示，各使用者與耦合器間 之距離都不相同，使得各使用者傳送之信號會 在不同的時間點到達耦合器，造成在多重使用 者干擾(MUI)估算困難，所以提出接收同步式 架構，主要藉由傳送前先量測出各使用者至耦 合器之間的距離，並將使用者所傳送之信號利 用延遲時間之方式使信號同時到達耦合器，以 加強多重使用者干擾之估算。
(2). 訊框格式
由於在光分碼多工存取系統中，每個使用 者傳輸至耦合器的距離不同使得接收到信號 的時間也不同，而為了達到多工存取的機制，
必須定義出每個使用者的訊框格式，我們將使 用發射同步型系統架構下的訊框格式和我們 提出的接收同步型架構下的訊框格式互相比
I
較，找出適當的訊框來提升系統效能。
比較接收同步型訊框與發射同步型訊框 之差異，主要在於前者已經先依據各使用者和 耦合器的距離調整過時間差，使每個使用者傳 送的信號同時到達耦合器，如圖四所示。我們 藉由此特性，在前置信號區放入長度為 W0 信號 0 和長度為 W1 信號 1，用來估測使用 者之間相互的干擾量，且可有效的利用信號的 多寡來增加估測使用者相互干擾量的精準度。
2. 模擬結果與分析
參照前一節所提出的發射同步型與接收 同步型兩種型式，建構出了六組使用者做為系 統模擬之依據。首先對發射同步型與接收同步 型訊框的門檻電流界定方式做詳細說明，接著 再按照接收功率大小不同之訊號對系統傳輸 的誤碼率比較。
(1).系統模擬方塊圖
圖 五 為傳送端的模擬架構圖。在雷射 端供給 60 mA 來驅動單模雷射，此雷射的輸 出波段為 1552.52 nm，接著我們採用振幅調 變做為外部調變之方式，在信號輸入方面，則 是將各個使用者傳送的訊框載入，利用光延遲 線將信號延遲，產生出各使用者的展頻碼，最 後將信號結合做為輸出。
圖 六 為接收端的模擬架構圖，此接收端 主要是先將光經過延遲線產生光相關函數的 方式來進行解碼，接著信號經由APD 檢光器 將光信號轉換為電信號，藉由信號取樣找出適 當之門檻電流，最後則可依照門檻電流的判斷 解出原始的信號。
(2). 門檻電流
根據兩種訊框格式，分別敘述其門檻電流 定義。發射同步型訊框格式如圖 三 所示，利 用 tE 到 tD 時間裡的 10 個信號 0 來做門 檻電流的估測，即是在 W0 = 10 的條件下進
行分析。
接收同步型訊框格式如圖 四 所示，與發 射同步訊框相同都在 tE 到 tD 時間裡傳送 10 個信號 0 ，除此之外 tE 到 tS 之間又傳送 10 個信號 1 來做門檻電流的估測，即是在
W0 = 10、W1 = 10 的條件下進行分析。
四、結果與討論
本節針對發射同步型系統與接收同步型 系統架構在不同訊框下做效能分析。藉由圖一 各個使用者傳送至耦合器距離不同，我們選擇 使用者 1 ( 距離耦合器最近 ) 和使用者 6 ( 距離耦合器最遠 ) 來做接收端功率大小對 誤碼率之比較。在發射同步型訊框 W0 = 10 和接收同步型訊框 W0 = 10、W1 = 10 來比較 效能之差異。圖 七 則為模擬結果，從結果可 明顯的看出，接收同步型訊框下的系統效能不 論是在使用者距離遠近下都較先前發射同步 型訊框的誤碼率低。
藉 由 模 擬 驗 證 我 們 提 出 的 接 收 同 步 型 OCDMA 系統的設計以及在訊框格式的制 定，當接收端功率為2.8 μW 時，使用者 1 和
使用者 6 在接收同步系統與發射同步系統中
的錯誤率約略都在 到 之間，隨著接 收到的信號功率上升，各系統之錯誤率快速下 降。當接收端功率到達3.6 μW 時，使用者 1
在接收同步系統的錯誤率小於 ，而在發
射同步系統的錯誤率約為 6；使用者六在接
收同步系統的錯誤率約為 8，而在發射同步
系統的錯誤率約為 5，從模擬的結果發現接
收同步系統的錯誤率小於發射同步系統，證明 文中提出的接收同步系統具有較好之性能。未 來將分析接收同步系統前置信號與門檻電流 之關係，探討訊框中 W0 = 10 與 W1 = 10 數目 多寡與訂定門檻電流精確性，找出適當前置信 號長度，以降低系統錯誤率及提升系統效能。
10−2 10−4
10−12
10− 10− 10−
II
五、計畫自評