Demonstration of SAC OCDMA PON Using a New Code Family

光分碼多工系統因具備高傳輸速率、適度安全性以及提供眾多終端用戶以同時非同步方式存取網路等優點，因此被廣泛應用於被動式光網路的架構中。然而，因眾多使用者同時存取網路，多重使用者干擾將嚴重影響系統效能。有鑑於此，頻域振幅編碼系統的研究很快受到重視，因此類系統採用具有固定交互相關係數的碼族，搭配適當的編、解碼器設計，將能於傳送端有效的消除多重使用者干擾。然而，頻域振幅編碼系統是採用寬頻非同調光源，使得光平衡檢測器上產生相位引起的強度雜訊，並成為限制系統效能的主因之一。 在本論文中，我們提出一新的頻域振幅編碼光分碼多工系統，這個系統是使用一全新的編碼，稱之為延伸式超完美差異碼。由於此碼族的循環位移特性，我們可利用陣列波導光柵路由器來設計一精簡的頻域編碼器，以達到簡化系統複雜度的目的。再者，因本系統中所採用的編碼方式以及碼族本身具有良好的交互相關特性，使得被提出系統能有效抑制相位引起的強度雜訊。效能分析的結果顯示出，我們所提出的系統相較於先前系統，能在相同的錯誤率需求下提供更多的同時使用者數及更高的傳輸速率。 在理論分析之外，我們亦透過實驗的方式來驗證此系統的效能與可行性，其實驗架構是一採用M=2、N=8延伸式超完美差異碼的頻域振幅編碼系統，在實驗過程中，我們分別使系統操作於622Mbps與1.25Gbps兩種資料位元速率下，並依序改變接收機的有效接收功率大小及同時使用者的個數，並在不同的參數條件下觀測系統的位元錯誤率。實驗結果顯示，當至多四名同群使用者同時傳輸資料且有效接收功率大於3.5dBm時，系統的位元錯誤率值大多能維持在 以下；當四名非同群使用者同時傳輸資料時，則系統的位元錯誤率值均維持在 以下。 我們可由實驗結果評估，有效接收功率大於5dBm，且資料位元速率為622Mbps及1.25Gbps時，此系統所能容納的同時使用者數皆可達最大上限8人。此外，我們也針對實驗與理論的誤差進行討論，分析其誤差來源，並提出改善實驗或理論修正的方法。最後，經實驗驗證，應用M=2、N=8延伸式超完美差異碼族於光分碼多工被動光網路是實際可行的，且系統所能提供的最大使用者數與理論分析的結果相符。The Optical code division multi-access (OCDMA) system is commonly used in passive optical network (PON) because it provides multiple users to access the network simultaneously with high data transmission rate and moderate security. However, when many users access the network simultaneously, multi-user interference (MUI) will severely degrade the system performance. Hence, the spectral amplitude coding (SAC) OCDMA systems were proposed to solve the MUI problem. When applying code with fixed cross-correlation in SAC OCDMA PONs, we can eliminate the MUI completely at the receiver. Nevertheless, the noncoherent broadband light source is used in SAC OCDMA systems, the system performance suffers from phase induced intensity noise(PIIN). In this thesis, we propose a new SAC OCDMA PON which uses a new code family called extended super perfect difference(ESPD) codes. In our system, we use cyclic shifted property of ESPD code and arrayed waveguide router to construct a simpler spectrum encoder. Furthermore, the numerical results show that the proposed system using our code has better performance than the systems using other codes. Moreover, we also present an experiment according to our theoretical model which uses ESPD codes with cardinality equal to 8. The goal of our experiment is to verify the feasibility and performance of applying our code family to the SAC OCDMA PON. Because the number of active users and effective received power are the two main factors that limit the system performance, we change these parameters separately during our experiment. The experimental results show that our system can support maximum number of 8 users when transmission rate is 622Mbps and 7 to 8 users when transmission rate is 1.25Gbps