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    [技术]OptiSystem应用:数字调制-DPSK [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-02-01
    Xg:w;#r,  
    教程的目的是演示如何使用OptiSystem组件库设计8 DPSK脉冲发生器。 本教程包含了一些此处演示参考的项目文件。有关项目文件名称,请参阅本教程的末尾。 建议您使用OptiSystem组件库手册阅以读此处介绍的各个组件的技术说明。 UW7*,Bq  
    1PWs">*(  
    在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数 "p>$^   
    图1. DPSK发射器全局参数
    o JC-?  
    u"IYAyzL  
    创建一个项目 pEk^;  
    cU8Rm\?  
    设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 Y1a[HF^-  
    }:u" ?v=|j  
    下一步是设置参数并连接组件。 在这个设计中,对于DPSK序列发生器组件,我们将使用图2中给出的参数。其他组件参数将使用其默认值。 7%?2>t3~  
    图2. DPSK Sequence Generator组件参数
    9{{QdN8  
    0yW#).D^b  
    组件和观察仪应根据图3进行连接。 w~J 7|8Y  
        该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: %bo0-lnp  
    “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” dz fR ^Gv  
    图3. DPSK脉冲发生器
    vK2sj1Hzr  
    ,"?h _NbF  
    为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。 @y%4BU&>0  
    Df;EemCh  
    运行仿真 L/Cp\|~ O  
    4Q2=\-KFj  
    要运行模拟,请执行以下步骤。 i oX [g  
    `N$:QWJ  
    C?@vBM}  
    1iWo* +5  
    查看模拟结果 )N[9r{3  
    6?y<F4  
    运行计算后,我们可以分析观察仪的结果。 要显示观察仪的结果,请执行以下操作。 [{.e1s<EK  
    2e_ssBbb  
    W.OcmA>x  
    >hqev-   
    您应该看到星座图分别显示了X轴和Y轴上的同相和正交相位。 图4给出了仿真结果。对于DPSK调制,这是一个众所周知的结果,每个符号使用3位,无相移-8 DPSK。但是我们只是模拟64位,这不是所有的8 DPSK的组合。 ^Rr0)4ns  
    yZup4#>8  
        
    图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
    }*.S=M]y$  
    , ~^0AtLv  
    )eFXjnHN  
    对于DPSK,有5个可能的值: W}&[p=PAS  
    *`~ woF  
    VC%{qal;q  
    ^(<Ecdz(  
    对于I和Q信号(见图5) 2xBIfmR^y  
      
    图5.同相和正交相位多进制信号
    nY(>|!  
    N{L'Q0!  
    使用DPSK Sequence Decoder %LBa;M  
         H#pl&/+  
    我们已经有I和Q多进制信号,然而在使用正交调制器调制这些信号之前,我们可以测试这些信号是否可以被正确解码成原始的二进制序列。这可以使用不同的布局或重组前一个布局。 r{y&}gA  
    N$1ZA)M  
    为了比较编码/解码之前和之后的二进制信号,我们应该使用诸如电脉冲生成器,如RZ脉冲生成器来调制原始二进制序列和解码序列。 AF ,*bb  
    图6. 测试DPSK序列编码与解码
    Tb~|p_;o  
    e>yPFXSk  
    我们可以看到,两个示波器的电信号是相同的,因为我们编码,然后解码的是相同的二进制信号。如图7所示。 sywSvnPuYZ  
    图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
    o+UCu`7e  
    *v1M^grKd  
    使用多阈值检测器 f4A;v|5_  
    A*d Pw.  
    下一步是使用多阈值检测器检测I和Q电信号。 通过使用阈值检测器,我们可以恢复原始的DPSK序列,然后将序列解码为原始的二进制信号。 您可以使用图3中的系统和图6中的组件。但是,您将需要一个添加一个组件: >b2j j+8  
    l-;u*JA  
    y %R-Oc  
    WZz8VF  
    主要的挑战是在阈值检测器组件中设置阈值和输出幅度值。 0=N,y  
        由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 3r{3HaN(^'  
    N?cvQR{r9  
    W+HiH`Qb]  
         +NML>g#F~z  
    检测器将要求阈值来评估输入信号以确定等效输出电平,假设输入值与输出值相同(图8),我们将根据信号输入设置阈值 UQq ,Xq  
    bf1Tky=/  
    iuxI$  
    Ziclw)   
    或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 r\#_b4-v3h  
        这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: % zP ]z  
    表2:基于阈值振幅的输入和输出 f3,qDbQyJ  
    ?`9XFE~a!  
    此外,参数参考比特率应与多级信号比特率一致,这是二进制序列的原始比特率除以每个码元的比特数:全局比特率/ 3。图8为两个检测器的参数。 -D=J/5L#5  
    图8. M-ary Threshold Detector参数
    B4tC3r  
    ' i- 6JG%  
        
    MW^(  
        
    图9. DPSK脉冲生成器和检测器
    yT[CC>]l  
    9f UD68Nob  
    运行仿真后,您将看到二进制源和解码器输出上的示波器的结果相同(与图7结果相似)。 如果您没有合适的全局序列长度值,例如512bits,则图形将不同。 Q]44A+M]  
    QaAA@l  
    增加正交调制 jb0wP01R  
    w;;yw3  
    我们已经知道如何对DPSK信号进行编码和解码; 现在我们可以使用正交调制来调制多进制信号。 ^HS;\8Xvb  
    图10. DPSK发射器 --S1p0  
    X#;n Gq)5  
    这是建立我们的DPSK发射器的最后一步,现在运行仿真并观察信号输出的频谱(图11)。
        图11.DPSK发射器输出 9jwcO)p^  
    c@SNbY4}%  
    观察到信号的中心频率为调制频率为550 MHz,模拟带宽由全局参数采样率(1.944 GHz / 2 = 972 MHz)的半值定义。 这意味着如果要增加模拟带宽以适应更高的调制频率(> 900 MHz),则应在全局参数窗口中更改每比特采样数。 k2bjBAT  
    Y-Iu&H+\  
    加正交解调 ^?+qNbK  
    \<e?  
    我们已经知道如何编码,解码和调制DPSK信号; 现在我们可以使用正交解调来解调DPSK信号。 0.pZlv  
    图12. DPSK发送与接收器 U-F\3a;&  
    IP?15l w  
    对于正交解调器,频率参数因与发射器载波频率一样。为了正确地形成和缩放输出信号,阈值频率因此需要再次进行调整。 @= E~`  
    X`/GiYTu  
    }~I(e  
    dh9Qo4-{  
        正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 'SW%EVB  
    !sknO53`H`  
        
    图13. 同相和正交相位多进制解调信号
    0B}O&DC%|  
    BE0Ov{'  
    下一步是比较发射机和接收机的二进制信号。 如果系统参数正确,则应该具有与图7中相同的结果。 GGM|B}U p  
        图12所示的布局是一个完整的8 DPSK发射器和接收器项目。 您可以使用该项目作为其他类型调制的起点,如QAM和OQPSK。 有关软件中可用的不同类型调制的说明,请参阅OptiSystem组件库文档。 b]0]*<~y  
    jF$bCbAUce  
    使用调制器库以节省设计时间 DB~3(r?K  
    ^"dVz.  
    以前的发射机设计需要多个组件对信号进行编码,产生多进制脉冲,并最终调制信号。现在您可以使用包括编码器和脉冲发生器的脉冲发生器库中的组件,或者使用包括脉冲生成器和正交调制器的调制器库中的组件。 lF*}l  
        在先前的布局(图12)中,删除DPSK序列发生器,M元脉冲发生器和正交调制器以及连接到它们的观察仪。 %wFz4 :  
    图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
    lpq) vKM}^  
    uOQ!av2"Rf  
    正如你所看到的,通过使用DPSK调制器代替多个组件,系统的设计比图12更快。另一方面,在设计数字调制发射器时,您无法访问所有的内部信号,这有助于您进行测试并理解设计过程中会遇到的挑战。 *|gY7Av*  
    h 8%(,$*  
    绘制多进制信号眼图 MV{\:l}y  
    Y YE{zU  
    OptiSystem可以绘制和估计级两(二进制)信号的光学系统的BER。 当使用多进制信号时,您无法直接估计BER值,但您仍然可以绘制眼图。 g 2LY~  
    图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 T\ *#9a  
    uI9eUO  
        
    图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 #r|qi tL3  
    ^l:~r2  
    在这个例子中,我们添加了眼图工具来绘制正交调制器输出上的多进制同相信号。 [X9T$7q#  
    {})d}dEC  
         9T\uOaC"  
    主要参数是PRBS的比特率。 它应该是二进制比特率除以每个码元的比特数,例如,M位比特率。 这与阈值检测器中使用的值相同。 d/8p?Km  
    图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
     
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