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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: 2024-08-29
    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。 AmUe0CQ:k'  
    7z0;FW3>9  
    在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数 3R Y|l?n>  
    图1. DPSK发射器全局参数
    '6Rs0__  
    72B zvY.  
    创建一个项目 h0ZW,2?l  
     )^QG-IM  
    设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 =}6Z{}(TT  
    RMs1{64:  
    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。 kC,DW%Ls  
    图2. DPSK Sequence Generator组件参数
    DVeF(Y3&  
    btkMY<o7  
    组件和观察仪应根据图3进行连接。 <3J=;.\6  
    该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: AmrJ_YP/t~  
    “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” 8k*k  
    图3. DPSK脉冲发生器
    J}93u(T5  
    noD7G2o  
    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。 MXu+I,y*  
    PhI{3B/  
    运行仿真  t}* qs  
    Y }g6IK}  
    要运行模拟,请执行以下步骤。 C$EFh4  
    h;mQ%9 Yd  
    _^,[wD  
    _cnrGi}T  
    查看模拟结果 kB!M[[t  
    J>&dWKM3  
    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。 u]+ +&~i  
    LO Yyj?^7  
    4'u|L&ow  
    wMR[*I/  
    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。 .Jnp{Tet  
    ]mDsUZf<  
    图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
    ]'z ^Kt5S  
    }9fV[zO  
    O,z%7><  
    对于DPSK,有5个可能的值: 374_G?t&  
    Kk"B501  
    '@1Qx~*]e  
    gJ}'O4*b  
    对于I和Q信号(见图5) u9[w~U#  
      
    图5.同相和正交相位多进制信号
    w2mlqy2L  
     MYW 4@#  
    使用DPSK Sequence Decoder =,1zl}PR  
    !&:.Uh  
    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。 [zO(V`S2  
    E t[QcB3  
    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。 )SO1P6  
    图6. 测试DPSK序列编码与解码
    yW7S }I  
    7H@Cy}a  
    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。 1pBsr(  
    图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
    s(DaPhL6Qm  
    GA*Khqdid  
    使用多阈值检测器 z4OR UQ  
    7G #e~,M5  
    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: T;vPR,]rz  
    {b8Y-  
    g960;waz3  
    ' c\TMb.  
    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。 bTYP{x~ y  
    由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 X2mm'J DwK  
    X0J]6|du.  
    jjlCi<9CQ^  
    ?&bVe__  
    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 x>/@Z6Wxz  
    zAdVJ58H  
    a!]QD`  
    3lEU$)QA3  
    或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 Z.#glmw^=R  
    这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: o+WrIAR  
    表2:基于阈值振幅的输入和输出 /3HWP`<x  
    fP4IOlHkE  
    此外,参数参考比特率应与多级信号比特率一致,这是二进制序列的原始比特率除以每个码元的比特数:全局比特率/ 3。图8为两个检测器的参数。 Zvw3C%In  
    图8. M-ary Threshold Detector参数
    /bj`%Q.n  
    ,lGwW8$R  
    Bwvc@(3v  
    图9. DPSK脉冲生成器和检测器
    #1lS\!  
    ~5?n&pF  
    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。 vnOF$6n  
    <'yC:HeAwD  
    增加正交调制 wtick~)  
    a[9OtZX<  
    我们已经知道如何对DPSK信号进行编码和解码; 现在我们可以使用正交调制来调制多进制信号。 I&@@v\$*  
    图10. DPSK发射器 FbT&w4Um=  
    A>,fG9pR  
    这是建立我们的DPSK发射器的最后一步,现在运行仿真并观察信号输出的频谱(图11)。
    图11.DPSK发射器输出 [ ESQD5&  
    zU=[Kc=$  
    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。 tTxo:+xg  
    'F<e)D?  
    加正交解调 &K*_/Q '\  
    !ef)Ra-W  
    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。 cB'4{R@e  
    图12. DPSK发送与接收器 S6:gow(wU  
    tm#y `1-  
    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。 qMj e,Y  
    U.9nHo{  
    9W r(w  
    nff]Y$FB  
    正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 GM92yi!8  
    +f~3FXM  
    图13. 同相和正交相位多进制解调信号
    v~=ol8J B  
    1j-i nj`  
    下一步是比较发射机和接收机的二进制信号。 如果系统参数正确,则应该具有与图7中相同的结果。 yc}t(*A5  
    图12所示的布局是一个完整的8 DPSK发射器和接收器项目。 您可以使用该项目作为其他类型调制的起点,如QAM和OQPSK。 有关软件中可用的不同类型调制的说明,请参阅OptiSystem组件库文档。 Q%h o[KU  
    +Rd{ ?)2~  
    使用调制器库以节省设计时间 U} h |Zk  
    &BR?;LD  
    以前的发射机设计需要多个组件对信号进行编码,产生多进制脉冲,并最终调制信号。现在您可以使用包括编码器和脉冲发生器的脉冲发生器库中的组件,或者使用包括脉冲生成器和正交调制器的调制器库中的组件。 -$p-o Z)  
    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。 Bnc  
    图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
    vDb}CQ\  
    U7'oI;C$e  
    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。 !(tJZ5  
    $e\R5L u  
    绘制多进制信号眼图 9~ af\G  
    JFkjpBS  
    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。 bHG>SW\]`?  
    图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 &^>r<~]  
    51usiOq  
    图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 8=Ht+Br  
    B75SLK:h=  
    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。 t, YAk ?}  
    5jk4k c  
    ~+ur*3X  
    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。 W%:zvqg v  
    图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
     
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