OptiSystem应用:数字调制-DPSK
MQ` %`` 本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。 jj,r <T NiA4JgM]v 在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 I\zemW! 图1. DPSK发射器全局参数 R0wf#%97 Svw<XJ 创建一个项目 _ym"m,,7? 3vW4<:Lgy 设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 "3}<8c 9S>g6}[E#0 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。 f%XJ;y\,9H 图2. DPSK Sequence Generator组件参数 uel{`T[S f~ZEdq8 组件和观察仪应根据图3进行连接。 iZxt/}1X0 该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: 8(lR!!=q “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” 1e}8LH7 图3. DPSK脉冲发生器 xu\eX x6H bL1m'^r 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。 BBnq_w"a ;:]\KJm}? 运行仿真 Qxa{UQh}9 UyiJU~r1 要运行模拟,请执行以下步骤。 %3o`j< <)U4Xz ?
{(tHk_q vFQ,5n;fF 查看模拟结果 4W;S=#1 y1pu R7 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。 57Z- 80;n|nNB
:]WqfR)# &<]<a_pw 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。 8P2 J2IU _#C()Ro*P 图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特) gl7|H&&xV
Y)|N"f; pqR\>d0 对于DPSK,有5个可能的值: l]6%lud8_ p2%
Vf $Dnu@}z w>e
s 对于I和Q信号(见图5) MX|H}+\ 图5.同相和正交相位多进制信号 :iUF7P1I X}A'Cg0y 使用DPSK Sequence Decoder d~9!,6XM Vba.uKNjk 我们已经有I和Q多进制信号,然而在使用正交调制器调制这些信号之前,我们可以测试这些信号是否可以被正确解码成原始的二进制序列。这可以使用不同的布局或重组前一个布局。 UE"GJt`I cg{AMeW 为了比较编码/解码之前和之后的二进制信号,我们应该使用诸如电脉冲生成器,如RZ脉冲生成器来调制原始二进制序列和解码序列。 _$s> c!t,# 图6. 测试DPSK序列编码与解码
QLKK.] 9`B$V##-L 我们可以看到,两个示波器的电信号是相同的,因为我们编码,然后解码的是相同的二进制信号。如图7所示。 r ?m6$ 图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号 H/fUM (u1m]WYL 使用多阈值检测器 #,NvO!j<4 l.+yn91%> 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: 7h9U{4r: M k G0Yh2;#
$E!J:Y= vVxD!EL 主要的挑战是在阈值检测器组件中设置阈值和输出幅度值。 |`/TBQz:r 由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 r@G#[.*A> 8|^CK|m6*
!|Q5Zi;aX7 Rl~T$
Ey 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 3'`dFY, 2?q(cpsN
s>n(`?@L *m+BuGt| 或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 =/0=$\Ws 这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: S.*~C0" 表2:基于阈值振幅的输入和输出 yYZxLJ=' ]/X(V|t 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。 A!i q->+ 图8. M-ary Threshold Detector参数 /8'S1!zc V ~{fB~ x2Lq=zwJ 图9. DPSK脉冲生成器和检测器 z(y*hazK GEUg]nw 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。 WYcA8X/ i5}4(sV 增加正交调制 c]k*}W3T V~IIYB7 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。 J Yb}Zw; 图10. DPSK发射器 _i0kc,*C\ >w6taX 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 bpAv1udX-W (rtY!<|p 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。 5*%#o Io`P,l: 加正交解调 -_OS%ARa &C<yfRDu 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。 x\e;+ubt} 图12. DPSK发送与接收器 iSLGwTdLn :nN1e 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。 CK+d!Eg
+avMX&% ?4H#G)F ?tdd3ai> 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。 ~+X9g q<W=#Sx 图13. 同相和正交相位多进制解调信号 NH<gU_s8{9 _9H*agRe 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。 /hrT 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。 1+;C`bnA _Q%vK*n 使用调制器库以节省设计时间 8F(h*e_? g1E~+@ 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。 +yob)% 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。 :# E*Y8- 图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器 `^JJ&)4iv Qp,DL@mp>8 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。 #eZ6)i< Z7rJ}VP 绘制多进制信号眼图 mbRqJT>@ /
O/`< 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。 gJiK+&8I 图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 d,vNem-Z*L kv,%(en] 图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 G0 J4O!3 bi y4d 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。 AUVgPXOwd hRI"y":zD qSqI7ptA\ 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。 <:/&&@2 图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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