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infotek 2023-02-01 08:27

OptiSystem应用:数字调制-DPSK

7~M<cD  
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。 3 ?&h^UX  
-RJE6~>'\  
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 hnWo|! ,O$  
图1. DPSK发射器全局参数
<5@PWrU?[[  
2q} ..  
创建一个项目 G%u9+XV1#  
c-j_INGm  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 +rWZ|&r%  
+CM7C%U   
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。 !MQ N  H  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
x?D/.vrOY  
GD-&_6a  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 ) gR=<oa  
    该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: mCKk*5ws5"  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” 5(&xNT-n8  
图3. DPSK脉冲发生器
}jF+`!*!  
.]Mn^2#j  
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。 /)uM[ dnai  
vuz4qCQ  
运行仿真 P,bd'  
+pqM ^3t|y  
要运行模拟,请执行以下步骤。 NHX>2-b  
#G3N(wV3  
|dadH7  
L4f7s7rJ  
查看模拟结果 /&ygiH{^  
U/qE4u1J6M  
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。 /48 =UK  
e<gx~N9l'  
AH{^spD{7,  
PI5j"u UO  
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。 k5+]SG`]]  
wX1ig  
    
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
<M[U#Q~?~e  
nv5u%B^  
#WE]`zd  
对于DPSK,有5个可能的值: 6!EYrX}rI[  
=?0QqCjK)  
,=[*Lo>O  
0o&}mKe  
对于I和Q信号(见图5) i+M*J#'  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
>HkhAJhW  
zREJ#r  
使用DPSK Sequence Decoder 9EF~l9`'U  
     rPq<Xb\  
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。 e-D4'lu  
rcbP$t vz  
为了比较编码/解码之前和之后的二进制信号,我们应该使用诸如电脉冲生成器,如RZ脉冲生成器来调制原始二进制序列和解码序列。 Na!za'qk[o  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
<6N_at3  
!}&" W,,0  
我们可以看到,两个示波器的电信号是相同的,因为我们编码,然后解码的是相同的二进制信号。如图7所示。 {`.O|_b  
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
nx4P^P C  
WO%h"'iJ  
使用多阈值检测器 !eD+GDgE]  
@eQld\h'  
下一步是使用多阈值检测器检测I和Q电信号。 通过使用阈值检测器,我们可以恢复原始的DPSK序列,然后将序列解码为原始的二进制信号。 您可以使用图3中的系统和图6中的组件。但是,您将需要一个添加一个组件: zsTbdF  
`"y{;PCt_  
I 8Y*@$h  
Ht=$] Px  
主要的挑战是在阈值检测器组件中设置阈值和输出幅度值。 gAE!a Ky  
    由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 /! ^P)yU,  
j.c8}r&  
,# "(Z  
     K=kH%ZK  
检测器将要求阈值来评估输入信号以确定等效输出电平,假设输入值与输出值相同(图8),我们将根据信号输入设置阈值 Ge}$rLu]0  
.1ddv4Hk  
s'2Rs^,hN  
lpEDPvD_Vm  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 F ! )-|n}  
    这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: P%GkcV  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 m<fA|9 F#  
ZzL@[g  
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。 J@bW^>g*6u  
图8. M-ary Threshold Detector参数
X!0kK8v  
;mJkqbVol  
    
)}|mDN&P  
    
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
H%.zXQ4}n  
TU%"jb5  
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。 @P70W<<  
DPPS?~Pq  
增加正交调制 @6%gIsj<H  
<3#<I)#  
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。 tBl#o ^  
图10. DPSK发射器 jyjQzt >\  
:_c*m@=z(  
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 ?Leyz  
%1jdiHTaL  
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。 <P pYl  
OWV/kz5'H  
加正交解调 Qk7J[4  
9}n,@@  
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。 h3t$>vs2F"  
图12. DPSK发送与接收器 .wri5  
-h9#G{2W[  
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。 k.>6nho`TV  
0o;~~\fq.  
Hd*Fc=>"Y  
j1Fw U  
    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。 xvO 3BU~2  
{*__B} ,N  
    
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
fv5C!> t  
,9UCb$mh  
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。 afy/K'~  
    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。 >e_%M5 0  
0:PSt_33F  
使用调制器库以节省设计时间 )BlJ|M  
x,-S1[#X;  
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。 _jDS"  
    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。 ,7I},sZj   
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
~1d!hq?/q  
THr8o V5  
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。 :s-EG;.  
uA^hCh-js  
绘制多进制信号眼图 9RB`$5F ;  
_]Ey Ea  
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。 w #<^RKk  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 Z{#"-UG  
59K}  
    
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 Rj&qh`  
[lOf|^9  
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。 }Qb';-+;d  
i9y3PP)  
     bu&;-Ynb  
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。 *78)2)=~  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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