OptiSystem应用:数字调制-DPSK
5]xuU.w' 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。 tne_]+ RNg?o[S 在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 E$8JrL 图1. DPSK发射器全局参数 rfXxg^ 36d nS>4 创建一个项目 ]9@:7d6 &|yLTx 设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 @AyteHK
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D 下一步是设置参数并连接组件。 在这个设计中,对于DPSK序列发生器组件,我们将使用图2中给出的参数。其他组件参数将使用其默认值。 .;#T<S" 图2. DPSK Sequence Generator组件参数 O-iE 0t d2\!tJm 组件和观察仪应根据图3进行连接。 *~rj!N?; 该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: }Zhe%M=}G “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” TlG>)Z@/ 图3. DPSK脉冲发生器 J<)qw _Q V=3UWP 为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。 B2`S0 H }
ueFy<F 运行仿真 1? >P3C `lhw*{3A 要运行模拟,请执行以下步骤。 @W,jy$U MP]<m7669*
'yo@5*x7 _e%D/} 查看模拟结果 +UzQJt/>> Q>niJ'7WF 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。 w)btv{* XS<>0YM
86&M Zdv6 !_I1=yi 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。 d;i|s[6ds` EF/d7 图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特) UG| /Px ]
PKm|?kn{0( ,'L>:pF3 对于DPSK,有5个可能的值: TnW`#.f r(,U{bU<
C@M-_Ud>Q V&Y`?Edc 对于I和Q信号(见图5) n@p]v* 图5.同相和正交相位多进制信号 >e]g T -V$|t< 使用DPSK Sequence Decoder UQVL)-Z Ee>VA_ss 我们已经有I和Q多进制信号,然而在使用正交调制器调制这些信号之前,我们可以测试这些信号是否可以被正确解码成原始的二进制序列。这可以使用不同的布局或重组前一个布局。 =lacfPS [4KQcmJc# 为了比较编码/解码之前和之后的二进制信号,我们应该使用诸如电脉冲生成器,如RZ脉冲生成器来调制原始二进制序列和解码序列。 b?wrOS 图6. 测试DPSK序列编码与解码 bG;fwgAr @T1G#[C~t 我们可以看到,两个示波器的电信号是相同的,因为我们编码,然后解码的是相同的二进制信号。如图7所示。 kG^76dAQL 图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号 w,|@e_|J d0J/"< 使用多阈值检测器 8$FH;= I}$`gUXX8x 下一步是使用多阈值检测器检测I和Q电信号。 通过使用阈值检测器,我们可以恢复原始的DPSK序列,然后将序列解码为原始的二进制信号。 您可以使用图3中的系统和图6中的组件。但是,您将需要一个添加一个组件: vHaM yA- \PX4>/d@y
cXweg; q~{)
{t; 主要的挑战是在阈值检测器组件中设置阈值和输出幅度值。 8}%F`=Y0 由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 !z?
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Ou[K7-m%& ]4~Yi1] 检测器将要求阈值来评估输入信号以确定等效输出电平,假设输入值与输出值相同(图8),我们将根据信号输入设置阈值
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e02Hf{eOfw HcRw9,I' 或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 7w
)?s@CD 这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: (3e.q'
表2:基于阈值振幅的输入和输出 ,GOIg|51 RhYe=Qh4{p 此外,参数参考比特率应与多级信号比特率一致,这是二进制序列的原始比特率除以每个码元的比特数:全局比特率/ 3。图8为两个检测器的参数。 *tjaac;z<J 图8. M-ary Threshold Detector参数 GrF4*I`q If'q8G3]- fy+5i^{= 图9. DPSK脉冲生成器和检测器 @52#ZWy `
w;Wud'*< 运行仿真后,您将看到二进制源和解码器输出上的示波器的结果相同(与图7结果相似)。 如果您没有合适的全局序列长度值,例如512bits,则图形将不同。 #N{]
-"-.Z 增加正交调制 i0M6;W1T =7!s8D,[ 我们已经知道如何对DPSK信号进行编码和解码; 现在我们可以使用正交调制来调制多进制信号。 =OufafZb 图10. DPSK发射器 SQMl5d1d: *%uz LW0 这是建立我们的DPSK发射器的最后一步,现在运行仿真并观察信号输出的频谱(图11)。 图11.DPSK发射器输出 HDm]njF%qQ . _+cvXy 观察到信号的中心频率为调制频率为550 MHz,模拟带宽由全局参数采样率(1.944 GHz / 2 = 972 MHz)的半值定义。 这意味着如果要增加模拟带宽以适应更高的调制频率(> 900 MHz),则应在全局参数窗口中更改每比特采样数。 \g0vzo"u h!tpi`8\z 加正交解调 :.PA(97xb RO3LZBL 我们已经知道如何编码,解码和调制DPSK信号; 现在我们可以使用正交解调来解调DPSK信号。 lpT&v;$` 图12. DPSK发送与接收器 WcmX"{ $S>'0mL 对于正交解调器,频率参数因与发射器载波频率一样。为了正确地形成和缩放输出信号,阈值频率因此需要再次进行调整。 9J:|"@)N
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" {<X! ^u> Whd > 正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 .2I?^w&j+ #-|fdcb 图13. 同相和正交相位多进制解调信号 ]p|?S[!= |s3;`Nxu7 下一步是比较发射机和接收机的二进制信号。 如果系统参数正确,则应该具有与图7中相同的结果。 XPhP1 ^>\ 图12所示的布局是一个完整的8 DPSK发射器和接收器项目。 您可以使用该项目作为其他类型调制的起点,如QAM和OQPSK。 有关软件中可用的不同类型调制的说明,请参阅OptiSystem组件库文档。 Jm!,=}oP' 08\w!!a: 使用调制器库以节省设计时间 loA/d (wj:Gc 以前的发射机设计需要多个组件对信号进行编码,产生多进制脉冲,并最终调制信号。现在您可以使用包括编码器和脉冲发生器的脉冲发生器库中的组件,或者使用包括脉冲生成器和正交调制器的调制器库中的组件。 '2X$.
^aW 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。 <^s31.&p 图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器 !B`z|# NV5qF/<M 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。 cGm3LS6]* l/k-`LeW 绘制多进制信号眼图 GR|\OJ<2 B/X$ZQ0 OptiSystem可以绘制和估计级两(二进制)信号的光学系统的BER。 当使用多进制信号时,您无法直接估计BER值,但您仍然可以绘制眼图。 G=y~)B} 图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 b}TvQ+W]2 ,X!) z Amm 图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 B}[CU='P* `E|i8M3g 在这个例子中,我们添加了眼图工具来绘制正交调制器输出上的多进制同相信号。 L9jT:2F H+*3e& WIU]>_$. 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。 pW+uVv, 图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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