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infotek 2023-02-01 08:27

OptiSystem应用:数字调制-DPSK

n>Y3hY  
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。 !aeL*`;  
LbJ tU !  
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 ibl^A=  
图1. DPSK发射器全局参数
qlIC{:E0  
qDM/ 6xO  
创建一个项目 k)'hNk"x  
$G"PZ7  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 doBfpQ2  
yrdJX  
下一步是设置参数并连接组件。 在这个设计中,对于DPSK序列发生器组件,我们将使用图2中给出的参数。其他组件参数将使用其默认值。 ":"QsS#*"#  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
 / >Wh  
#KXazZu"  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 +>.plvZhu  
    该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: X;w1@4!  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” Mw?nIIu(@  
图3. DPSK脉冲发生器
P~#!-9?  
{dg3 qg~  
为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。 w^ui%9 &6H  
Fh? ;,Z  
运行仿真 //JF$o=)D  
[])M2_  
要运行模拟,请执行以下步骤。 Q#}} 1}Ja  
j23OgbI  
gu/eC  
,M>W)TSH  
查看模拟结果 ,YSQog  
s2@N&7"u)  
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。 hAOXOj1  
Gc~A,_(  
Ar'}#6  
dY~3 YD[  
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。 90k|W >  
u z ` H  
    
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
6](vnS;  
Z%`} `(  
?fXg_?+{'g  
对于DPSK,有5个可能的值: +LQ2To  
Jb6rEV>  
zr&K0a{hc  
9'3bzhT$  
对于I和Q信号(见图5) st{:] yTRk  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
~`#.ZMO  
a,d\< mx  
使用DPSK Sequence Decoder wC{ =o`v  
     (*/P~$xIj  
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。 K>RL  
U @|{RP  
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。 m/0G=%d%k  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
L FHyiIO  
HNY{%D  
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。 .W,< ]L '  
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
y@~.b^?_u  
KFA B  
使用多阈值检测器 zO2<Igb  
oFoG+H"&7\  
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: IqfR`iAix  
*7ap[YXZ\w  
V3yO_Iqa  
oMLpl3pl  
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。 &'WgBjP  
    由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 iFF/[P  
YxS*im[%]  
/# 0@C[9  
     To}L%)  
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 /p<mD-:.M  
IhM-a Y y5  
] X%bU*4  
R j(="+SPj  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 /P^@dL  
    这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: AW+4Vm_!l  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 E Q?4?  
K._1sOw'"Y  
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。 ]K XknEaxl  
图8. M-ary Threshold Detector参数
;NRm ,  
S]<G|mn,  
    
dXe763~<  
    
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
[DGq{(O  
b2U[W#  
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。 0Yfk/}5  
N%y%)MI8  
增加正交调制 aR}NAL_`w  
" 8;D^  
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。 qbqJ1^!6R  
图10. DPSK发射器 1?7QS\`)fB  
`'0opoQRe  
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 @{+*ea7M(`  
 vFl|  
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。 ZJy D/9y  
-d_FB?X  
加正交解调  gxU(&  
k^R>xV  
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。 '? yZ,t  
图12. DPSK发送与接收器 %{zM> le9  
_'2r=a#`  
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。 tE>3.0U0Q  
JC>}(yQA  
/%)M lG  
7:bqh$3!s  
    正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 >f`}CLsY  
Kz$Ijj  
    
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
yQou8P=%  
dr'6N1B@  
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。 "_?^uymw  
    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。 g](m& O  
tG%R_$*  
使用调制器库以节省设计时间 J3$`bK6F6  
Hsp|<;Yg  
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。 .~b6wi&n  
    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。 C$,S#n@  
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
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!p0FJ].g,  
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。 WY*}|R2R  
_r^&.'q  
绘制多进制信号眼图 egr@:5QwZ{  
uVp R^  
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。 ORfA]I-u  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 jg%D G2  
Ln`c DZSM  
    
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 K.X% Q,XD  
'JkK0a2D  
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。 Nk=M  
}jIb ^|#CD  
     ]'M4Unu#@  
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。 @XmMD6{<  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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