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infotek 2023-02-01 08:27

OptiSystem应用:数字调制-DPSK

$HR(|{piZ  
本教程的目的是演示如何使用OptiSystem组件库设计8 DPSK脉冲发生器。 本教程包含了一些此处演示参考的项目文件。有关项目文件名称,请参阅本教程的末尾。 建议您使用OptiSystem组件库手册阅以读此处介绍的各个组件的技术说明。 ADwwiq#E  
[K|>s(Sf*  
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 5e~{7{  
图1. DPSK发射器全局参数
;MdK3c  
9O 0  
创建一个项目 7HR%rO?'  
RE*S7[ge  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 #dn%KMo2r  
(w7cdqe  
下一步是设置参数并连接组件。 在这个设计中,对于DPSK序列发生器组件,我们将使用图2中给出的参数。其他组件参数将使用其默认值。 WTy8N  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
m} F Ce  
]6c2[r?g{  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 ]qP}\+:  
    该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: iJp!ROI  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” URzE+8m^  
图3. DPSK脉冲发生器
P A+e= %  
#lVl?F+~  
为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。 3E2.v5*  
]C:Ifh~  
运行仿真 BKlc{=  
x`|tT%q@l  
要运行模拟,请执行以下步骤。 moM&2rgdrQ  
a*wJcJTpV"  
D@vvy6>~s  
R8W4 4I*R:  
查看模拟结果 ^DCv-R+ p  
hy`)]>9z~  
运行计算后,我们可以分析观察仪的结果。 要显示观察仪的结果,请执行以下操作。 r#Oz0=0u  
M{kh=b)V  
/>I8nS}T  
umn~hb5O  
您应该看到星座图分别显示了X轴和Y轴上的同相和正交相位。 图4给出了仿真结果。对于DPSK调制,这是一个众所周知的结果,每个符号使用3位,无相移-8 DPSK。但是我们只是模拟64位,这不是所有的8 DPSK的组合。 8}E(UsTa  
-$|X\#R  
    
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
=X'7V}Q}  
pC.T)k  
[k{iN1n  
对于DPSK,有5个可能的值: cQ ;Ry!$  
o[W3/  
%~(i[Ur;  
1e| M6*  
对于I和Q信号(见图5) exKmK!FT  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
VIdoT2  
3s$.l }  
使用DPSK Sequence Decoder t"vO&+x  
     ^TuEp$Z=  
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。 [t) i\ }V  
g'7hc~=  
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。 =}lA|S  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
 M.^A`   
<&Xq`i/(  
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。 FQ1oqqr  
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
U  {!{5l:  
C P v}A  
使用多阈值检测器 bj{f[nZ d  
`I{Q,HQ7  
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: JAlsc]XtO9  
[i#Gqx>'w  
MX\-)e#  
)KQum`pO  
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。 mj|9x1U)  
    由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 VbR.tz  
1=.kH[R  
@'4D9A  
     _3[BS9  
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 $c47cJO)W  
s$6#3%h  
f'U]Ik;Jy  
eO G%6C%a  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 ;d40:q<  
    这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: #9Z-Hd<  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 /d'u1FnA =  
=1capix 1r  
此外,参数参考比特率应与多级信号比特率一致,这是二进制序列的原始比特率除以每个码元的比特数:全局比特率/ 3。图8为两个检测器的参数。 T7'$A!c  
图8. M-ary Threshold Detector参数
!6C d.fpWL  
~]W8NaQB(  
    
{{,%p#/b  
    
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
XQ8Imkc  
_I!&w!3oM  
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。 jFfki.H  
LAeXe!y  
增加正交调制 OLwxGRYX  
< r~Tj  
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。 lOui{QU  
图10. DPSK发射器 |z%,W/Ef  
lTXU  
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 |*$_eb  
7Go!W(8  
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。 Cn<x  
L;[*F-+jD  
加正交解调 j^.P=;  
_f`m/l  
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。 EIRf6jL  
图12. DPSK发送与接收器 +,lD_{}_  
1yu!:8=ee  
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。 v6:DA#0  
,n*.Yq  
dQ[lXV[}v  
HD ~9EK~  
    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。 EB#z\  
7@FB^[H:y  
    
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
($wYaw z  
G\Me%{b#  
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。 e([&Nr8h  
    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。 $sJn: 8z  
II91Ia  
使用调制器库以节省设计时间 AOe~VW  
uMI2Wnnc:/  
以前的发射机设计需要多个组件对信号进行编码,产生多进制脉冲,并最终调制信号。现在您可以使用包括编码器和脉冲发生器的脉冲发生器库中的组件,或者使用包括脉冲生成器和正交调制器的调制器库中的组件。 &eg,*K}'  
    在先前的布局(图12)中,删除DPSK序列发生器,M元脉冲发生器和正交调制器以及连接到它们的观察仪。 W.a/k7 p  
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
CqoL5qt  
C$bK!]a  
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。 /a q%l]hQ@  
gDsZbmR  
绘制多进制信号眼图 _VlN Z/V  
!rWib` %  
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。 #'T|,xIr-Q  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 <fw[7=_)^  
nXN0~,+  
    
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 J.-#:OZ  
{\V)bizY;  
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。 M;(lc?Rv  
b &JPLUr  
     w Bl=]BW!%  
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。 $d"6y  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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