OptiSystem应用:数字调制-DPSK
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。 ewff(e9 MvjwP?J] 在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 XkfUPbU 图1. DPSK发射器全局参数 T.Y4L H&K)q5~ 创建一个项目 1MzB?[gx wYxFjXm 设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 'w$we6f Z_ *ZUN?B 下一步是设置参数并连接组件。 在这个设计中,对于DPSK序列发生器组件,我们将使用图2中给出的参数。其他组件参数将使用其默认值。 Z YO/'YW 图2. DPSK Sequence Generator组件参数 '~6CGqU* >a]
s 组件和观察仪应根据图3进行连接。 HvfTC<+H 该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: vH\nL>r “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” @md^mss 图3. DPSK脉冲发生器 HBkQ`T #(}_2x5 为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。
kd2'-9 l[j0(T 运行仿真 _xwfz]lb+ ;og<eK 要运行模拟,请执行以下步骤。 Fl(ZKpSZU I
Y-5/
R$'nWzX# #+Gs{i Xr 查看模拟结果 o\YdL2:X Yy:sZJ 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。 j3'/jk]\ )$.9WlQ
Jx[e{o)o ;@\JscNJ| 您应该看到星座图分别显示了X轴和Y轴上的同相和正交相位。 图4给出了仿真结果。对于DPSK调制,这是一个众所周知的结果,每个符号使用3位,无相移-8 DPSK。但是我们只是模拟64位,这不是所有的8 DPSK的组合。 ]V7hl#VO wx7>0[ zE 图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特) %[F;TZt
5N}|VGN #z5?Y2t7~^ 对于DPSK,有5个可能的值: Olrw>YbW ;Cpm3at
E$fy*enON )n61IqrW 对于I和Q信号(见图5) fH{$LjH( 图5.同相和正交相位多进制信号 BiAcjN:Z NY
w(hAPv 使用DPSK Sequence Decoder ^Q:`2C5 +K4v"7C
V 我们已经有I和Q多进制信号,然而在使用正交调制器调制这些信号之前,我们可以测试这些信号是否可以被正确解码成原始的二进制序列。这可以使用不同的布局或重组前一个布局。 q:eAL'OkM obkv ]~ 为了比较编码/解码之前和之后的二进制信号,我们应该使用诸如电脉冲生成器,如RZ脉冲生成器来调制原始二进制序列和解码序列。 9GOyVKUv 图6. 测试DPSK序列编码与解码 h.%Qn vL C/#/F#C 我们可以看到,两个示波器的电信号是相同的,因为我们编码,然后解码的是相同的二进制信号。如图7所示。 -2XIF}.Hu 图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号 vx ,6::%] blS4AQ?b^ 使用多阈值检测器 a.ME{:a% {i?K~|
h 下一步是使用多阈值检测器检测I和Q电信号。 通过使用阈值检测器,我们可以恢复原始的DPSK序列,然后将序列解码为原始的二进制信号。 您可以使用图3中的系统和图6中的组件。但是,您将需要一个添加一个组件: g4932_tC m=y)i]=1
(bXp1*0 ; 7[,f;zG 主要的挑战是在阈值检测器组件中设置阈值和输出幅度值。 jF0BWPL 由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 'Pn`V{a v:ZD}Q_
z(a:fL{/XG Kn]WXc|(" 检测器将要求阈值来评估输入信号以确定等效输出电平,假设输入值与输出值相同(图8),我们将根据信号输入设置阈值 5rhdm?Ls0 eS+LFS7*k
s;)tLJ! =z dti'2{4 或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 e1a %Rj~ 这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: [C#pMLp,~ 表2:基于阈值振幅的输入和输出
HuClO L 32ki}2 此外,参数参考比特率应与多级信号比特率一致,这是二进制序列的原始比特率除以每个码元的比特数:全局比特率/ 3。图8为两个检测器的参数。 -4a&R=%p 图8. M-ary Threshold Detector参数 vpMv #.aLx$"a O`| ri5d 图9. DPSK脉冲生成器和检测器 !pXz-hxKT ZaV@}=Rd8 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。 G 3x1w/L ]+S QS^4 增加正交调制 /267Q;d
C)
]YKWa" 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。 7u(i4O&
k 图10. DPSK发射器 F!<x;h( P$yJA7]j;% 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 b
/ySt< K!mgh7Dx 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。 Q^OzFfR6 hkxZ=l 加正交解调 $<#sCrNX W_EN4p~J 我们已经知道如何编码,解码和调制DPSK信号; 现在我们可以使用正交解调来解调DPSK信号。 XDQ1gg` 图12. DPSK发送与接收器 Y]Q*I\X pQi - 对于正交解调器,频率参数因与发射器载波频率一样。为了正确地形成和缩放输出信号,阈值频率因此需要再次进行调整。 CaMG$X&O
G[ea@u$? m 9S5;kB] X35hLp8 M 正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 j|9 2
g o\#e7 Hqbh 图13. 同相和正交相位多进制解调信号 r+crE %- xcA`W|M 下一步是比较发射机和接收机的二进制信号。 如果系统参数正确,则应该具有与图7中相同的结果。 |Can 图12所示的布局是一个完整的8 DPSK发射器和接收器项目。 您可以使用该项目作为其他类型调制的起点,如QAM和OQPSK。 有关软件中可用的不同类型调制的说明,请参阅OptiSystem组件库文档。 R!ij CF\ hGLBFe#3 使用调制器库以节省设计时间 %qhaVM$] :n4x}% 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。 FE.:h'^h 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。 <T>f@Dn, 图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器 ;8UHPDnst N 2\,6 < 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。 ijfT!W &M0v/!%L 绘制多进制信号眼图 !% Md9Mu!o #<:khs6 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。 j.sf FS 图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 ;nbvn z!tHn# 图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 ;S/fe(C
D
KOdqTW 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。 A'T! og|5 "cZ.86gG`: pmZr<xs 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。 mb/Y 图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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