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。 q{b-2k y x#ub-A8 在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 es%py~m) 图1. DPSK发射器全局参数 !?+0O]`} #;@I. 创建一个项目 h>cjRH?e |F<iu2\ 设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 /z`tI KQ81Oxu*C 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。 o~"Y_dLsW 图2. DPSK Sequence Generator组件参数 ,mi7WW9 3#]II j`\ 组件和观察仪应根据图3进行连接。 sN?Rx} 该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: 3ZyvX]@_ “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” aE3eYl9u 图3. DPSK脉冲发生器 /0fsn_ RF'nwzM3 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。 =e PX^J*M' )flm3G2u 运行仿真 y3QS!3I OU#p^5K 要运行模拟,请执行以下步骤。 8tna<Hx ^P]5@d v
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M rbIYLVA+V 查看模拟结果 {^uiu^RAc /'_<~A 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。 M3F1O6=4j dw5"}-D
zF{~Md1 Y}t)!}p$r 您应该看到星座图分别显示了X轴和Y轴上的同相和正交相位。 图4给出了仿真结果。对于DPSK调制,这是一个众所周知的结果,每个符号使用3位,无相移-8 DPSK。但是我们只是模拟64位,这不是所有的8 DPSK的组合。 vx' ] ; 6Uq;]@k% 图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特) (3!6nQj-t
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P, d]^m^ 对于DPSK,有5个可能的值: 9^?muP<A L+
XAbL)
cjO%X yJ0%6],^g 对于I和Q信号(见图5) ) )FLM^dj 图5.同相和正交相位多进制信号 ~OvbMWu [uHC
AP 使用DPSK Sequence Decoder t?PqfVSq %xQ'i4` 我们已经有I和Q多进制信号,然而在使用正交调制器调制这些信号之前,我们可以测试这些信号是否可以被正确解码成原始的二进制序列。这可以使用不同的布局或重组前一个布局。 Sf.OBU1rs XK@&$~iA3 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。 R4JfH 图6. 测试DPSK序列编码与解码 Wwg<-
9wAJ PeqW+Q. 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。 >G%oWRk 图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号 .oT'(6# 74:~F)BP 使用多阈值检测器 r%iFsV_ qnWM %k 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: K{`R`SXD _`^AgRE
Z[]8X@IPe ~tRGw^<9 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。 >$-YNZA 由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 ePJ_O~c ]$9y7Bhj.
p8)R#QWz9 IpSWg 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 :b %2qBv p=E#!cn3
!vpXXI4 @H4]Gp ] 或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 *)
T"-}F 这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: gC iM\Qx 表2:基于阈值振幅的输入和输出 [+R_3'aK :#?_4D!r 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。 W}3%BWn 图8. M-ary Threshold Detector参数 dW!El^w} Cojs;`3iF: DQP!e6Of 图9. DPSK脉冲生成器和检测器 5XB]p|YU~s >JsVIfAF 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。 8]b;l; W5 A s}L=2 增加正交调制 Q3&DA1b` DbFe;3 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。 m;>G]Sbe 图10. DPSK发射器 n^l*oEl "a~r'+'< 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 $%"hhju ,Zb 观察到信号的中心频率为调制频率为550 MHz,模拟带宽由全局参数采样率(1.944 GHz / 2 = 972 MHz)的半值定义。 这意味着如果要增加模拟带宽以适应更高的调制频率(> 900 MHz),则应在全局参数窗口中更改每比特采样数。 Ay 4P_>^ k+P3z&e 加正交解调 -qaO$M^Q ]cS(2hP7 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。 a:UkVK]MP 图12. DPSK发送与接收器 )AR-b8..o Tsb}\ 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。 T8|?mVv s
_a& Z$2O ]a&riPh" X`WS&!C< 正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 |? fAe{*
V59!}kel1% 图13. 同相和正交相位多进制解调信号 eWex/ m x4wTQ$*1 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。 r*$f^T!| 图12所示的布局是一个完整的8 DPSK发射器和接收器项目。 您可以使用该项目作为其他类型调制的起点,如QAM和OQPSK。 有关软件中可用的不同类型调制的说明,请参阅OptiSystem组件库文档。 26k~Z} UYJ>L 使用调制器库以节省设计时间 f"*4R
kG 71P. 9Iz 以前的发射机设计需要多个组件对信号进行编码,产生多进制脉冲,并最终调制信号。现在您可以使用包括编码器和脉冲发生器的脉冲发生器库中的组件,或者使用包括脉冲生成器和正交调制器的调制器库中的组件。 F
{L# 在先前的布局(图12)中,删除DPSK序列发生器,M元脉冲发生器和正交调制器以及连接到它们的观察仪。 >]gB@tn[ 图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器 t1mG] \ctzv``/n 正如你所看到的,通过使用DPSK调制器代替多个组件,系统的设计比图12更快。另一方面,在设计数字调制发射器时,您无法访问所有的内部信号,这有助于您进行测试并理解设计过程中会遇到的挑战。 cl]W]^q-Cx >yP>]r+ 绘制多进制信号眼图 ':_gYA mk!8>XvM OptiSystem可以绘制和估计级两(二进制)信号的光学系统的BER。 当使用多进制信号时,您无法直接估计BER值,但您仍然可以绘制眼图。 cl&?'`
) 图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 dJnKa]X RfD#/G3| 图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 o&@ y^<UQ VWK/(>TP 在这个例子中,我们添加了眼图工具来绘制正交调制器输出上的多进制同相信号。 rKslgZhQ wA/!A$v( m,q)lbRl 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。 V(0Y 图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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