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。 NxK.q)tj6 _25PyG 在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 9]tW; ? O]F(vHK\
图1. DPSK发射器全局参数 &fkH\o7) 创建一个项目 ]lE5^<<
[<f9EeziB 设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 `7V1 F.\ 61HJ% 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。 Fy.!amXu puEu)m^
图2. DPSK Sequence Generator组件参数 c@4$)68 组件和观察仪应根据图3进行连接。 )QnsRW{D" 该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: #X'su`+ “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” 20J-VN: -ntQqHs
图3. DPSK脉冲发生器 :inVwc 为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。 j[t2Bp ~rAcT6# 运行仿真 ;vpq0t` +#X+QG 要运行模拟,请执行以下步骤。 7v.O Lp x&EMg!
b 1."mT!p ~=otdJ 查看模拟结果 cN\_1 #}tdA(
- 运行计算后,我们可以分析观察仪的结果。 要显示观察仪的结果,请执行以下操作。 CWd
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TKEcbGhy Rdj^k^V+a1 您应该看到星座图分别显示了X轴和Y轴上的同相和正交相位。 图4给出了仿真结果。对于DPSK调制,这是一个众所周知的结果,每个符号使用3位,无相移-8 DPSK。但是我们只是模拟64位,这不是所有的8 DPSK的组合。 AkO-PL E2S#REB4 Ou
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图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特) \3F)M`g xz+;1JAL3 对于DPSK,有5个可能的值: y4&x`|tv 87+u`~
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$&vjC 对于I和Q信号(见图5) 6hXh;-U -7Kstc-
图5.同相和正交相位多进制信号 !y2yS/ 使用DPSK Sequence Decoder V*@&<x"E 3rLc\rK 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。 <0jM07\< ;^)4u 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。 xa{.hp? swLNNA.
图6. 测试DPSK序列编码与解码 wx2 z 9Q 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。 h]VC<BD6S _u~`RlA
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号 ?]TtUoY=)F 使用多阈值检测器
\vW'\} v|3mbApv 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: ,}Im^~5 ]^@m $O
v.g Ai6 7sVO?:bj} 主要的挑战是在阈值检测器组件中设置阈值和输出幅度值。 kn&BGYt 由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 Qv8 =CnuOT V.ae 5@;
H8Z|gq1r E*+]Iq1u 检测器将要求阈值来评估输入信号以确定等效输出电平,假设输入值与输出值相同(图8),我们将根据信号输入设置阈值 )31xl6@ F C=N}5u
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"'h0D /d$kz&aIV 或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 5R1?jlm 这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: ~cfvL*~5 SzUH6|=.R=
表2:基于阈值振幅的输入和输出 ;g<y{o"Q3p 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。 ^r{N^ 5/HkhTyj
图8. M-ary Threshold Detector参数 ]BmnE#n&
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图9. DPSK脉冲生成器和检测器 W"tGCnd 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。 m;>:mwU >h(GmR*xM 增加正交调制 }CrWmJu0 LvL2[xh%& 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。 !0v3Lu~j 6O*lZNN
图10. DPSK发射器 NezE]'} 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)。 `SS[[FT$>
图11.DPSK发射器输出 !H6X%hlk 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'uGB fE. ! 'Hd:oD< 加正交解调 &(|x-OT NA#,q 8 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。 Ghar
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图12. DPSK发送与接收器 65rf=*kz: 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。 ?&VKZSo
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qJp IL"N_ux~w~ 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。 "2PT]! oZi{v]4 O! _d5r&,
图13. 同相和正交相位多进制解调信号 akWOE}5# 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。 A}_pJH 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。 OLqynY gE8>o:6)6: 使用调制器库以节省设计时间 Nc?'}, :b;`.`@KL_ 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。 4"\%/kG 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。 D4~]:@v~n Hv%$6,/ *v
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器 t8*NldC 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。 &+yoPF 4AKPS&k; 绘制多进制信号眼图 uhB
V)Qg kX+98?h-C 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。 \(r$f!` \=o0MR
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 r4b-.>w #RHt;SFx
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 >G As&\4hs 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。 <*oV-A 8fPTxvXqL xT!<x({ 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。 @7{.err! s5)y%,E
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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