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infotek 2025-07-09 07:55

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。 8A^jD(|  
1@^Ek8C  
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 RP,:[}mPl  
5!F\h'E  
图1. DPSK发射器全局参数
^8NLe9~p3?  
创建一个项目 F|?'9s*;6G  
kAN;S<jSE  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 O R<"LTCL  
pzq; vMr  
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`XG_s5  
MJ*]fC3/  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
<D!c ~*[  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 T5S g2a1&  
该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: a-5HIY5  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” g[s\~MF@s  
) p<fL  
图3. DPSK脉冲发生器
-nk#d%a\  
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。 3XwU6M$5g  
*el(+ib%  
运行仿真 ~#"7,rQp  
*i?rJH  
要运行模拟,请执行以下步骤。 m0 j|58~  
cc41b*ci$  
r|^lt7\  
C~{NKMeC/m  
查看模拟结果 TTZ['HP oI  
_7lt(f[S  
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。 Wk`bb!P_  
U.RW4df%E  
hu P^2*c  
3zB|!p C6s  
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。 9K;k%  
hG3m7ht  
]D LZ&5pv  
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
U['JFLF  
L/q]QgCoA  
对于DPSK,有5个可能的值: ZU-4})7uSB  
JG@L5f  
EWb(uWC8h  
4<T*i{[  
对于I和Q信号(见图5) 'u(=eJ@1  
Ak5[PBbW  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
eQU-&-wt0  
使用DPSK Sequence Decoder -,QKTxwo>  
\ fK47oV  
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。 ZD5I5  
#)^^_  
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。 =Kc|C~g  
,< @,gZru  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
L#`2.nU  
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。 7 9Qc`3a  
&|Lh38s@$#  
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
^W Y8-6  
使用多阈值检测器 |XKOXa3.  
(9mbF%b  
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: 6FL?4>MZ  
R=-+YBw7/  
#V.ZdLo(  
|7 &|>  
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。 q&zny2])  
由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 MV:W@)rg  
>=if8t!  
wgY6D!Y   
TC qkm^xv  
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 tg~A}1o`0  
Wrmgu}q  
UTZ776`S&X  
Q  |  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 $hh+0hs  
这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: Y!SE;N&  
}>2t&+v+  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 XZ.7c{B<  
此外,参数参考比特率应与多级信号比特率一致,这是二进制序列的原始比特率除以每个码元的比特数:全局比特率/ 3。图8为两个检测器的参数。 C<_ Urnmn  
JXH",""bq  
图8. M-ary Threshold Detector参数
@-0Fe9 n=  
\B_i$<Sz  
'KH lrmnr  
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
cZqfz  
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。 LU%#mY  
-*?p F_*w  
增加正交调制 n_v02vFAHT  
Te# ]Cn|  
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。 & x`&03X  
+A@m9  
图10. DPSK发射器 hjkLVL  
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)。 zm> >} 5R  
图11.DPSK发射器输出 9I85EcT^4"  
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。 >-b&v$  
 Nj+a2[  
加正交解调 wfE^Sb3  
13H;p[$  
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。 tww=~!  
4sTMgBzw  
图12. DPSK发送与接收器 {@3z\wMK$  
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。 Z:!IX^q;}n  
:$Q`>k7A  
*ot> WVB  
+p9- .YM  
正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 8) HBh7/  
P$g^vS+  
]Ko^G_Rm  
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
\wYc1M@7V  
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。 0LdJZP  
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。 k@yh+v5  
LT/mb2  
使用调制器库以节省设计时间 vB.l0!c\e_  
=J](.78  
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。 &:<, c12  
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。 &=X.*H%  
H(b)aw^(%  
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
5Tedo~v  
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。 eeM?]J-  
}Al YNEY  
绘制多进制信号眼图 'S*k_vuN  
A{N\)  
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。 V7EQ4Om:It  
M*w'1fT  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 )qv2)a!H  
ziiwxx_  
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 L_Q S0_1  
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。 X3',vey  
`PgdJrE  
ZIDbqQu  
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。 Or8kp/d  
L0L2Ns  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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