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    [技术]OptiSystem应用:数字调制-DPSK [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-02-01
    G<CD 4:V  
    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。 {y"Kn'1  
    Ic'D# m  
    在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数 5iw\F!op:  
    图1. DPSK发射器全局参数
    ^(q .f=I!a  
    -HF?1c  
    创建一个项目 /4;mjE  
    <V^o.4mOg>  
    设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 zZMKgFR@  
    WO>,=^zPJ  
    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。 :W)lt28_  
    图2. DPSK Sequence Generator组件参数
    "09v6Tx  
    [A~?V.G  
    组件和观察仪应根据图3进行连接。 kX L0  
        该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: mZiKA-t  
    “DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” =X'[r  
    图3. DPSK脉冲发生器
    k+"];  
    oXZWg~&l^  
    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。 o33t~@RX  
    vv)q&,<c  
    运行仿真 `oMZ9Gq2E  
    zfop-qDOc  
    要运行模拟,请执行以下步骤。 t^&hG7L_m,  
    .s\lfBo9  
    H^'%$F?Ss  
    1tY+0R  
    查看模拟结果 oaj.5hM  
    >a975R*g  
    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。 #H6YI3 `G  
    |Ua);B~F  
    o}=*E  
    -3ePCAtXbe  
    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。 |OLXb+ 7X  
    ;=joQWNDm  
        
    图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
    u.A}&'H  
    6"_pCkn;c<  
    ;8<HB1 &,  
    对于DPSK,有5个可能的值: ?n# $y@U  
    ]U#of O  
    s/ABT.ZO  
    +o@:8!IM1  
    对于I和Q信号(见图5) w7` pbcY,  
      
    图5.同相和正交相位多进制信号
    4M%|N  
    t;+b*S6D  
    使用DPSK Sequence Decoder p"P+8"`  
         [Q:mq=<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。 - "zW"v)\  
    ;%0kzIvP  
    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。 ;39b.v\^  
    图6. 测试DPSK序列编码与解码
    #6a!OQj  
    -0xo6'mD  
    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。 ^/2HH  
    图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
    |*48J1:1y  
    J<L\IP?%  
    使用多阈值检测器 I Tl>HlS  
    GPni%P#a@0  
    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: .,6o):  
    8Vz!zYl  
    kxJs4BY0  
    <b'*GBw$  
    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。 X> 98`  
        由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 <}RD]Sc$1  
    z#Qe$`4&  
    _<]0hC  
         (Zx--2lc  
    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 lV:feX  
    #do%u"q  
    ..Dm@m}  
    13 h,V]ak  
    或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 #9s)fR  
        这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: -J=6)  
    表2:基于阈值振幅的输入和输出 %h(%M'm?  
    :Z/\U*6~  
    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。 <V)z{uK  
    图8. M-ary Threshold Detector参数
    9BP'[SM%),  
    t ]Ln(r  
        
    c|3oa"6T>  
        
    图9. DPSK脉冲生成器和检测器
    02J(*_o  
    /":/DwI'   
    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._E$y,5  
    ]@21KO  
    增加正交调制  6p@[U>`  
    (`slC~"  
    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。 vCej( ))  
    图10. DPSK发射器 J|hVD  
    x0)=jp '  
    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 tq,^!RSbZ  
    wEq&O|Vj  
    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。 g?|Z/eVJ  
    SFh<>J^ 0a  
    加正交解调 mW{uChHP  
    @"h4S*U  
    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。 iVnMn1h  
    图12. DPSK发送与接收器 lO|LvJyx  
    "6IZf>N@#  
    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&?4<-@6\p  
    y|+5R5}K  
    g||EjCsp  
    o "0 ~  
        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。 b 1.S21  
    LN (\B:wAY  
        
    图13. 同相和正交相位多进制解调信号
    T^MY w  
    wQhuU  
    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。 WJ-.?   
        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。 h}'Hst  
    *tT}N@<%  
    使用调制器库以节省设计时间 doTbol?+  
    JFc, f  
    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。 ud(0}[  
        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。 VJw7defc  
    图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
    )c*xKij  
     wT19m  
    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。 SJX9oVJeZ  
    ceJ#>Rj  
    绘制多进制信号眼图 <K&A/Ue  
    EKcPJ\7  
    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。 W tw,YFT  
    图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 At[Q0'jkc  
    Q|+ a   
        
    图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 j 7:r8? G  
    V:j^!*  
    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。 55ec23m  
    k7@QFw4 j  
         ha;fxM]  
    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。 @",#'eC"  
    图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
     
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