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infotek 2023-02-01 08:27

OptiSystem应用:数字调制-DPSK

=o_d2 Ak  
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。 c1CP1 2  
/43DR;4  
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 8+ B.x  
图1. DPSK发射器全局参数
P}&7G-  
N!"GwH  
创建一个项目 \p@,+ -gX  
rgIJ]vmy<H  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 8o4<F%ot  
v[r:1T@  
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。  mbd  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
,A =%!p+  
V>A@Sw  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 * 2T&pX  
    该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: N iNZh;  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” G5=(3V%  
图3. DPSK脉冲发生器
^lRXc.c z  
9qQ_#$Vv  
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。 W3*WR,z  
Ax0u \(p<^  
运行仿真 Qh/yPOSm:  
+#1WOQfAD  
要运行模拟,请执行以下步骤。 Wz:MPdz3(  
)@1_Dm@0b  
vCbqZdy?  
0NpxqeIDY  
查看模拟结果 f>ED  
gA2\c5F<  
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。 A+Y>1-=JO  
bU2)pD!N  
N;-+)=M,rf  
3Eiy/  
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。 6$)Yqg`X  
_=q)lt-UY  
    
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
4^70r9hV9  
[ "J  
X-oou'4<  
对于DPSK,有5个可能的值: xC<OFpI\  
rI; e!EW  
MV9{>xX  
NqhRJa63  
对于I和Q信号(见图5) WF*2^iWJ  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
@WBy:gV"  
|;rjr_I  
使用DPSK Sequence Decoder RU_=VB %  
     wGnjuIR  
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。 A8c'CMEm  
rm3 ~]  
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。 f} } Bb8  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
]Z<{ ~  
uZmfvMr3  
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。 x*BfRj  
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
lOd[8|/  
':o.vQdJ  
使用多阈值检测器 x3wyIio*  
JkQ4'$:  
下一步是使用多阈值检测器检测I和Q电信号。 通过使用阈值检测器,我们可以恢复原始的DPSK序列,然后将序列解码为原始的二进制信号。 您可以使用图3中的系统和图6中的组件。但是,您将需要一个添加一个组件: Q(V c/  
z?j~ 2K<4  
BR5$;-7W  
6],5X^*Y  
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。 5IdmKP|  
    由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 Sm+Ek@Ax  
\vFkhm  
2$[u&__E  
     VD36ce9  
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 Sb!{|]  
n2(~r 'r)  
wF@qBDxg  
{r'#(\  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 Pb]s+1  
    这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: 1|z>} xP  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 Gtg; 6&2  
?F?!QrL  
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。 "=yaeEp  
图8. M-ary Threshold Detector参数
ub,Sj{Mq"  
NwT3e&u%|  
    
J,{sRb%  
    
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
|!57Z4X  
InPq1AH  
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。 Q6.},o  
s`H}NjWx  
增加正交调制 <bGSr23*  
=H!u4  
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。 I"T_<  
图10. DPSK发射器 H~||]_q|  
X*%KR4`  
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 FE$)[w,m  
Qs;bVlp!H  
观察到信号的中心频率为调制频率为550 MHz,模拟带宽由全局参数采样率(1.944 GHz / 2 = 972 MHz)的半值定义。 这意味着如果要增加模拟带宽以适应更高的调制频率(> 900 MHz),则应在全局参数窗口中更改每比特采样数。 YM1@B`yWE  
/7P4[~vw  
加正交解调 -I4@` V  
EkOBI[`  
我们已经知道如何编码,解码和调制DPSK信号; 现在我们可以使用正交解调来解调DPSK信号。 =C<_rBY  
图12. DPSK发送与接收器 gfih;i.pY  
!\?? [1_e  
对于正交解调器,频率参数因与发射器载波频率一样。为了正确地形成和缩放输出信号,阈值频率因此需要再次进行调整。 W J^r~*r  
RE *UIh*O  
2,NQ(c_c$  
Bz7T1B&to  
    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。 'H*S-d6V  
%G\rL.H|  
    
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
Du[$6  
8Jxo;Y  
下一步是比较发射机和接收机的二进制信号。 如果系统参数正确,则应该具有与图7中相同的结果。 BhdJ/C^  
    图12所示的布局是一个完整的8 DPSK发射器和接收器项目。 您可以使用该项目作为其他类型调制的起点,如QAM和OQPSK。 有关软件中可用的不同类型调制的说明,请参阅OptiSystem组件库文档。 M@s2T|bQw  
L6 hTz'  
使用调制器库以节省设计时间 f&{2G2 O%  
W~dS8B=<  
以前的发射机设计需要多个组件对信号进行编码,产生多进制脉冲,并最终调制信号。现在您可以使用包括编码器和脉冲发生器的脉冲发生器库中的组件,或者使用包括脉冲生成器和正交调制器的调制器库中的组件。 }v@w(*)h:  
    在先前的布局(图12)中,删除DPSK序列发生器,M元脉冲发生器和正交调制器以及连接到它们的观察仪。 aSKI %<?xN  
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
`sJkOEc`  
;'R{b$B;|  
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。 ` [@ F3x  
P) GBuW  
绘制多进制信号眼图 g4I(uEJk  
rf]]I#C7  
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。 ,}`II|.oB  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 8BLtTpu  
^aXyho  
    
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 H$;K(,'  
}2V|B4  
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。 HtmJIH:  
dbE $T  
     /-G;#Wm  
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。 )Hl;9  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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