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infotek 2023-02-01 08:27

OptiSystem应用:数字调制-DPSK

%rVC3}  
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。 EjLj5Z/q  
z zL@3/<j  
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 :f (UZmV$  
图1. DPSK发射器全局参数
-'btKz*9  
b:Oa4vBa  
创建一个项目 +{Yd\{9  
Pe[~kog,TP  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 c!l=09a~a+  
]5W|^%  
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。 5X>b(`  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
c?oNKqPzg  
) jBPt&  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 ^eke,,~  
    该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: 0~{jgN~  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” p^PAbCP'|3  
图3. DPSK脉冲发生器
`tKrTq>  
9xL8 ];-  
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。 0OLE/T<Xv  
Rn6;@Cw  
运行仿真 yT<6b)&*&  
guJS;VC6U  
要运行模拟,请执行以下步骤。  =`fJ  
?,8|K B  
\x D.rBbt  
'J(rIH3U  
查看模拟结果 AA[(rw  
4D(5WJ&  
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。 ]6)^+(zU  
4^h_n1 A  
{&Kck>C'  
NzB"u+jB  
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。  A.nU8   
zzlV((8 ~  
    
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
67Z@Hg  
;"/[gFD5u  
"b)Y5[nW  
对于DPSK,有5个可能的值: .bcoH  
TC7&IqT  
1b*Me'  
t5 :4'%|  
对于I和Q信号(见图5) rH@ {[~p  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
2JY]$$K7  
La&?0PA  
使用DPSK Sequence Decoder B!:%^S  
     kY d'6+m  
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。 N<&"_jzm  
tf?syk+jB7  
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;os\8JdM  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
B",5"'id  
CG@3z@*?.  
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。 d.wu   
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
uL!QeY>k\  
(I(?oCQ  
使用多阈值检测器 1+wmR4o  
e5\/:HpI  
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:  6/u]r  
S#km`N`  
Ht >5R  
-*`7Q'}%  
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。 / =]h@m-`  
    由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 NX wthc3  
']Q4SB"q  
H&$L1CrdL  
     mab921-n  
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)+nNqY|  
e:W]B)0/e  
O9%`G  
^qB a~  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 0j{Rsy   
    这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: ^,W;dM2  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 is?#wrV=K  
v)+E!"R3.  
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。 <Wd#HKIG>l  
图8. M-ary Threshold Detector参数
<V[Qs3uo(  
NUSb7<s,&Y  
    
@4)NxdOE  
    
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
g=G>4Ua3  
&m{SWV+   
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。 }%^N9AA8  
z@za9U`6i  
增加正交调制 @k+&89@G  
\kN?7b^  
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。 \zCw&#D0Z  
图10. DPSK发射器 h7 r *5E  
P8& BtA  
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 gc<w nm|  
<8J_[ S  
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。 [P:+n7= ,l  
y$Nqw9  
加正交解调 #BLx +mLq  
%P8*Az&]T  
我们已经知道如何编码,解码和调制DPSK信号; 现在我们可以使用正交解调来解调DPSK信号。 e4h9rF{Cxn  
图12. DPSK发送与接收器 LyRbD$m  
;!~&-I0l  
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。 G'#f*) f  
\\R$C  
}Qu kn  
7.mYzl-F(  
    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。 =Ch^;Wyt  
2gasH11M  
    
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
}xa~U,#5  
=)c^ik%F&  
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。 twWzS 4;  
    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。 'w$jVX/  
MlKSjKl" !  
使用调制器库以节省设计时间 \rpXG9  
n^lr7(!6  
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。 y2`},  
    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。 f>CJ1 ;][{  
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
GQH15_  
[d?tf  
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。 ;:PxWm|_  
zJ*(G_H  
绘制多进制信号眼图 /R(]hmW  
0h-'TJg*sk  
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。 L*#W?WMM v  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 Ga]\~31NE  
_ ?o>i/  
    
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 x DiGN Jc  
A8X3|<n=  
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。 \1ncr4  
Oq9E$0JW  
     X,A]<$ACu%  
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。 71+ bn  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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