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infotek 2024-08-29 07:52

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。 (N6i4 g6  
\ZFGw&yN  
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 k,6f &#x  
图1. DPSK发射器全局参数
G6P?2@  
.V/Rfq  
创建一个项目 ^ogt+6c  
Gr'  CtO  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 :{v#'U/^  
D,*3w'X!K  
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。 85$m[+md  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
{X+3;&@  
]NY~2jmX  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 KeB"D!={;  
该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: n1t*sk/J  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” G@\1E+Ip  
图3. DPSK脉冲发生器
%6,SKg p  
'~<m~UXvD#  
为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。 d#Y^>"|$.  
LVfF[  
运行仿真 qPK*%Q<;  
KnQ*vM*VM  
要运行模拟,请执行以下步骤。 3?9IJ5p  
RDi]2  
&MQmu,4  
`/XY>T}-  
查看模拟结果 8 &LQzwa  
Su7?;Oh/yI  
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。 ~O0 $Suv  
7M!I8C0!aO  
i2Qz4 $z  
nI-w}NQ  
您应该看到星座图分别显示了X轴和Y轴上的同相和正交相位。 图4给出了仿真结果。对于DPSK调制,这是一个众所周知的结果,每个符号使用3位,无相移-8 DPSK。但是我们只是模拟64位,这不是所有的8 DPSK的组合。 Nq[uoaT  
<tNBxa$gS  
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
oy=js -  
.CABH,Po:  
Y'S%O/$  
对于DPSK,有5个可能的值: ,t?B+$E  
^z IW+:  
&\WSQmtto  
9gDkTYkj  
对于I和Q信号(见图5) 2B[X,rL.pX  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
?m}s4a  
m)t;9J5  
使用DPSK Sequence Decoder :Zbg9`d*  
XB^'K2  
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。 wj^3N7_:w  
A@[o;H}XP  
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。 8,4"uuI  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
mb TEp*H  
rdP[<Y9  
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。 -`kW&I0  
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
E)5\i-n  
qZtzO2Mt  
使用多阈值检测器 N=5a54!/  
DS(}<HK{  
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: qFCOUl  
$aDVG})  
*=/ { HvJ  
{9&;Q|D z  
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。 (z {#Eq4  
由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 9}!qR|l3nR  
/tx]5`#@7]  
Eex~xiiV  
%+W{iu[|  
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 \O3m9,a   
ICx#{q@f,  
eCU:Q  
ifMRryN4  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 S"bg9o  
这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: o4F2%0gJ  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 a od-3"7[  
~*&H$6NJS  
此外,参数参考比特率应与多级信号比特率一致,这是二进制序列的原始比特率除以每个码元的比特数:全局比特率/ 3。图8为两个检测器的参数。 -8ywO"6  
图8. M-ary Threshold Detector参数
jKAEm  
bQg:zww  
~?Qe?hB  
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
jjB~G^n  
OhQgF  
运行仿真后,您将看到二进制源和解码器输出上的示波器的结果相同(与图7结果相似)。 如果您没有合适的全局序列长度值,例如512bits,则图形将不同。 n`?aC|P2s  
gZ3u=uME  
增加正交调制 ah4N|zJ>v  
<s31W3<v  
我们已经知道如何对DPSK信号进行编码和解码; 现在我们可以使用正交调制来调制多进制信号。 p?%y82E  
图10. DPSK发射器 Olt?~}  
mA}TJz  
这是建立我们的DPSK发射器的最后一步,现在运行仿真并观察信号输出的频谱(图11)。
图11.DPSK发射器输出 ~tS Z%q  
.=7vI$ujd  
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。 ^+>laOzC`8  
i4Q@K,$  
加正交解调 V5nwu#  
T"}5}6rSG  
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。 O_ muD\  
图12. DPSK发送与接收器 7?!d^$B  
9]([\%)  
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。 "yy5F>0Wt  
;C9_?u~#  
$Ps|HN  
{ =9,n\85#  
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。  twHVv  
iJ)_RSFK  
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
I3{PZhU.  
Fh&G;aEq  
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。 !7O+ogL  
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^)Eb(4  
Z!a =dnwHz  
使用调制器库以节省设计时间 1APe=tJ  
GE:vp>>}`  
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。 W s3)gvpPA  
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。 xf\C|@i  
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
}1L4 "}L.  
hlvK5Z   
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。 ) yi E@ X  
oz\!V*CtK  
绘制多进制信号眼图 q5J5>  
,a{P4Bq  
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。 8rAg \H3E  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 > ym,{EHK  
A_"w^E{P  
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 b"<liGh"n-  
T8?Ghbn  
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。 6fE7W>la  
58}U^IW  
XFVE>/H  
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。 f <Zxz9  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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