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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。 $e7%>*?m  
P|$n   
在创建一个项目之前,需要使用OptiSystem定义全局参数。 l1DJ<I2  
;kk[x8$  
图1. DPSK发射器全局参数
nwKp8mfP  
创建一个项目 *O~y6|U?  
S9Yzvq!(  
设置全局参数后,我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。 $lf/Mg_H  
CsA(oX  
下一步是设置参数并连接组件。 在这个设计中,对于DPSK序列发生器组件,我们将使用图2中给出的参数。其他组件参数将使用其默认值。 )tI^2p{  
j*?8w(!  
图2. DPSK Sequence Generator组件参数
^:{8z;w!(  
组件和观察仪应根据图3进行连接。 Q /4-7  
该布局相当于DPSK脉冲发生器。 请参阅OptiSystem项目文件: T(?w}i  
“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd” -K =.A* }  
 O>]i?  
图3. DPSK脉冲发生器
z!3=.D  
为了演示全局和DPSK参数如何影响仿真结果,我们可以运行该仿真并分析观察仪的结果。 ,^?g\&f(  
ay7\Ae]  
运行仿真 9AVj/?kmU  
,6;n[p"h|r  
要运行模拟,请执行以下步骤。 %@Gy<t,  
_HHvL=  
I2$DlEke  
1,+<|c)T?  
查看模拟结果 ^^"zjl*^  
BrE#.g Jq  
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。 e^O:I  
LRu,_2"  
YQN:&Cls  
!~vK[G(R  
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。 2@ZVEN  
P! +Gwm{  
;Yee0O!d4  
图4.8位DPSK调制星座图(每码元3比特)
k5Cy/gR  
5VTVx1P[8  
对于DPSK,有5个可能的值: ruGJZAhIA^  
-orRmn6}  
\.mVLLtG  
e n~m)r3&  
对于I和Q信号(见图5) wPM>-F  
6AJk6 W^Z  
  
图5.同相和正交相位多进制信号
%JE>Z]  
使用DPSK Sequence Decoder t <` As6}  
IrL%0&*hS  
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。 6NX#=A  
(BLxK)0<"  
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。 r5~ W/eE  
[L+*pW+$\.  
图6. 测试DPSK序列编码与解码
fG'~@'P~  
我们可以看到,两个示波器的电信号是相同的,因为我们编码,然后解码的是相同的二进制信号。如图7所示。 5K1cPU~o_b  
?2&= +QaT  
图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号
3Tu]-.  
使用多阈值检测器 lk 1\|Q I  
J~5V7B  
下一步是使用多阈值检测器检测I和Q电信号。 通过使用阈值检测器,我们可以恢复原始的DPSK序列,然后将序列解码为原始的二进制信号。 您可以使用图3中的系统和图6中的组件。但是,您将需要一个添加一个组件: F `o9GLxM}  
U)8yd,qG[%  
t\ oud{Cv  
> mO*.'Gm  
主要的挑战是在阈值检测器组件中设置阈值和输出幅度值。 VH]}{i"`  
由于我们知道这是一个8 DPSK,输出振幅应该是 d MR?pbD  
R#hy2kA  
_dm0*T ?  
< 9,h!  
检测器将要求阈值来评估输入信号以确定等效输出电平,假设输入值与输出值相同(图8),我们将根据信号输入设置阈值 )9`HO?   
i=#`7pt%'a  
~".@mubt1$  
cRf F!EV  
或等效数值: - 0.85,-0.353,0.353和0.85。 6 ^3RfF^W  
这些值将用于输入信号与阈值之间的比较: [bHm-X]  
^Ye(b7Gd  
表2:基于阈值振幅的输入和输出 sg7h&<Xx  
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。 9\.0v{&v  
N-upNuv  
图8. M-ary Threshold Detector参数
c7r( &h  
jl P*RX  
!-OZ/^l|O`  
图9. DPSK脉冲生成器和检测器
.JLJ(WM  
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。 h]s6)tI I  
f8lyH'z0 @  
增加正交调制 O(W"QY  
ndLEIqOY  
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。 7.Y;nem:(  
veq3t$sj  
图10. DPSK发射器 +JtKVF  
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)。 UH>~Y N  
图11.DPSK发射器输出 MOQ6&C`7q  
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。 89:nF#  
`'s_5Ek  
加正交解调 qIuo8o}  
iXm&\.%  
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。 z]N#.utQ  
mj'~-$5T  
图12. DPSK发送与接收器 nKGQU,C  
对于正交解调器,频率参数因与发射器载波频率一样。为了正确地形成和缩放输出信号,阈值频率因此需要再次进行调整。 m .(ja  
tAN!LI+w  
eWDXV-xD  
anW['!T9{s  
正交解调器的输出信号如图13所示,信号与图5中的信号基本相同,但是它们由正交解调器低通滤波器时会出现失真。 如果在发射器和接收机之间添加一个信道,信号可能会有附加的失真和噪声。 ^}~Q(ji7  
4N,[Gs<7  
)L9eLxI  
图13. 同相和正交相位多进制解调信号
myA;Y  
下一步是比较发射机和接收机的二进制信号。 如果系统参数正确,则应该具有与图7中相同的结果。 g*b`o87PI  
图12所示的布局是一个完整的8 DPSK发射器和接收器项目。 您可以使用该项目作为其他类型调制的起点,如QAM和OQPSK。 有关软件中可用的不同类型调制的说明,请参阅OptiSystem组件库文档。 xH2'PEjFM  
6c]4(%8  
使用调制器库以节省设计时间 #[M^Q h  
:'bZ:J>f  
以前的发射机设计需要多个组件对信号进行编码,产生多进制脉冲,并最终调制信号。现在您可以使用包括编码器和脉冲发生器的脉冲发生器库中的组件,或者使用包括脉冲生成器和正交调制器的调制器库中的组件。 aaU4Jl?L  
在先前的布局(图12)中,删除DPSK序列发生器,M元脉冲发生器和正交调制器以及连接到它们的观察仪。 K uwhA-IL  
}SWfP5D@  
图14. DPSK发射器(使用DPSK调制器)和接收器
01@ WU1IN  
正如你所看到的,通过使用DPSK调制器代替多个组件,系统的设计比图12更快。另一方面,在设计数字调制发射器时,您无法访问所有的内部信号,这有助于您进行测试并理解设计过程中会遇到的挑战。 TQO|C?  
8)8~c@  
绘制多进制信号眼图 ` 1+*-g^r  
.eIs$  
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。 !LH;K  
*N$XQ{o  
图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数 E}4{{{r  
6k0Awcr  
图16. DPSK系统,包括生成眼图的组件 7kV$O(4  
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。 #D_Ti%.^}  
P\Qvj7_  
S=P}Jpq?Y;  
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。 c<_1o!68  
PFpFqJ)Cs"  
图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图
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