OptiSystem应用：数字调制-DPSK

news2026/5/5 0:57:12

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。在创建一个项目之前需要使用OptiSystem定义全局参数。图1. DPSK发射器全局参数创建一个项目设置全局参数后我们可以开始添加组件来设计DPSK发射器。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。图2. DPSK Sequence Generator组件参数组件和观察仪应根据图3进行连接。该布局相当于DPSK脉冲发生器。请参阅OptiSystem项目文件“DPSK Step 1 – Pulse Generator.osd”图3. DPSK脉冲发生器为了演示全局和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。运行仿真要运行模拟请执行以下步骤。查看模拟结果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。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。图4.8位DPSK调制星座图每码元3比特对于DPSK有5个可能的值对于I和Q信号见图5图5.同相和正交相位多进制信号使用DPSK Sequence Decoder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。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。图6. 测试DPSK序列编码与解码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。图7. 经过DPSK编码/解码后的电信号使用多阈值检测器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。由于我们知道这是一个8 DPSK输出振幅应该是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或等效数值 - 0.85-0.3530.353和0.85。这些值将用于输入信号与阈值之间的比较表2基于阈值振幅的输入和输出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。图8. M-ary Threshold Detector参数图9. DPSK脉冲生成器和检测器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。增加正交调制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。图10. DPSK发射器这是建立我们的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。加正交解调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。图12. DPSK发送与接收器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。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。图13. 同相和正交相位多进制解调信号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。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。使用调制器库以节省设计时间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。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。图14. DPSK发射器使用DPSK调制器和接收器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。绘制多进制信号眼图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。图15. PRBS生成器来生成多进制眼图的参数图16. DPSK系统包括生成眼图的组件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。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。图17. 8DPSK系统在接收器上的眼图

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