|
引言在光通信領域,先進的調(diào)制技術對提高數(shù)據(jù)傳輸效率和可靠性起著關鍵作用。本文將重點介紹兩種重要的調(diào)制方法:4D PS-QPSK(四維偏振切換正交相移鍵控)和2D PDM-QPSK(二維偏振分集多路復用正交相移鍵控)。我們將探討這些技術的原理、實現(xiàn)方法和性能特征,為讀者提供全面的了解。這些技術的研究對光電聯(lián)合仿真具有重要意義。
* i# ^5 ~7 A! I& H
' t9 f2 l" `, F6 S7 a
v33l2jp1vqg6407737249.png (281.39 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
v33l2jp1vqg6407737249.png
2024-9-8 13:48 上傳
& d- V c- X8 f9 R圖1:展示了在 pSim Plus 中自帶的 pLogic 原理圖工具中設計 4D PS-QPSK 以及 2D PDM-QPSK線路圖并隨后利用 pSim Plus 光電融合仿真工具進行仿真。% S7 Y5 t6 c& w# p+ _' j% P! P
2 C4 r, _/ d2 U4 Y4D PS-QPSK:提高頻譜效率和抗噪聲能力
! C1 s. x" h' c. Q4D PS-QPSK是先進的調(diào)制技術,旨在提高數(shù)字通信系統(tǒng)的頻譜效率和抗噪聲能力。該方法利用四維空間進行數(shù)據(jù)符號映射,結合兩個正交偏振狀態(tài)(X和Y)和兩個相位(I和Q)。% g Y9 n- G* J5 r$ b- y" P
1 L& N- I( t; U) w' A調(diào)制方法4D PS-QPSK技術將數(shù)據(jù)符號映射到四維空間。這個空間由兩個正交偏振狀態(tài)(X和Y)和兩個相位(同相和正交)組成。這些維度的組合使得可用信號空間得到更有效的利用,從而提高了頻譜效率。數(shù)學表示4D PS-QPSK中的傳輸信號可以用數(shù)學表達式表示為:s(t) = Ix(t) + jQx(t) + Iy(t) + jQy(t)其中:Ix(t)和Qx(t)分別表示X偏振狀態(tài)的同相和正交分量
, Y3 k" D8 Y9 k) D5 zIy(t)和Qy(t)分別表示Y偏振狀態(tài)的同相和正交分量
, X. h) w5 b- K U% f0 [3 p3 V符號映射在4D PS-QPSK中,每個數(shù)字符號被映射到相位空間中的特定點。這個點的位置決定了每個符號的相位組合,從而實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)編碼。7 d, j, i* n% I
mrt5gli1wf16407737349.png (108.37 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
mrt5gli1wf16407737349.png
2024-9-8 13:48 上傳
: ~+ Q0 N# ?: u+ b4 g0 N圖2:展示了4D PS-QPSK的符號映射,說明了數(shù)字符號如何映射到相位空間中的點。
8 Y1 v' J* H& T1 w4 j線路實現(xiàn)4D PS-QPSK的實現(xiàn)涉及幾個關鍵組件:1. 信號生成PRBS(偽隨機比特序列)生成器:產(chǎn)生偽隨機比特序列。MAP:將PRBS的比特映射到四維相位空間中的符號點。
: Q- T+ l% p1 b' a$ Z# V" ?2. 偏振復用ME(模式提取器):提取和處理不同的偏振信號。
3 L$ S7 ~9 Z+ b" E+ J$ mMPM(模式偏振復用器):將不同偏振狀態(tài)的光信號合并成單一輸出,實現(xiàn)偏振復用。" M9 ?4 V0 b3 A; _" q6 p
8 P8 i1 S' J. M7 K' g* K8 }3. 信號處理OSNR(光信噪比)控制器:通過控制光信噪比確保傳輸質量。BPF(帶通濾波器):去除不需要的頻率分量,維持信號質量。
# z- |8 f2 U- K: Q. z+ a0 J" ]4. 信號接收和分析:RxDP(雙偏振接收器):同時處理兩個正交偏振狀態(tài)的信號。BER(誤碼率)分析儀:測量誤碼率。OSC(示波器):監(jiān)測和顯示信號波形。
+ e2 Y9 q: d2 D# z* |3 w6 M5 @, Y6 t4 M2 m7 u
vaqhqnql14y6407737450.png (240.86 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
vaqhqnql14y6407737450.png
2024-9-8 13:48 上傳
* h1 M0 Y0 N1 M1 X* W+ q6 j' b% H$ v; ^圖3:展示了4D PS-QPSK實現(xiàn)的線路圖,說明了信號生成、處理和分析涉及的各種組件。
: K& q0 h- {* u4 g4 d性能分析為評估4D PS-QPSK的性能,我們可以檢查X和Y偏振的誤碼率(BER)。! h$ Z5 i! w/ S! s1 G
wahi04t05at6407737550.png (120.21 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
wahi04t05at6407737550.png
2024-9-8 13:48 上傳
1 F7 K- R- A8 l圖4:顯示了4D PS-QPSK的BER結果,X和Y偏振的BER均為0。2 k1 ^0 }+ d1 e7 o3 X/ E8 k
2D PDM-QPSK:結合偏振復用和QPSK1 Z5 [# y0 i4 A, V" q8 p7 \& F# F
2D PDM-QPSK是一種廣泛使用的光通信調(diào)制技術,將偏振分集復用(PDM)與正交相移鍵控(QPSK)相結合。該方法通過利用偏振和相位調(diào)制,提高了數(shù)據(jù)傳輸容量。. ]7 t! x# } \4 u
) z) y0 n# Y! {5 \ L調(diào)制方法QPSK:每個符號表示兩個比特,產(chǎn)生四種不同的相位狀態(tài)(0°、90°、180°、270°)。PDM:光信號被分為兩個正交偏振狀態(tài)(X和Y),使得在同一波長上可以傳輸兩個獨立的信號。1 \: W9 j4 G$ ^5 y+ Y& D
[/ol]數(shù)學表示對于每個偏振狀態(tài),QPSK符號可以表示為:s(t) = I(t) cos(ωt) + Q(t) sin(ωt)其中I(t)和Q(t)分別是同相和正交分量。
5 q0 i' I) T6 P# k I! V/ e總的PDM-QPSK信號是兩個偏振狀態(tài)信號的疊加:
# m0 E: ^" k( t1 q8 c* p) P6 |- oSPDM(t) = sX(t) + sY(t)其中sX(t)和sY(t)分別是X和Y偏振的QPSK信號。' \( j& \* D E" ~( ?% s" e
線路實現(xiàn)2D PDM-QPSK的實現(xiàn)包括以下階段:1. 數(shù)據(jù)分割PRBS:生成偽隨機比特序列。FECe(前向糾錯編碼器):在傳輸前對數(shù)據(jù)進行編碼,提高系統(tǒng)抗噪聲和干擾的能力。2. QPSK調(diào)制MAPIQ:將數(shù)字數(shù)據(jù)映射到每個偏振狀態(tài)的QPSK符號。4 \, O2 U$ S* F7 `# I8 G4 L
3. 偏振合并MPM:將不同偏振狀態(tài)的信號合并成單一輸出。5 ?$ M) u# m$ ?* B( C- a9 `
4. 信號處理OSNR控制器:在傳輸過程中確保信號質量。BPF:對光信號進行頻率選擇性濾波。 a+ U' D1 f# _) j- n
5. 信號接收RxDP:同時處理兩個正交偏振狀態(tài)的信號。ME:從混合信號中提取特定偏振狀態(tài)的分量。
5 U1 _5 \' n% D4 N3 r6. 信號分析" w9 q9 V! w0 k+ q' P
BER分析儀:測量誤碼率。FEC解碼器:解碼接收到的數(shù)據(jù)并糾正錯誤。OSC:監(jiān)測和測量電信號
- ?/ Q' G3 c2 Y& Z( Q8 i" F+ x: K
+ o* B) \7 [7 i+ D
r1mczrykcxe6407737650.png (230.14 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
r1mczrykcxe6407737650.png
2024-9-8 13:48 上傳
) y# T+ L( i# p# H' I圖5:展示了2D PDM-QPSK實現(xiàn)的線路圖,顯示了信號生成、處理和分析涉及的組件。
7 g. e* s" p/ Z9 P性能分析為評估2D PDM-QPSK的性能,我們可以在FEC編碼前后檢查誤碼率(BER)。2 {" Y1 _' ?1 L: `2 k$ Q
nqm2vgh1e4q6407737750.png (160.67 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
nqm2vgh1e4q6407737750.png
2024-9-8 13:48 上傳
* {/ j/ n" K: _+ g, Z
圖6:顯示了2D PDM-QPSK在FEC編碼前的BER結果,兩個偏振的BER均為0。
4 Q$ u9 q G. Y* i, y& K% o
3 S/ F, {% H i
fniu1zs15ga6407737850.png (175.42 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
fniu1zs15ga6407737850.png
2024-9-8 13:48 上傳
: g6 z4 L6 C& p# i圖7:展示了2D PDM-QPSK在FEC編碼后的BER結果,兩個偏振的BER仍為0。
, O0 L& M, o0 W2 H1 B; ~
5 Z% f8 T- N w; t( r/ t% _比較和結論4D PS-QPSK和2D PDM-QPSK都是光通信系統(tǒng)中強大的調(diào)制技術。4D PS-QPSK通過利用四維信號空間提高了頻譜效率和抗噪聲能力。而2D PDM-QPSK結合了偏振復用和QPSK調(diào)制的優(yōu)點,提高了數(shù)據(jù)傳輸容量。
8 O x8 g5 D, G性能分析表明,在理想條件下,這兩種技術都能達到極低的誤碼率。然而,在這兩種調(diào)制方法之間的選擇取決于具體的應用需求,如頻譜效率需求、硬件復雜度和系統(tǒng)穩(wěn)健性。. s9 a, k) i7 P% W
了解這些先進的調(diào)制技術對設計和優(yōu)化現(xiàn)代光通信系統(tǒng)具有重要意義。隨著對更高數(shù)據(jù)傳輸速率和更高頻譜利用效率需求的不斷增長,4D PS-QPSK和2D PDM-QPSK等技術將在塑造光通信未來方面發(fā)揮越來越重要的作用。這些技術的發(fā)展也為光電聯(lián)合仿真、光電共封裝和光計算等領域的進步提供了基礎,推動了光電子技術和硅基光電子的發(fā)展。5 I; R- F2 g) W7 P: X" y, r
! D, q l* t) ?* W0 [( a
- END -
S8 z: j: K! y# h3 ?: o
2 B$ d" H. N/ }1 _6 |軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請體驗免費版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應用,PIC Studio都可提升您的工作效能。
* c) d2 l1 ]% [, c點擊左下角"閱讀原文"馬上申請2 ?) Y, x, V1 `" N
8 Y4 c" P: c. b/ U) L
歡迎轉載: o H2 ~0 @8 `! d
# y% b9 w! y7 D
轉載請注明出處,請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!$ v0 x4 n& J# n Z) H- i
- ~% d V: y0 _
4 k3 X$ P2 N8 o" X
& v* r- a; J6 S$ N) v8 V
pezug1qyyrl6407737950.gif (16.04 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
pezug1qyyrl6407737950.gif
2024-9-8 13:48 上傳
/ c5 g6 z r* }7 a2 j9 [4 U
5 A! B# {) }7 R關注我們
6 i3 B+ e B! [, E- i E. m2 M% L8 j) a
' a) K+ \! }1 g" B2 l
ktdfu0nci4z6407738050.png (31.33 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
ktdfu0nci4z6407738050.png
2024-9-8 13:48 上傳
; Q- v% N$ N% z/ ?" v. A' x
| % }4 f! W& Z/ E$ o$ Q
ygpb4rs5iio6407738150.png (82.79 KB, 下載次數(shù): 0)
下載附件
保存到相冊
ygpb4rs5iio6407738150.png
2024-9-8 13:48 上傳
; z# V7 Q2 k7 z/ H+ q1 K | 4 z/ e8 [6 z0 ^! q
hpdg3amxvti6407738250.png (21.52 KB, 下載次數(shù): 1)
下載附件
保存到相冊
hpdg3amxvti6407738250.png
2024-9-8 13:48 上傳
3 l% n4 y$ H# t | 8 ?& \9 F2 K5 c3 e; M' n
, v. t0 I" [2 T8 }% v6 k! _" ^" h8 e; j! L$ W
( M! a0 p6 d8 `" S& w8 v- k關于我們:
7 o! J& b7 _) W/ { ~$ d深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專注于半導體芯片設計自動化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設計和仿真軟件,提供成熟的設計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設計與仿真。我們提供特色工藝的半導體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務,廣泛服務于光通訊、光計算、光量子通信和微納光子器件領域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作,推動特色工藝半導體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶提供前沿技術與服務。
8 C! X% I. z# @0 c( O4 I& }) J* ?' {1 \5 t9 g7 W
http://www.latitudeda.com/0 |6 x- W0 x4 T' \
(點擊上方名片關注我們,發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容) |
|