北京錦坤科技有限公司(www.jon-kon.com)

5．2 xPSK-RFoF系統(tǒng)性能分析

5．2．1 BPSK和OPSK調(diào)制原理
BPSK是二進(jìn)制移相鍵控，指受鍵控的載波相位按照基帶信號(hào)而改變的一種調(diào)制方式。一個(gè)BPSK信號(hào)可以表示為一個(gè)雙極性矩形脈沖序列與一個(gè)正弦型載
波的乘積，如式(5．1)所示：

其中，g(t)是脈寬為T_s的單個(gè)矩形脈沖，a_n的統(tǒng)計(jì)特性為：

可知在任一碼元周期內(nèi)觀察時(shí)，y(t)為：

即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)(a_n=+1)，y(t)取相位O；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)(a_n=-1)，y(t)取相位π。
BPSK調(diào)制可以采用相干解調(diào)的方式解調(diào)。
QPSK與BPSK類似，是四進(jìn)制的移相鍵控，即用載波的四種不同相位來(lái)表征數(shù)字信息。每一種載波相位由兩個(gè)比特信息表示。一個(gè)QPSK信號(hào)可以表示如
式(5．4)所示：

其中為受調(diào)相位，可以有4種不同的取值)，T_s的一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間。

QPSK碼元中兩個(gè)信息比特通常是按照格雷碼排列的，它與載波的相位關(guān)系如表5-1所示。四相調(diào)制信號(hào)用式(5．4)表示時(shí)，相位φ_k在（0，2π）內(nèi)等間隔的取四種可能相位。由于正余弦函數(shù)的互補(bǔ)特性，對(duì)應(yīng)于φ_k的四種取值，a_k和b_k只有兩種取值。此時(shí)，式(5．4)恰好表示兩個(gè)正交的二相調(diào)制信號(hào)的合成。

由于QPSK調(diào)制可以看作是兩個(gè)J下交的BPSK調(diào)制的合成，故兩者在功率譜密度分布規(guī)律上也是相同的。

5．2．2 xPSK-RFoF系統(tǒng)仿真說(shuō)明
具體的系統(tǒng)仿真模型如圖5．2所示。QPSK．RFoF系統(tǒng)仿真圖如圖5．3所示。對(duì)于BPSK．RFoF系統(tǒng)而已，只要將Quadrature Modulator模塊和QuadratureDemodulator模塊更換為普通的調(diào)制器和解調(diào)器即可。

下面是對(duì)圖5-3各個(gè)模塊功能的說(shuō)明。

Pseudo．Random模塊：產(chǎn)生偽隨機(jī)的二進(jìn)制比特序列，作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)序列，序列長(zhǎng)度為2¹⁴。

MATLAB Component模塊：將產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列存儲(chǔ)為txt文件。

PSK Sequence Generator模塊：將輸入的二進(jìn)制序列映射到BPSK或QPSK序列。

Quadrature Modulator模塊：實(shí)現(xiàn)調(diào)制，將信號(hào)乘以載波，實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的頻譜搬移，將其變換成為射頻信號(hào)。載波的頻率為3．5GHz，偏置與振幅的選擇應(yīng)使半導(dǎo)體激光器工作在線性工作區(qū)域內(nèi)，以確保系統(tǒng)的正常工作。分布反饋式激光器：激光器。通過(guò)直接強(qiáng)度調(diào)制激光器的方式，實(shí)現(xiàn)電．光轉(zhuǎn)換。激光器輸出的光波長(zhǎng)為1310hm，輸出功率為0dBm。當(dāng)實(shí)現(xiàn)激光器的模擬調(diào)制時(shí)，要求輸出光與輸入驅(qū)動(dòng)電流之間存在線性關(guān)系。但是往往由于非線性效應(yīng)，引起信號(hào)劣化。這種非線性效應(yīng)是由半導(dǎo)體激光器的暫態(tài)響應(yīng)特性引起的。假設(shè)輸入信號(hào)是在t＝0時(shí)的上升的階躍函數(shù)，可以得到輸出的光子密度并不是一個(gè)單純的階躍函數(shù)，而是以固有的頻率Ω_R,衰減常數(shù)T_R詹進(jìn)行衰減振蕩之后，漸漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)。這種固有振動(dòng)被稱為弛豫振動(dòng)(relaxation oscillation)。在低頻區(qū)域，半導(dǎo)體激光器能夠進(jìn)行忠實(shí)于輸入信號(hào)的輸出光調(diào)制。但當(dāng)頻率接近弛豫振動(dòng)頻率Ω_R,時(shí)，傳輸函數(shù)不平坦，也會(huì)產(chǎn)生相位延遲，所以發(fā)生波形畸變。在Ω_R,以上的頻率范圍內(nèi)幾乎不能進(jìn)行調(diào)制。固有的頻率Ω_R、衰減常數(shù)L與激光器的結(jié)構(gòu)和T_R作點(diǎn)的選擇有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)[291，弛豫振動(dòng)頻率可近似由式(5．5)表示：

其中，T_sp為自發(fā)壽命，T_ph砷為光子壽命。I_th為閾值電流，I為偏置電流與電流幅度之和。激光器的物理參數(shù)如下圖5

其中，T_sp為自發(fā)壽命，T_ph砷為光子壽命。I_th為閾值電流，I為偏置電流與電流幅度之和。激光器的物理參數(shù)如下圖5．4所示。計(jì)算得到弛豫振動(dòng)頻率為4．4GHz，超過(guò)了載波頻率3．5GHz。

Nonlinear Dispersion Fiber模塊：考慮光纖的衰減以及色散等問(wèn)題。設(shè)置光纖的衰減常數(shù)為0．3dB／km，GVI)常數(shù)3．5ps／nm／km。光電檢測(cè)器模塊：實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。響應(yīng)度為0．9A／W，暗電流10mA。

TransimpedanceAmplifier模塊：電信號(hào)的前置放大。設(shè)置電壓增益為600 Q。

AGC Amplifier模塊：輸出電壓根據(jù)仿真情況具體調(diào)整。由于信道的傳輸，使得接收機(jī)的信號(hào)電平產(chǎn)生起伏，影響解調(diào)性能。如果接收的信號(hào)過(guò)強(qiáng)，則可能導(dǎo)致接收機(jī)前端電路飽和而產(chǎn)生擁塞；如果接收的信號(hào)過(guò)弱，則會(huì)導(dǎo)致解調(diào)器信

噪比惡化。

Low Pass Gaussian Filter模塊：高斯低通濾波器。

M．ary Threshold Detector模塊：判決器。對(duì)接收到的已解調(diào)的信號(hào)進(jìn)行判決。

PSK Sequence Decoder模塊：將BPSK或QPSK序列映射回二進(jìn)制序列。

MATI．AB Component_l模塊：將接收的偽隨機(jī)序列存儲(chǔ)為txt文件。

NRZ Pulse Generator模塊：NRZ脈沖產(chǎn)生器。

RF Spectrum Analyser模塊：頻譜觀察儀。

Electrical Power Meter Visualizer模塊：電域功率觀察儀。

Oscilloscope Visualizer模塊：示波器。

系統(tǒng)參數(shù)：速率為2．5Gb／s，每比特的抽樣數(shù)為64.

北京錦坤科技有限公司(www.jon-kon.com)