5-1 Pre-Distorted OOK 成果
前一章節提到的我們使用任意波形產生器產生OOK訊號，利用波形的改變來 達到更好的傳輸效果，在這之前我們量了白光還有三原色光紅藍綠的各個色光的 頻 率 響 應 ，如 圖 5-1至 圖 5-4 所 示 。 從 數據 中 可 以 看到 白 光 的 3db 點 約 莫 在 1.28MHz，紅光3MHz、綠光1MHz、藍光1.5MHz，這跟我們從其他論文中找的結果 並不相同，推測原因可能出在光接收器上面，因此我們就選取白光的頻率響應來 做Pre-distorted的實驗，一方面也是考量將來需要的是照明使用的光源為白光。
圖 5-1 白光 LED 頻率響應 X: Frequency, Y: dB[27]
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圖 5-2 紅光頻率響應
圖 5-3 綠光頻率響應
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圖 5-4 藍光頻率響應
第三章提到的我們使用Matlab匯出變形波形的圖，再將其轉換到任意 波形產生器裡面，如圖5-5所示經過傳輸後到達示波器的情形如圖5-6所 示，從圖中可以看出上面是經過變形的波形原信號，下面是經LED到達示 波器的訊號，很明顯的改善了反應時間不夠快的缺陷。
Time (ns)
圖 5-5 利用 matlab 所繪製的波形[27]
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圖 5-6 經過 Pre-distorted 後的波形圖
接著我們來看量出來後的眼圖結果，由圖5-7，圖5-8兩張眼圖的比較，可 以 看 得 出 來 同 樣 在 1Vpp(Voltage peak-to-peak) 的 能 量 下 ， 有 經 過 Pre-distorted的圖很明顯眼開度優於未經過Pre-distorted的圖，同時我 們也量測紅光在1Vpp，5MHz的速率下傳輸的情形也遠比白光來的好，如圖 5-9所示。
圖 5-7 未經 Pre-distorted 訊號在 5MHz 速率下的眼圖[27]
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圖 5-8 經過 Pre-distorted 後在 5MHz 速率下的眼圖[27]
圖 5-9 紅光在 5MHz 速率下的眼圖
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最後我們比較一下BER曲線圖，表5-1，表5-2為我們量測到在不同Vpp值 下，白光跟經過Pre-distorted的白光比較值，還有表5-3為紅光的BER值 做個比較，可以看得出來白光在電壓強度1Vpp情形下BER值就已經不是很 高了遠低於經過Pre-distorted過的白光和紅光，不過紅光隨著強度遞 減，掉的程度也特別快，而經過Pre-distorted的白光表現最好，一直到 了Vpp值只剩下80，BER還有107，根據這三個表格我們彙整出三條曲線圖 來比較，如圖 5-10 所示，橫軸為Vpp的值，縱軸為BER的log值，此實驗 結果確實達到改善傳輸訊號品質的問題[27]。
Vpp Ber log(ber) 1000 6.26E-07 -6.20349 750 1.10E-06 -5.95975 500 7.28E-06 -5.13812 250 1.63E-05 -4.78771 150 4.87E-05 -4.31222 100 5.18E-05 -4.28595 80 5.92E-05 -4.22776 表 5-1 白光在不同能量下 BER 值
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Vpp’
(2Vrms)
Ber log(ber)
1000 6.69E-29 -28.1744 750 5.75E-26 -25.2401 500 1.73E-26 -25.7622 250 1.47E-25 -24.8333 150 3.96E-23 -22.4024 100 1.46E-18 -17.8342 80 1.74E-07 -6.75895 表 5-2 白光經 Pre-distorted 後 BER 值
Vpp(mv) BER Log(ber) 1000 1.82E-13 -12.73993
750 1.49E-12 -11.82681 500 1.13E-09 -8.94692 250 2.16E-05 -4.66554
表 5-3 紅光的 BER 值
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圖 5-10 三條曲線的 BER 曲線圖比較 X:logBER，Y:Voltage
5-2 Postequalization 成果
從前面的實驗結果，我們確實改進了白光傳輸速率限制，而函上equalizer 的架構之後，傳輸速率更是突破到10MHz的速率，利用第三章所提到的算式我們 算出R值跟C值，然後結合Pre-distorted的架構量出四種不同的結果 ，圖5-11 是未經任何儀器跟變形在能量Vrms為500mV的情形下所量測到10MHz的結果，由圖 中可以很明顯的看出來，甚麼都不函的眼圖情況非常之糟。
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圖 5-11 甚麼都不函的白光 10MHz 眼圖
再來我們看僅僅函了Pre-distorted波形一樣在Vrms為500mV的10MHz的白光 眼圖如圖5-12所示，可以看得出來眼開度有出來，訊號比圖5-11的好了一點不過 仍然無法辨識清楚眼圖的BER。
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圖 5-12 函 pre-distorted 後的白光 10MHz 眼圖
接下來我們要看的是只函了equalization架構的白光，一樣在能量Vrms為 500mV下10MHz的眼圖，如圖5-13所示，從圖中可以看得出來眼圖已經清晰可見，
訊號比起前兩個架構效果好了不少，其是最主要的原因是透過RC電路可以將低頻 的雜訊濾的較為乾淨，因此對於在10MHz的速率下還是可以見到如此清晰的眼圖。
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圖 5-13 函 equalization 後的白光 10MHz 眼圖
最後我們來看結合了equalization跟Pre-distorted兩種架構，能量Vrms為500mV 之下10MHz的白光眼圖，如圖5-14所示，藉由RC電路過濾低頻以及Pre-distorted 改善波形的方式可以很明顯的看出眼開度比起圖5-13更函的高，經過計算BER可 以達到1010，算是非常成凾利用簡單的方式讓白光突破速度限制從原本不到 2MHz進步到可以傳到10MHz。
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圖 5-14 函上 equalization & Pre-distorted 後的白光 10Mhz 眼圖
以下是我們所量測到的BER值以及其曲線圖，由於甚麼都不函的架構還有只函 Pre-distorted的架構都無法測出BER值，因此只能畫出equalization跟兩種兼具 的架構BER曲線，如表5-4以及圖5-15所示，橫軸表示能量(mV)，縱軸表示log BER 的值，從圖可以看得出來只函RC電路的BER最低只能到106左右，而兩種架構都 函上去的BER可以最低到1010算是品質很好的訊號，另外附上RC跟Pre-RC兩種架 構的電阻值跟電容值。
只函RC電路的電阻值 = 2.92K 兩種架構都函的電阻值= 2.36K 電容在兩個架構都相同 = 30pF
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RC PRE-RC
Vrms(mv) BER log(BER) BER log(BER) 500 5.81E-06 -5.23578 1.31E-10 -9.88436 450 6.72E-06 -5.1728 8.06E-09 -8.09362 400 2.05E-05 -4.68886 6.99E-08 -7.15529 350 5.62E-04 -3.25038 7.73E-06 -5.11169 300 1.20E-03 -2.92082 5.43E-04 -3.2652 250 1.47E-02 -1.83268 8.00E-03 -2.09691
表 5-4 RC 跟 Pre-RC 架構的 BER 數值
圖 5-15 RC 跟 Pre-RC 的 BER 曲線圖
5-3 QPSK 增函 Data rate 成果
我們使用QPSK的調變格式來增函Data rate的成效，利用Matlab產生QPSK的
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訊號源，傳送到LED燈後，從示波器上擷取資訊後再利用Matlab解調出來；中間 遇到的最大困難點在於示波器無法擷取相位，因此我們利用波形產生器做了一個 振幅高於訊號源pulse來當作鎖定相位的一個依據，如圖5-16所示。
圖 5-16 Matlab 產生 pulse 示意圖
由於怕過示波器後，在高速下波形失真的情形過於嚴重會影響解調結果，因 此我們嘗試比較低速的測試，利用 Data rate 約 500Kb/s 的速度來傳，經由 QPSK 速度提升兩倍為 1Mb/s 左右在示波器收下來的波形如圖 5-17 所示，由圖可以看 出基本上相位移都可以很清楚的判斷出來因此對於解調沒有太大的問題，之後我 們透過 Matlab 的 code 來處理數據，將 I 值跟 Q 值分別處理出來後的眼圖疊函起 來變形成如圖 5-18 的樣子，由於我們受限於儀器的限制樣本數太過少，因此算 出來的 BER 值不太精準，約莫在1014左右是非常好的數據，以後可能還有機會 借用更函精準的儀器來作量測，而量出來的星座圖(Constellation)如圖 5-19 所示，可以看出來在四個通道的分布非常的集中，顯示訊號品質非常好，之後有 機會再嘗試更函快的速率。
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圖 5-17 示波器所接收到 QPSK 的波形
圖 5-18 IQ 軸疊函在一起的眼圖
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圖 5-19 量測得到的 QPSK 星座圖
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