BPSK传输实验实验报告Word文档格式.docx
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(一)BPSK调制
理论上二进制相移键控(BPSK)是指:
载波幅度恒定,而其载波相位随着输入信号m(1、0码)而改变,通常这两个相位相差180°
。
如果每比特能量为Eb,则传输的BPSK信号为:
其中
一个数据码流直接调制后的信号如图4.2.1所示:
图4.2.1数据码流直接调制后的BPSK信号
采用二进制码流直接载波信号进行调相,信号占居带宽大。
上面这种调制方式在实际运用中会产生以下三方面的问题:
1、浪费宝贵的频带资源;
2、会产生邻道干扰,对系统的通信性能产生影响,在移动无线系统中,要求在相邻信道内的带外辐射一般应比带内的信号功率谱要低40dB到80dB;
3、如果该信号经过带宽受限信道会产生码间串扰(ISI),影响本身通信信道的性能。
在实际通信系统中,通常采用Nyquist波形成形技术,它具有以下三方面的优点:
1、发送频谱在发端将受到限制,提高信道频带利用率,减少邻道干扰;
2、在接收端采用相同的滤波技术,对BPSK信号进行最佳接收;
3、获得无码间串扰的信号传输;
(二)BPSK解调
接收的BPSK信号可以表示成:
为了对接收信号中的数据进行正确的解调,这要求在接收机端知道载波的相位和频率信息,同时还要在正确时间点对信号进行判决。
这就是我们常说的载波恢复与位定时恢复。
1、载波恢复
2、位定时提取
(1)滤波法
(2)锁相环法
最后,对通信原理综合实验系统中最常用的几个测量工具作一介绍:
眼图、星座图与抽样判决点波形。
1、眼图:
利用眼图可方便直观地估计系统的性能。
对眼图的测试方法如下:
用示波器的同步输入通道接收码元的时钟信号,用示波器的另一通道接在系统接收滤波器的输出端(例如I支路),然后调整示波器的水平扫描周期(或扫描频率),使其与接收码元的周期同步。
这时就可以在荧光屏上看到显示的图形很像人的眼睛,所以称为眼图(如图4.2.15所示)。
在这个图形上,可以观察到码间串扰和噪声干扰的影响,从而估计出系统性能的优劣程度。
一般而言,眼皮越厚,则噪声与ISI越严重,系统的误码率越高。
图4.2.15BPSK眼图的观察方法
3、抽样判决点波形:
是在判决器之前的波形。
抽样判决点波形可以较好地反映最终输出性能的好坏。
一般的抽样判决点波形如图4.2.17所示。
抽样判决点波形上下两线聚集越好,则系统性能越好,反之越差。
图4.2.16BPSK的抽样判决点波形
在通信原理实验平台中BPSK的DSP解调方法如图4.2.18所示:
1、在图中,A/D采样速率为4倍的码元速率,即每个码元采样4个样点。
2、采样之后,进行平方根Nyquist匹配滤波。
3、将匹配滤波之后的样点进行样点抽取,每两个样点抽取一个采样点。
即每个码元采样2个点送入后续电路进行处理。
4、将每个码元2个点进行位定时处理,根据误差信号对位定时进行调整。
TPMZ07测量点为最终恢复的位定时时钟。
5、再将位定时处理之后的最佳样点送入后续处理(即又进行了2:
1的样点抽取)。
6、根据最佳样点值进行载波鉴相处理,鉴相输出在测量点TPN03可以观察到。
鉴相后的结果送PLL环路滤波,控制VCXO。
最终使本地载波与输入信号的载波达到同频、同相(也可能存在180度相差)。
7、位定时与载波恢复之后,进行判决处理,判决前信号可在测量点观察到。
四、实验步骤
测试前检查:
首先通过菜单将通信原理综合实验系统调制方式设置成“BPSK传输系统”;
用示波器测量TPMZ07测试点的信号,如果有脉冲波形,说明实验系统已正常工作;
如果没有脉冲波形,则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
1.BPSK调制基带信号眼图观测(以m序列观测眼图)
(1)通过菜单选择不激活“匹配滤波”方式(未打勾),此时基带信号频谱成形滤波器全部放在发送端。
以发送时钟(TPM01)作同步,观测发送信号眼图(TPi03)的波形。
成形滤波器使用升余弦响应,ɑ=0.4。
判断信号观察的效果。
TPi03不激活匹配滤波眼图
(2)通过菜单选择激活“匹配滤波”方式(打勾),此时系统构成收发匹配滤波最佳接收机,重复上述实验步骤。
仔细观察和区别上述两种方式下发送信号眼图(TPi03)的波形。
TPi03匹配滤波眼图
注:
当通过选择菜单激活“匹配滤波”方式时,表示系统按匹配滤波最佳接收机组成,即发射机端和接收机端采用同样的开根号升余弦响应滤波器。
当未激活“匹配滤波”方式时,系统为非匹配最佳接收机,整个滤波器滚降特性全部放在发射机端完成,但信道成形滤波器特性不变。
(1)思考:
怎样的系统才是最佳的?
匹配滤波器最佳接收机性能如何从系统指标中反映出来?
采用什么手段测量?
2.BPSK调制信号0/π相位测量
选择输入调制数据为0/1码。
用示波器的一路观察已调制信号输出波形(TPK03),并选用该信号作为示波器的同步信号;
示波器的另一路连接到调制参考载波上(TPK06/或TPK07),以此信号作为观测的参考信号。
仔细调整示波器同步,观察和验证调制载波在数据变化点发生相位0/π翻转。
已调制信号输出波形
3.BPSK调制信号包络观察
BPSK调制为非恒包络调制,调制载波信号包络具有明显的过零点。
通过本测量让学生熟悉BPSK调制信号的包络特征。
(1)选择0/1码调制输入数据,观测调制载波输出测试点TPK03的信号波形。
调整示波器同步,注意观测调制载波的包络变化与基带信号(TPi03)的相互关系。
画下测量波形。
0/1码调制载波输出波形
(2)用特殊码序列重复上一步实验,并从载波的包络上判断特殊码序列。
特殊码调制载波输出波形
(3)用m序列重复上一步实验,观测载波的包络变化。
m序列调制载波输出波形
1.接收端解调器眼图信号观测
(1)首先用中频电缆连结KO02和JL02,建立中频自环(自发自收),将解调器相干载波锁相环(PLL)环路跳线开关KL01设置在1_2位置(闭环)。
测量解调器I支路眼图信号测试点TPJ05(在A/D模块内)波形,观测时用发时钟TPM01作同步。
将接收端与发射端眼图信号TPi03进行比较,观测接收眼图信号有何变化(有噪声)。
TPJ05眼图
(2)观测正交Q支路眼图信号测试点TPJ06(在A/D模块内)波形,比较与TPJ05测试波形有什么不同?
根据电路原理图,分析解释其原因。
TPJ06眼图
测试模块中的TPN02测试点为接收端经匹配滤波器之后的眼图信号观测点。
通过菜单选择“匹配滤波”方式设置,重复上述实验步骤。
解释为什么发端眼图已发生变化,而收端TPN02的眼图没有发生变化(仅电平变化)。
2.解调器失锁时的眼图信号观测
将解调器相干载波锁相环(PLL)环路跳线开关KL01设置在2_3位置(开环),使环路失锁。
观测失锁时的解调器眼图信号TPJ05,熟悉BPSK调制器失锁时的眼图信号(未张开)。
观测失锁时正交支路解调器眼图信号TPJ06波形。
注意:
将示波器时基从正常位置调整2~5ms/DIV对比观测。
3.解调器相干载波观测
首先建立中频自环,通过菜单选择输入测试数据为“特殊码序列”或“m序列”。
(1)用双踪示波器同时测量发端调制载波(TPK07)和收端恢复相干载波(TPLZ07),并以TPK07作为示波器的同步信号。
在环路正常锁定时,观测收发载波信号的相对关系。
(1)特殊码序列信号
(2)m序列信号
(2)将解调器相干载波锁相环(PLL)环路跳线开关KL01设置在2_3位置(开环),使环路失锁。
重复上述测量步骤,观测在解调器失锁时收发载波信号的相对关系。
(1)m序列信号
(2)特殊码序列信号
将解调器相干载波锁相环(PLL)环路跳线开关KL01设置在1_2位置(闭环),让解调器锁定(如无法锁定,可按选择菜单上的确认键,让解调器重新同步锁定)。
断开中频连接电缆,观测在无输入信号情况下,解调器载波是否与发端同步。
记录测量结果。
0/1码闭环周期
0/1码开环周期
五、实验报告
1、写出眼图正确的观察方法;
这时就可以在荧光屏上看到显示的图型很像人的眼睛,所以称为眼图(如下图所示)。
2、叙述Nyquit滤波作用;
在实际通信系统中,采用Nyquist波形成形技术,发送频谱在发端将受到限制,提高信道频带利用率,减少邻道干扰;
在接收端采用相同的滤波技术,对BPSK信号进行最佳接收;
获得无码间串扰的信号传输。
3、画出主要测量点的工作波形;
4、说明BPSK的解调工作过程;
提取位定时信息、滤波、抽样判决
六、心得体会
通过本次的BPSK传输系统实验,我进一步了解了Nyquist基带传输设计准则,并且熟悉了升余弦基带传输信号的特点。
学习使用眼图的方法来观察信号。
通过了解BPSK调制原理,动手验证了BPSK调制和解调的过程,从中观察到载波包络的变化观察、BPSK解调数据反相的现象等。
还了解到了许多新知识,比如如何解决相位模糊问题等等。