通信原理实验BPSK传输.docx
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通信原理实验BPSK传输
实验九BPSK传输系统
一、实验前的准备
(1)预习帧成形及其传输电路的构成;预习自定义帧结构的帧同步系统电路的构成。
(2)熟悉实验指导书附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置,定义本实验相关模块的跳线状态。
(3)实验前重点掌握的内容:
了解软件无线电的基本概念;
熟悉软件无线电BPSK调制和解调原理;
明确波形成形的原理;
明确载波提取原理;
明确位定时提取原理。
二、实验目的
加深对PCM30/32系统帧结构、帧同步系统及其工作过程、系统话路、信令、帧同步和告警复用和分用过程的理解;
三、实验仪器
(1)ZH5001A通信原理综合实验系统一台
(2)20MHz双踪示波器一台
四、基本原理
理论上二进制相移键控(BPSK)可以用幅度恒定,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下图所示:
在“通信原理综合实验系统”中,BPSK的调制工作过程如下:
首先输入数据进行Nyquist滤波,滤波后的结果分别送入I、Q两路支路。
因为I、Q两路信号一样,本振频率是一样的,相位相差180度,所以经调制合路之后仍为BPSK方式。
采用直接数据(非归零码)调制与成形信号调制的信号如下图所示:
BPSK调制原理框图如上
BPSK解调原理框图如上
五、实验内容
(一)BPSK调制
1.BPSK调制基带信号眼图观测
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,但信道成型滤波器特性不变。
(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。
成型滤波器使用升余弦响应,ɑ=0.4。
判断信号观察的效果。
2.I路和Q路调制信号的相平面(矢量图)信号观察
测量I支路(TPi03)和Q支路信号(TPi04)李沙育(x-y)波形时,应将示波器设置在(x-y)方式,可从相平面上观察TPi03和TPi04的合成矢量图,通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量。
输入为m序列,特数码序列,0/1码时李沙育图如下
输入为全0码或全1码时李沙育图如下
由图可知BPSK两路信号相同
3.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调制输出波形(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。
4.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调制信号的包落特征。
测量前将模拟锁相环模块内的跳线开关KP02设置在TEST位置(右端)。
(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落变化与基带信号(TPi03)的相互关系。
画下测量波形。
从此图也可以看出调制信号就是已调信号的包络波形
(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列码序列。
画下测量波形。
由于包络的过零点只有在0变1或1变0时才会有,所以可能的序列为:
1101010。
也可能为:
0010101
(二)BPSK解调
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)。
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。
显然出现噪声
(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。
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。
3.接收端I路和Q路解调信号的相平面(矢量图)波形观察
测量I支路(TPJ05)和Q支路信号(TPJ06)李沙育(x-y)波形时,应将示波器设置在(x-y)方式,可从相平面上观察TPJ05和TPJ06的合成矢量图。
在解调器锁定时,其相位矢量图应为0、π两种相位。
通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量,并说明其差异
波形都如上图所示,因噪声原来的线段平移成了矩阵
4.解调器失锁时I路和Q路解调信号的相平面(矢量图)波形观察
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(右端),使环路失锁。
观测接收端失锁时I路和Q路的合成矢量图。
掌握解调器时I路和Q路解调信号的相平面(矢量图)波形的变化,分析测量结果。
失锁后幅值不确定故形成圆形
5.解调器抽样判决点信号观察
选择输入测试数据为m序列,用示波器观察测试模块内抽样判决点(TPN04)的工作波形(示波器时基设定在2~5ms)。
此时虽然有噪音但仍可以分辨出0码1码
6.解调器失锁时抽样判决点信号观察
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,使环路失锁。
用示波器观察测试模块内抽样判决点TPN04信号波形,观测时示波器时基设定在2~5ms。
熟悉解调器失锁时的抽样判决点信号波形。
失锁后无法判断0码1码
7.差分编码信号观测
通信原理实验箱仅对“外部数据输入”方式输入数据提供差分编码功能。
外部数据可以来自误码仪产生或汉明编码模块产生的m序列输出数据。
当使用汉
明编码模块产生的m序列输出数据时,将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关SWC01中的H_EN和ADPCM开关去除,将输入信号跳线开关KC01设置在m序列输出口DT_M上(右端);将汉明译码模块中汉明译码使能开关KW03设置在OFF状态(右端),输入信号和时钟开关KW01、KW02设置在来自信道CH位置(左端)。
通过菜单选择发送数据为“外部数据输入”方式。
将汉明编码模块中的信号工作跳线器开关SWC01中M_SEL2跳线器插入,产生7位周期m序列。
用示波器同时观察DSP+FPGA模块内发送数据信号TPM02和差分编码输出数据TPM03,分析两信号间的编码关系。
记录测量结果。
发送信号为11001011,对应拆分编码应为0101110,符合差分编码的规则
8.解调数据观察
(1)在上述设置跳线开关基础上,用示波器同时观察DSP+FPGA模块内接收数据信号TPM04和发送数据信号TPM02,比较两数据信号进行是否相同一致。
测量发送与接收数据信号的传输延时,记录测量结果。
发送信号与接收信号一致但有一个码元周期的时延
(2)在“外部数据输入”方式下,重复按选择菜单的确认按键,让解调器重新锁定(存在相位模糊度,会使解调数据反向),观测解调器差分译码电路是否正确译码。
发送接收波形发生变化,但仍满足译码关系。
说明BPSK可以解决相位模糊。
9.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关关系。
(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关关系。
失锁后无法提取相干载波
(3)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。
断开电缆同样无法提取相干载波
10.解调器相干载波相位模糊度观测
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”。
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。
反复的断开和接回中频自环电缆,观测两载波失步后再同步时之间的相位关系。
通过反复插拔中频电缆,可以看出发端载波和提取的载波存在两种关系,同相和反相,这是由于相位模糊引起的。
11.解调器相干载波相位模糊度对解调数据的影响观测
首先建立中频自环,通过菜单选择发送数据为“特殊码序列”方式。
用双踪示波器同时比较接收数据信号眼图(TPJ05)和发送数据信号眼图(TPi03),并以TPi03作为示波器的同步信号。
不断的断开和接回中频自环电缆,观测收发眼图信号。
(在“特殊码序列”方式下,重复按选择菜单的确认按键,让解调器重新锁定。
)
分析接收时眼图信号的电平极性发生反转的原因。
产生相位模糊所以极性发生反转
12.解调器位定时恢复信号调整锁定过程观察
TPMZ07为DSP调整之后的最佳抽样时刻,它与TPM01(发端时钟)具有明确的相位关系。
(1)通过菜单选择输入测试数据为m序列,用示波器同时观察TPM01(观察时以它作同步)、TPMZ07(收端最佳判决时刻)之间的相位关系。
(2)不断按确认键(此时仅对DSP位定时环路初始化),观察TPMZ07的调整过程。
(3)断开S002接收中频接头,在没有接收信号的情况下重复该步实验,并解释原因。
相位随机,因为无法提取定时分量
六、实验结论分析
1、BPSK解调时因为噪声的存在会使沿途眼皮变厚
2、相位模糊会造成接受波形极性相反。
3、差分编码可解决载波相位模糊问题
七、思考题
1、该实验用到通信系统原理实验箱中哪些模块?
各模块的功能是什么?
答:
测试模块:
测抽样点信号
D/A模块:
调制电路数模转换
调制模块:
用于BPSK的调试
解调模块:
用于BPSK的解调
汉编汉译模块:
产生差分编码
DSP+FPGA模块:
BPSK调制和解调
A/D模块:
解调电路模数转换
2、如何测试眼图?
通过观察眼图如何反应信号质量?
答:
输入信号选择随机数字信号,用示波器的同步输入通道连接到码元的时钟,用示波器的另一通道接在系统接收滤波器的输出端,调整示波器的水平扫描周期使其与接收码元同步。
这样就可以测得眼图信号。
通过观察眼皮的厚度,眼皮越厚,则噪声与码间干扰越严重,系统误码率越高。
3、载波相位模糊对调制信号有什么影响?
如何解决?
答:
会使解调信号出现极性反转。
差分编码或者解调时使用科斯塔斯环进行载波相位同步可解决。