BPSK传输系统.docx

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BPSK传输系统

通信原理实验

——BPSK传输系统

姓名：

XX学号：

122110XX班级：

通信12XX

得分

第十一周星期三第四大节

实验名称：

BPSK传输系统

一、实验目的

1、熟悉软件无线电BPSK调制和解调原理。

2、掌握BPSK调制产生、传输和解调过程。

3、掌握BPSK正交调制解调的基本原理和实现方法。

4、了解数字基带波形时域形成的原理和方法。

5、掌握BPSK眼图的正确测试方法，能通过观察接受眼图判断信号的传输质量。

6、加深对BPSK调制、解调中现象和问题的理解。

7、加深对载波提取和位同步提取概念的理解。

二、实验仪器

1、ZH5001A通信系统原理试验箱一台

2、20MHZ双踪示波器一台

三、BPSK传输系统实验电路的构成

1、BPSK调制信号产生电路

BPSK调制信号产生电路如下图，在图中，虚线部分是用FPGA芯片完成的。

只有当选择外部数据时，才可以用外部信号源，除此之外，其他输入信号均在FPGA芯片内部完成。

2、BPSK解调电路

BPSK解调电路如下图。

图中的信号处理过程，在A/D转换前均用硬件来完成，在A/D转换后的各部分，均用FPGA芯片来完成。

实验中的BPSK解调是同步解调，因此解调电路中都设计了载波提取和位定时提取电路。

四、实验内容

实验前准备如下。

首先通过菜单将试验系统的调制方式设置成“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，说明试验系统已正常工作；如果没有脉冲，则需按面板上的复位键对硬件进行初始化。

（一）BPSK调制

1、BPSK调制基带信号眼图测试

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受机组成，即发射机端和接收机端采用同样的平方根余弦响应滤波器。

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（未打钩）此时基带信号频谱成形滤波器全部放在发送端。

选择输入信号为m序列，以发送时钟TPM01作同步，测试TPi03波形。

TPi03就是发送信号眼图波形。

此时测试得到波形选用的是滚降系数α=0.4的升余弦成形滤波器。

TPi03

TPM01

从示波器中可以看到眼图，因为M序列是随机信号。

2、同相I支路和正交Q支路调制信号相平面矢量图测试

观察测量I支路TPi03和Q支路信号TPi04李沙育波形时，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。

通过菜单选择不同的输入码型，观察并记录测试结果。

输入码型为m码，其波形如下：

两路信号是相同的，所以李沙育图形是一条斜率为1的直线。

输入码型为全1码，其波形如下：

输入码型为全0码，其波形如下：

0/1码

两路信号是相同的，所以李沙育图形是一条斜率为1的直线。

3、BPSK调制信号0/Π相位反转点的测量

先将跳线开关KP02设置在T位置（右端），通过菜单选择输入调制数据为0/1码。

用示波器的一个通道观察已调制信号输出TPK03，并选用该通道信号作为示波器的同步信号；示波器的另一通道连接到调制参考载波TPK06或TPK07，以载波信号作为观测的参考信号。

仔细调整示波器同步，观察和验证已调信号在调制数据0/1变化点发生相位0/Π翻转情况。

记录测试结果。

通道连接到调制参考载波TPK06，其波形如下：

TPK03

TPK06

从示波器中可以看到，归零点左边，已调制信号和调制参考载波反相；归零点右边，已调制信号和调制参考载波同相。

通道连接到调制参考载波TPK07，其波形如下：

从示波器中可以看到，归零点左边，已调制信号和调制参考载波同相；归零点右边，已调制信号和调制参考载波反相。

4、BPSK调制信号包络观察

实验中的BPSK调制为非恒包络信号，已调信号的包络具有明显的过零点。

测量前将模拟锁相环模块内的跳线开关KP02设置在T位置（右端）。

（1）、通过菜单选择0/1码作为调制输入数据，观测已调信号输出测试点TPK03的信号波形。

调整示波器的同步，注意观察已调信号的包络变化与调制信号TPi03的相互关系。

画出测量波形。

0/1码作为调制输入数据，其波形如下：

TPi03

TPK03

0/1码作为调制输入数据，已调制信号包络和调制信号包络相同

（2）、用特殊码序列重复步骤

（1）实验。

画下测量波形，并从已调信号的包络上判断特殊码序列的可能值。

特殊码作为调制输入数据，已调制信号包络和调制信号包络相反

（二）BPSK解调

1、接收端解调器眼图信号观测

（1）、首先用中频电缆连接KO02和JL02，建立中频通路。

测量解调器同相I支路眼图信号测试点TPJ05（在A/D模块内）波形，观测时用发始终TPM01作同步。

将接收端与发送端眼图信号TPi03进行比较，说明接受眼图信号有何变化。

TPJ05

TPM01

观察接收端眼图，眼皮较厚，质量没有发送端的好。

3、接收端同相I支路和正交Q支路解调信号的相平面波形测试

将示波器设置在（x-y）方式，将示波器的两个通道分别接到I支路TPJ05测试点和Q支路TPJ06测试点，即可得到TPJ05和TPJ06的合成矢量图，也就是李沙育波形图。

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。

输入码型为m码时，其波形如下：

左边输入是特殊序列，右边输入是m序列，Q支路没有信号，所以李沙育图形是一条竖的直线，左右区别不大。

输入码型为全1码时，其波形如下：

输入码型为全0码时，其波形如下：

输入码型为0/1码时，其波形如下：

4、解调器失锁时同相I支路和正交Q支路解调信号相平面波形测试

将解调器提取相干载波的锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（右端），使环路开环失锁。

观测接收端锁相环失锁时I路和Q路合成矢量，对观测结果加以分析。

M码

两路信号是随机的，李沙育图形是个混乱的圆型。

5、解调器判决前抽样点信号观察

选择输入测试数据为m序列，用示波器观察测试模块内判决全抽样点TPN04的工作波形（示波器时基设定在2~5ms观测效果较好）。

虽然有噪声，但是可以判断出来0码和1码。

6、解调器失锁时判决前抽样点信号观察

将解调器提取相干载波的锁相环（PLL）环路跳线开关KL01设置在2_3位置（右端），使环路开环失锁。

用示波器观察测试模块内判决前抽样点TPN04信号波形，观测时示波器时基设定在2~5ms效果较好。

定性画出测试波形。

失锁时无法判断出0码和1码，示波器中并不能区别出两个电平。

7、差分编码信号的测试

测试前的准备及跳线开关设置：

由于通信系统原理实验箱仅对“外部数据输入”方式输入的数据提供差分编码功能，因此必须通过菜单将输入信号设置为“外部数据输入”。

外部数据可以来自误码仪，也可以从汉明编码模块产生的m序列输出数据。

本实验选择汉明编码模块产生m序列输出数据。

将汉明编码模块中的跳线开关SWC01中的H_EN和ADPCM跳线开关拨除，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位置（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）。

将汉明编码模块信号工作跳线器开关SWC01中的M_SEL1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测试点TPM02和差分编码输出数据测试点TPM03波形，分析两信号间的编码关系是否正确，画出测试波形。

示波器上面是bk-1=[10100011010]

下面是ak=[11100101110]

符合ak=bk⊕bk-1

8、解调数据观察

（1）、在上述实验内容7设置跳线开关基础上，用示波器同时观察DSP+FPGA模块内接受数据信号测试点TPM04和发送数据信号测试点TPM02，说明两数据信号是否相同。

测量发送与接收数据信号的传输时延，记录测量结果。

接收数据有延时，但是和发送端同相

（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，这时的载波信号实际存在相位模糊度，在没有差分编码的条件下会使解调数据反向。

通过观测，说明本实验步骤是否能够解决载波相位模糊带来的问题。

接收数据有延时，按确定键以后每次锁定后和发送端都是同相的，说明差分编码可以解决相位模糊带来的问题。

9、解调器相干载波观测

首先建立中频通路，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和收端提取的相干载波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位关系，说明测试结果。

TPM04

TPM02

相干载波与调制载波频率相同，相位有很小的误差。

（2）、将解调器相干载波提取锁环（PLL）的环路跳线开关KL01设置在2_3位置（右端），使环路开环失锁。

重复上述测量步骤，观测并说明在解调器失锁时收发载波信号的相位关系。

环路失锁时，无法得到相干载波。

（3）、将解调器相干载波提取锁相环（PLL）的环路跳线开关KL01设置在1_2位置（左端），让解调器锁相环闭环锁定，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，说明在无输入信号情况下，解调器载波是否与发端同步。

无输入信号情况下，解调器载波与发端不同步。

10、解调器相干载波相位模糊度的测试

首先建立中频通路，通过菜单选择输入数据为“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和收端提取出的相干载波TPLZ07，并以TPK07作为示波器的同步信号。

发乎断开和接通中频电缆，观测并记录两载波从失步到同步后的相位关系。

11、解调器相干载波相位模糊对解调数据影响的观测

首先建立中频通路，通过菜单选择发送数据为“特殊码序列”。

用双踪示波器同时测试接收数据信号TPJ05和发送数据信号TPi03，并以TPi03作为示波器的同步信号。

不断断开和接通中频电缆，观测收发信号。

画出测试波形，分析接收信号极性发生反转的原因。

接收数据与发送数据相反，说明相位模糊可能把接收数据全部反相。

五、思考题

1、该实验用到通信系统原理实验箱中哪些模块？

各模块的作用是什么？

①、测试模块：

测抽样点的信号

②、D/A模块：

调制电路数模转换

③、调制模块：

用于PSK的调制

④、解调模块：

用于PSK的解调

⑤、汉编汉译模块：

产生差分编码时输入的m序列

⑥、DSP+FPGA模块：

软件无线电PSK调制和解调

⑦、A/D模块：

解调电路模数转换

2、如何测试研讨？

通过观察眼图如何反映信号质量？

输入信号选择随机数字信号，用示波器的同步输入通道接到码元的时钟，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。

这时就可以测到眼图信号。

眼皮越后，则噪声与码间干扰越严重，系统的误码率越高。

参考文献

[1]王根英王琴周春月.通信系统原理实验.清华大学出版社北京交通出版社.2010.

[2]樊昌信曹丽娜.通信原理.国防工业出版社,2010.