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
某某:
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正交调制解调的根本原理和实现方法。
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,能通过观察承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如下图,在图中,虚线局部是用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转换后的各局部,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,如此需按面板上的复位键对硬件进展初始化。
〔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优承受机组成,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,系统为非匹配最优接收机,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)、通过菜单项选择择不激活“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。
通过菜单项选择择不同的输入码型,观察并记录测试结果。
输入码型为m码,其波形如下:
两路信号是一样的,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
两路信号是一样的,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〕,通过菜单项选择择输入调制数据为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〕、通过菜单项选择择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一样
〔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进展比拟,说明承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。
通过菜单项选择择在不同的输入码型下进展测量,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
测试前的准备与跳线开关设置:
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设置跳线开关根底上,用示波器同时观察DSP+FPGA模块内承受数据信号测试点TPM04和发送数据信号测试点TPM02,说明两数据信号是否一样。
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,重复按选择菜单确实认按键,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,通过菜单项选择择输入测试数据为“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一样,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,可按选择菜单上确实认键,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,通过菜单项选择择输入数据为“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,通过菜单项选择择发送数据为“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,如此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.清华大学交通.2010.
[2]樊昌信曹丽娜.通信原理.国防工业,2010.