通信原理实验BPSK传输.docx

1、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、

2、 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. BPS

3、K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，=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-

4、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/相位测量选择输入调制数据为01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/翻转。4. BPSK调制信号包络观察BPSK调制为非恒包络调制

5、，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

6、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

7、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、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

8、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25ms）。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25ms。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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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）、T

14、PMZ07（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。