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。