通信原理實驗-BPSK傳輸

1、北京交通大學畢業(yè)設計通信原理實驗電子信息工程學院通信原理實驗第頁實驗九 BPSK傳輸系統(tǒng)一、實驗前的準備（1）預習幀成形及其傳輸電路的構成；預習自定義幀結構的幀同步 系統(tǒng)電路的構成。（2熟悉實驗指導書附錄 B和附錄C中實驗箱面板分布及測試孔位 置，定義本實驗相關模塊的跳線狀態(tài)。（3）實驗前重點掌握的內(nèi)容：了解軟件無線電的基本概念；熟悉軟件無線電BPSK調(diào)制和解調(diào)原理；明確波形成形的原理； 明確載波提取原理； 明確位定時提取原理。二、實驗目的加深對PCM30/32系統(tǒng)幀結構、幀同步系統(tǒng)及其工作過程、系統(tǒng)話路、 信令、幀同步和告警復用和分用過程的理解；三、實驗儀器（1）ZH5001A通信原理綜合實

2、驗系統(tǒng)一臺（2）20MHZ雙蹤示波器一臺四、基本原理理論上二進制相移鍵控（BPSK可以用幅度恒定，而其載波相位隨著輸入信號m（ 1、0碼）而改變，通常這兩個相位相差180°。如果每比特能量為 Eb，則傳輸?shù)腂PSK信號為:s（t）其中00m 01800 m 1一個數(shù)據(jù)碼流直接調(diào)制后的信號如下圖所示:Cl)tb)to在“通信原理綜合實驗系統(tǒng)”中，BPSK的調(diào)制工作過程如下：首先輸入數(shù)據(jù)進行Nyquist濾波，濾波后的結果分別送入I、Q兩路支路。因為I、Q兩路信號-樣，本振頻率是一樣的，相位相差180度，所以經(jīng)調(diào)制合路之后仍為BPSK方式。采用直接數(shù)據(jù)（非歸零碼）調(diào)制與成形信號調(diào)制的信號

3、如下圖所示：H歸零碼Tb載波直接調(diào)制成形調(diào)制;Ij1I:'J;I¥420BPSK調(diào)制原理框圖如上VCXXO濾波氐通3.2.1BPS解調(diào)TPN0廠TPN03方框圖PLLBPSK解調(diào)原理框圖如上X90度濾波氐通A/DA/D(TPJ06濾波匹配TPJ05濾波匹配TPMZ072/1取抽點樣鑒相2/1取抽點樣*位定時I TPN02TPN04五、實驗內(nèi)容（一） BPSK調(diào)制1. BPSK調(diào)制基帶信號眼圖觀測當通過選擇菜單激活“匹配濾波”方式時，表示系統(tǒng)按匹配濾波最佳接收機組成，即發(fā)射機端和接收機端采用同樣的開根號升余弦響應濾波器。當未激活“匹配 濾波”方式時，系統(tǒng)為非匹配最佳接收機，整個

4、濾波器滾降特性全部放在發(fā)射機端 完成，但信道成型濾波器特性不變。（1）通過菜單選擇不激活“匹配濾波”方式（未打勾），此時基帶信號頻譜成形濾波器全部放在發(fā)送端。以發(fā)送時鐘（TPM01 ）作同步，觀測發(fā)送信號眼圖（TPiO3）的波形。成型濾波器使用升余弦響應，a =0.4。判斷信號觀察的效果。2. I路和Q路調(diào)制信號的相平面（矢量圖）信號觀察測量I支路（TPi03 ）和Q支路信號（TPi04）李沙育（x-y）波形時，應將示波 器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察 TPi03和TPi04的合成矢量圖，通過菜單 選擇在不同的輸入碼型下進行測量。輸入為m序列，特數(shù)碼序列，0/1碼時李沙育圖如下輸入為

5、全0碼或全1碼時李沙育圖如下由圖可知BPSK兩路信號相同 3. BPSK調(diào)制信號0/n相位測量選擇輸入調(diào)制數(shù)據(jù)為 0 /1碼。用示波器的一路觀察調(diào)制輸出波形（TPK03）,并選用該信號作為示波器的同步信號；示波器的一路連接到調(diào)制參考載波上（TPK06/或TPK07 ）,以此信號作為觀測的參考信號。仔細調(diào)整示波器同步，觀察和驗證調(diào)制載波在數(shù)據(jù)變化點發(fā)生相位0/ n翻轉。4. BPSK調(diào)制信號包絡觀察BPSK調(diào)制為非恒包絡調(diào)制，調(diào)制載波信號包絡具有明顯的過零點。通過本測量讓學生熟悉BPSK調(diào)制信號的包落特征。測量前將模擬鎖相環(huán)模塊內(nèi)的跳線開關KP02設置在TEST位置（右端）。（1） 選擇0/1碼

6、調(diào)制輸入數(shù)據(jù)，觀測調(diào)制載波輸出測試點 TPK03的信號波形。 調(diào)整示波器同步，注意觀測調(diào)制載波的包落變化與基帶信號（TPi03）的相互關系。畫下測量波形。從此圖也可以看出調(diào)制信號就是已調(diào)信號的包絡波形（2） 用特殊碼序列重復上一步實驗，并從載波的包絡上判斷特列碼序列。畫下測量波形。1101010。由于包絡的過零點只有在 0變1或1變0時才會有，所以可能的序列為:也可能為：0010101（二） BPSK解調(diào)1.接收端解調(diào)器眼圖信號觀測（1）首先用中頻電纜連結 KO02和JL02，建立中頻自環(huán)（自發(fā)自收）。測量解調(diào)器I支路眼圖信號測試點 TPJ05 （在 A/D模塊內(nèi)）波形，觀測時用發(fā)時鐘TPM0

7、1作同步。將接收端與發(fā)射端眼圖信號TPi03進行比較，觀測接收眼圖信號有何變化。顯然出現(xiàn)噪聲（2）觀測正交Q支路眼圖信號測試點 TPJ06 （在A/D模塊內(nèi)）波形，比較與TPJ05測試波形有什么不同？根據(jù)電路原理圖，分析解釋其原因。2.解調(diào)器失鎖時的眼圖信號觀測將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關 KL01設置在2_3位置（開環(huán)），使環(huán)路失鎖。觀測失鎖時的解調(diào)器眼圖信號TPJ05，熟悉BPSK調(diào)制器失鎖時的眼圖信號（未張開）。觀測失鎖時正交支路解調(diào)器眼圖信號TPJ06波形。3. 接收端I路和Q路解調(diào)信號的相平面（矢量圖）波形觀察測量I支路（TPJ05）和Q支路信號（TPJ06）李沙育（

8、x-y）波形時，應將示波 器設置在（x-y）方式，可從相平面上觀察 TPJ05和TPJ06的合成矢量圖。在解調(diào)器 鎖定時，其相位矢量圖應為0、n兩種相位。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進行測量，并說明其差異波形都如上圖所示，因噪聲原來的線段平移成了矩陣4. 解調(diào)器失鎖時I路和Q路解調(diào)信號的相平面（矢量圖）波形觀察將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關 KL01設置在2_3位置（右端），使環(huán)路失鎖。觀測接收端失鎖時I路和Q路的合成矢量圖。掌握解調(diào)器時I路和Q路解調(diào)信號的相平面（矢量圖）波形的變化，分析測量結果。失鎖后幅值不確定故形成圓形5. 解調(diào)器抽樣判決點信號觀察選擇輸入測試數(shù)據(jù)為 m序

9、列，用示波器觀察測試模塊內(nèi)抽樣判決點（TPN04）的工作波形（示波器時基設定在25ms）。此時雖然有噪音但仍可以分辨出0碼1碼6. 解調(diào)器失鎖時抽樣判決點信號觀察將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL ）環(huán)路跳線開關 KL01設置在2_3位置，使環(huán)路失鎖。用示波器觀察測試模塊內(nèi)抽樣判決點TPN04信號波形，觀測時示波器時基設定在25ms。熟悉解調(diào)器失鎖時的抽樣判決點信號波形。失鎖后無法判斷0碼1碼7. 差分編碼信號觀測通信原理實驗箱僅對“外部數(shù)據(jù)輸入”方式輸入數(shù)據(jù)提供差分編碼功能。外部數(shù)據(jù)可以來自誤碼儀產(chǎn)生或漢明編碼模塊產(chǎn)生的m序列輸出數(shù)據(jù)。當使用漢明編碼模塊產(chǎn)生的 m序列輸出數(shù)據(jù)時，將漢明編碼模塊中

10、的信號工作跳線器開關SWC01中的H_EN和ADPCM開關去除，將輸入信號跳線開關KC01設置在m序列輸出口 DT_M上（右端）；將漢明譯碼模塊中漢明譯碼使能開關KW03設置在OFF狀態(tài)（右端），輸入信號和時鐘開關 KW01、KW02設置在來自信道 CH位置（左 端）。通過菜單選擇發(fā)送數(shù)據(jù)為“外部數(shù)據(jù)輸入”方式。將漢明編碼模塊中的信號工 作跳線器開關SWC01中M_SEL2跳線器插入，產(chǎn)生 7位周期m序列。用示波器同 時觀察DSP+FPGA模塊內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)信號 TPM02和差分編碼輸出數(shù)據(jù) TPM03 ,分析 兩信號間的編碼關系。記錄測量結果。發(fā)送信號為11001011，對應拆分編碼應為0101

11、110,符合差分編碼的規(guī)則皿=b凋8. 解調(diào)數(shù)據(jù)觀察（1） 在上述設置跳線開關基礎上，用示波器同時觀察DSP+FPGA模塊內(nèi)接收數(shù)據(jù)信號TPM04和發(fā)送數(shù)據(jù)信號TPM02，比較兩數(shù)據(jù)信號進行是否相同一致。測量發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信號的傳輸延時，記錄測量結果。發(fā)送信號與接收信號一致但有一個碼元周期的時延（2）在“外部數(shù)據(jù)輸入”方式下，重復按選擇菜單的確認按鍵，讓解調(diào)器重 新鎖定（存在相位模糊度，會使解調(diào)數(shù)據(jù)反向），觀測解調(diào)器差分譯碼電路是否正確譯碼。發(fā)送接收波形發(fā)生變化，但仍滿足譯碼關系。說明BPSK可以解決相位模糊。9. 解調(diào)器相干載波觀測首先建立中頻自環(huán)， 通過菜單選擇輸入測試數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”

12、或“m序列”。（1）用雙蹤示波器同時測量發(fā)端調(diào)制載波（TPK07 ）和收端恢復相干載波（TPLZ07），并以TPK07作為示波器的同步信號。在環(huán)路正常鎖定時，觀測收發(fā)載波信號的相關關系。AAAAMAA/W* wVVVwwVvv （2） 將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL ）環(huán)路跳線開關 KL01設置在2_3位置（開環(huán)），使環(huán)路失鎖。重復上述測量步驟，觀測在解調(diào)器失鎖時收發(fā)載波信號的相關關系。失鎖后無法提取相干載波（3）將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL ）環(huán)路跳線開關 KL01設置在1_2位置（閉環(huán)），讓解調(diào)器鎖定（如無法鎖定，可按選擇菜單上的確認鍵，讓解調(diào)器重新同步鎖定）。斷開中頻連接電纜，觀測在無

13、輸入信號情況下，解調(diào)器 載波是否與發(fā)端同步。記錄測量結果。斷開電纜同樣無法提取相干載波10. 解調(diào)器相干載波相位模糊度觀測首先建立中頻自環(huán)， 通過菜單選擇輸入測試數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”或“m序列”。用雙蹤示波器同時測量發(fā)端調(diào)制載波（TPK07）和收端恢復相干載波（TPLZ07），并以TPK07作為示波器的同步信號。反復的斷開和接回中頻自環(huán)電纜，觀測兩載波 失步后再同步時之間的相位關系。通過反復插拔中頻電纜，可以看出發(fā)端載波和提取的載波存在兩種關系，同相 和反相，這是由于相位模糊引起的。11. 解調(diào)器相干載波相位模糊度對解調(diào)數(shù)據(jù)的影響觀測首先建立中頻自環(huán)，通過菜單選擇發(fā)送數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”方式。

14、用雙蹤示波器同時比較接收數(shù)據(jù)信號眼圖（TPJ05）和發(fā)送數(shù)據(jù)信號眼圖（TPiO3），并以TPiO3作為示波器的同步信號。不斷的斷開和接回中頻自環(huán)電纜， 觀測收發(fā)眼圖信號。（在“特殊碼序列”方式下，重復按選擇菜單的確認按鍵，讓解調(diào)器重新鎖定。）分析接收時眼圖信號的電平極性發(fā)生反轉的原因。產(chǎn)生相位模糊所以極性發(fā)生反轉12. 解調(diào)器位定時恢復信號調(diào)整鎖定過程觀察TPMZ07為DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時刻，它與TPM01 （發(fā)端時鐘）具有明確 的相位關系。（1）通過菜單選擇輸入測試數(shù)據(jù)為m序列，用示波器同時觀察 TPM01 （觀察時以它作同步）、TPMZ07 （收端最佳判決時刻）之間的相位關系。（2） 不斷按確認鍵（此時僅對DSP位定時環(huán)路初始化），觀察TPMZ07的調(diào) 整過程。(3)斷開S002接收中頻接頭，在沒有接收信號的情況下重復該步實驗，并解釋原因。相位隨機，因為無法提取定時分量六、實驗結論分析1、BPSK解調(diào)時因為噪聲的存在會使沿途眼皮變厚2、相位模糊會造成接受波形極性相反。3、差分編碼可解決載波相位模糊問題七、思考題1、該實驗用到通信系統(tǒng)原理實驗箱中哪些模塊？各模塊的功能是什么？答：測試模塊：測抽樣點信號D/A模塊：調(diào)制電路數(shù)模轉換調(diào)制模塊：用于 BPSK的調(diào)試解調(diào)模塊：用于 BPSK的解調(diào)漢編漢譯模塊：產(chǎn)生差分編碼DSP+FPGA模塊：BPSK調(diào)制和