實(shí)驗(yàn)二-BPSK、BDPSK傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(新)

1、實(shí)驗(yàn)二 BPSK/BDPSK 數(shù)字傳輸系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)原理（一）BPSK調(diào)制理論上二進(jìn)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(hào)m（1、0碼）而改變，通常這兩個(gè)相位相差180°。如果每比特能量為Eb，則傳輸?shù)腂PSK信號(hào)為：其中（二）BPSK解調(diào)接收的BPSK信號(hào)可以表示成：為了對(duì)接收信號(hào)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的解調(diào)，這要求在接收機(jī)端知道載波的相位和頻率信息，同時(shí)還要在正確時(shí)間點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行判決。這就是我們常說(shuō)的載波恢復(fù)與位定時(shí)恢復(fù)。、 載波恢復(fù)對(duì)二相調(diào)相信號(hào)中的載波恢復(fù)有很多的方法，最常用的有平方環(huán)法、判決反饋環(huán)。在BPSK解調(diào)器中，載波恢復(fù)的指標(biāo)主要有：同步建立

2、時(shí)間、保持時(shí)間、穩(wěn)態(tài)相差、相位抖動(dòng)等。本地恢復(fù)載波信號(hào)的穩(wěn)態(tài)相位誤差對(duì)解調(diào)性能存在影響，對(duì)于BPSK接收信號(hào)為：而恢復(fù)的相干載波為，經(jīng)相乘器、低通濾波后輸出的信號(hào)為：若提取的相干載波與輸入載波沒(méi)有相位差，即=0，則解調(diào)輸出的信號(hào)為；若存在相差，則輸出信號(hào)下降cos2倍，即輸出信噪比下降cos2，其將影響信道的誤碼率性能，使誤碼增加。對(duì)BPSK而言，在存在載波恢復(fù)穩(wěn)態(tài)相差時(shí)信道誤碼率為：為了提高BPSK的解調(diào)性能，一般盡可能地減小穩(wěn)態(tài)相差，在實(shí)際中一般要求其小于50。改善這方面的性能一般可通過(guò)提高路環(huán)路的開(kāi)環(huán)增益、減少環(huán)路時(shí)延。當(dāng)然在提高環(huán)路增益的同時(shí)，對(duì)環(huán)路的帶寬可能產(chǎn)生影響。、 位定時(shí)對(duì)于接

3、收的BPSK信號(hào)，與本地相干載波相乘并經(jīng)匹配濾波之后，在什么時(shí)刻對(duì)該信號(hào)進(jìn)行抽樣、判決，這一功能主要由位定時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后，對(duì)通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中最常用的幾個(gè)測(cè)量方法作一介紹：眼圖、星座圖與抽樣判決點(diǎn)波形。（）眼圖：利用眼圖可方便地估計(jì)系統(tǒng)的性能。對(duì)眼圖的測(cè)試方法如下：用示波器的同步輸入通道接收碼元的時(shí)鐘信號(hào)，用示波器的另一通道接在系統(tǒng)接收濾波器的輸出端（例如I支路），然后調(diào)整示波器的水平掃描周期（或掃描頻率），使其與接收碼元的周期同步。這時(shí)就可以在熒光屏上看到顯示的圖型很像人的眼睛，所以稱為眼圖。（2）星座圖：與眼圖一樣，可以較為方便地估計(jì)出系統(tǒng)的性能，同時(shí)它還可以提供更多的信息，如I、Q支

4、路的正交性、電平平衡性能等。星座圖的觀察方法如下：用一個(gè)示波器的一個(gè)通道接收I支路信號(hào)，另一通道接Q支路信號(hào)，將示波器設(shè)置成X-Y方式，這時(shí)就可以在熒光屏上看到如圖4.2-10所示的星座圖。（）判決點(diǎn)波形：是在判決器之前的波形。判決點(diǎn)波形可以較好地反映最終輸出性能的好壞。判決點(diǎn)波形上下兩線聚集越好，則系統(tǒng)性能真好，反之越差。（三）BDPSK調(diào)制與解調(diào)由于BPSK相干載波恢復(fù)可能出現(xiàn)相位模糊，所以實(shí)用中經(jīng)常采用DBPSK調(diào)制，是相移鍵控的非相干形式，它不需要在接收機(jī)端恢復(fù)相干參考信號(hào)。非相干接收機(jī)容易制造而且便宜，因此在無(wú)線通信系統(tǒng)中被廣泛使用。在DBPSK系統(tǒng)中，輸入的二進(jìn)制序列先差分編碼，然

5、后再用BPSK調(diào)制器調(diào)制。差分編碼原理為：雖然DBPSK差分解調(diào)降低了接收機(jī)復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)，但它的能量效率比相干BPSK低3dB。在加性高斯白噪聲環(huán)境中，平均錯(cuò)誤概率如下所示：在DBPSK方式中，由于不需要恢復(fù)載波，因而不能觀察到接收端的眼圖信號(hào)。但可以觀察抽樣判決點(diǎn)之前的信號(hào)波形來(lái)判斷接收信號(hào)的質(zhì)量與解調(diào)性能。差分BPSK的抽樣判決點(diǎn)波形較相干BPSK要差。 二、實(shí)驗(yàn)儀器1、 JH5001-4實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)2、 20MHz雙蹤示波器一臺(tái)3、 頻譜測(cè)量?jī)x一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握BPSK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2、 掌握BPSK調(diào)制的方法3、 掌握BPSK載波恢復(fù)特點(diǎn)與位定時(shí)恢復(fù)的基本方法；4、 掌握

6、BPSK檢測(cè)的方法，弄懂為什么會(huì)產(chǎn)生相位模糊5、 掌握差分編碼的方法6、 熟悉BDPSK差分檢測(cè)的基本工作原理；7、 了解BPSK/BDPSK在高斯白噪聲下的基本性能。四、 實(shí)驗(yàn)步驟（一）BPSK調(diào)制1、 將JH5001-4 平臺(tái)調(diào)制和解調(diào)模塊的所有短路器均置于1-2連接，用排線連接CZ01-A和CZ01-B，CZ02-A和CZ02-B、CZ03-A和CZ03-B。2、 按1.12節(jié)中的方式將JH5001-4 平臺(tái)設(shè)置成“BPSK模式”。3、 檢查DSP是否正常工作：測(cè)量TP413的波形，如果有脈沖波形，說(shuō)明DSP已正常工作；如果沒(méi)有脈沖波形，則DSP沒(méi)有正常工作，需按面板上的復(fù)位按鈕重新對(duì)硬

7、件進(jìn)行初始化。4、 在“菜單”中分別選擇不同的輸入碼型：（） 外部數(shù)據(jù)（） 全1碼（） 全0碼（） 0/1碼（） 特殊碼序列（） m序列碼5、 檢查DSP是否正常工作：測(cè)量TP413的波形，如果有脈沖波形，說(shuō)明DSP已正常工作；如果沒(méi)有脈沖波形，則DSP沒(méi)有正常工作，需按面板上的復(fù)位按鈕重新對(duì)硬件進(jìn)行初始化。6、 觀察眼圖：將K701置于左端（1、2）。（1）單獨(dú)觀察測(cè)量點(diǎn)TP803的眼圖；（2）以測(cè)量點(diǎn)TP401進(jìn)行同步，觀察測(cè)量點(diǎn)TP803的波形。判斷信號(hào)觀察的效果。7、 取消“BPSK模式”的“匹配濾波設(shè)置”，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟4。8、 觀察測(cè)量點(diǎn)TP803、TP804的x-y波形, 即李沙育

8、圖形。9、 BPSK調(diào)制信號(hào)觀察：將輸入數(shù)據(jù)選擇為01碼，用示波器觀察TP904的調(diào)制波形，觀察相位翻轉(zhuǎn)。用特殊碼序列重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，并判斷特殊碼序列。10、 BPSK調(diào)制信號(hào)頻譜測(cè)量測(cè)量時(shí)，用一條中頻電纜將示波器CH1連結(jié)接到調(diào)制器的SO01端口，按下MATH（即Fourier 變換）。調(diào)整中心頻率為1.024MHz，掃描頻率為10KHz/DIV，分辨率帶寬為110KHz左右，調(diào)整輸入信號(hào)衰減器和掃描時(shí)間為合適位置。通過(guò)菜單選擇m序列碼輸入數(shù)據(jù)，觀測(cè)BPSK信號(hào)頻譜。測(cè)量調(diào)制頻譜占用帶寬、電平等，記錄實(shí)際測(cè)量結(jié)果，畫下測(cè)量波形。（二）BPSK解調(diào)1、 將JH5001-4 平臺(tái)調(diào)制和解調(diào)模塊的所有

9、短路器均置于1-2連接，用排線連接CZ01-A和CZ01-B，CZ02-A和CZ02-B、CZ03-A和CZ03-B，CZ04-A和CZ04-B。2、 按1.12節(jié)中的方式將JH5001-4 平臺(tái)設(shè)置成“BPSK模式”。3、 在菜單中選擇不同的輸入碼型；4、 在“JH5001-4 平臺(tái)” 中, 用中頻電纜連接S001、S002，使其在中頻上進(jìn)行自環(huán)連接，即自發(fā)自收。5、 檢查DSP是否正常工作：測(cè)量TP413的波形，如果有脈沖波形，說(shuō)明DSP已正常工作；如果沒(méi)有脈沖波形，則DSP沒(méi)有正常工作，需按面板上的復(fù)位按鈕重新對(duì)硬件進(jìn)行初始化。6、 李沙育圖形觀察：用雙蹤示波器觀察測(cè)量點(diǎn)TP605、TP

10、606兩點(diǎn)的X-Y波形。7、 鑒相特性觀察：將跳線開(kāi)關(guān)K701設(shè)置在2-3位置，調(diào)整電位器W701以改變收發(fā)頻差，觀察鑒相點(diǎn)TP505測(cè)量點(diǎn)的波形。8、 接收眼圖觀察：以位定時(shí)TP402（恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)）測(cè)量點(diǎn)作同步，觀察測(cè)量點(diǎn)TP605的接收眼圖。9、 匹配濾波特性觀察：（1）以位定時(shí)TP402作同步，觀察TP502、TP503測(cè)量點(diǎn)的接收眼圖，并對(duì)該兩點(diǎn)波形進(jìn)行解釋。（2）用雙蹤示波器觀察TP502、TP503兩測(cè)量點(diǎn)的X-Y波形, 即李沙育圖形。并同步驟6的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。（3）選擇匹配濾波，重復(fù)該實(shí)驗(yàn)。解釋為什么發(fā)端眼圖已發(fā)生變化，而收端TP502的眼圖沒(méi)有發(fā)生變化。10、 判決點(diǎn)觀察

11、：用示波器觀察測(cè)量點(diǎn)的判決點(diǎn)TP510的工作波形。11、 解調(diào)數(shù)據(jù)觀察：用示波器觀察測(cè)量點(diǎn)TP103的接收數(shù)據(jù)信號(hào)。12、 位定時(shí)調(diào)整觀察：TP413為DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時(shí)刻，它與TP401具有明確的相位關(guān)系。（1） 在輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為m序列時(shí)，用示波器同時(shí)觀察TP401（發(fā)端時(shí)鐘，觀察時(shí)以它作同步）、TP413（收端最佳判決時(shí)刻）之間的相位關(guān)系。（2） 不斷按確認(rèn)鍵（此時(shí)僅對(duì)DSP位定時(shí)環(huán)路初始化），觀察TP413的調(diào)整過(guò)程。（3） 在測(cè)試數(shù)據(jù)為全1或全0碼時(shí)重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，并解釋原因。（4） 斷開(kāi)S002接收中頻接頭，在沒(méi)有接收信號(hào)的情況下重復(fù)該步實(shí)驗(yàn)，并解釋原因。13、 以TP101（發(fā)

12、送時(shí)鐘）信號(hào)為同步，在不同的測(cè)試碼序列下測(cè)量TP102（接收時(shí)鐘）的抖動(dòng)情況，為什么在全0或全1碼下觀察不到位定時(shí)的抖動(dòng)。（三）BDPSK調(diào)制與解調(diào)1、 將JH5001-4 平臺(tái)調(diào)制和解調(diào)模塊的所有短路器均置于1-2連接。用排線連接CZ01-A和CZ01-B，CZ02-A和CZ02-B、CZ03-A和CZ03-B，CZ04-A和CZ04-B2、 按1.12節(jié)中的方式將JH5001-4 平臺(tái)設(shè)置成“差分BPSK模式”。3、 在該方式下只提供m序列輸入碼型；4、 在“JH5001-4 平臺(tái)” 中, 用中頻電纜連接S001、S002，使其在中頻上進(jìn)行自環(huán)連接，即自發(fā)自收。5、 檢查DSP是否正常工作

13、：測(cè)量TP413的波形，如果有脈沖波形，說(shuō)明DSP已正常工作；如果沒(méi)有脈沖波形，則DSP沒(méi)有正常工作，需按面板上的復(fù)位按鈕重新對(duì)硬件進(jìn)行初始化。6、 李沙育圖形觀察：用雙蹤示波器觀察TP605、TP606兩測(cè)量點(diǎn)的X-Y波形。7、 接收眼圖觀察：以位定時(shí)TP402測(cè)量點(diǎn)作同步，觀察測(cè)量點(diǎn)TP605的接收眼圖。此時(shí)為什么看不到眼圖。8、 判決點(diǎn)觀察：用示波器觀察測(cè)量點(diǎn)判決點(diǎn)TP510的工作波形。9、 位定時(shí)調(diào)整觀察：TP413為DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時(shí)刻，它與TP401具有明確的相位關(guān)系。（1） 在輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為m序列時(shí)，用示波器同時(shí)觀察TP401（發(fā)端時(shí)鐘，觀察時(shí)以它作同步）、TP413（收端最佳判決時(shí)刻）之間的相位關(guān)系。（2） 不斷按確認(rèn)鍵（此時(shí)僅對(duì)DSP位定時(shí)環(huán)路初始化），觀察TP413