通信原理實驗-BPSK傳輸

學(xué)生：學(xué)號學(xué)生：學(xué)號：指導(dǎo)教師：日期：上課時間：星期一第三大節(jié)通信原理實驗電子信息工程學(xué)院實驗九BPSK傳輸系統(tǒng)實驗前的準備〔1〕預(yù)習(xí)幀成形及其傳輸電路的構(gòu)成；預(yù)習(xí)自定義幀結(jié)構(gòu)的幀同步系統(tǒng)電路的構(gòu)成。〔2〕熟悉實驗指導(dǎo)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(guān)模塊的跳線狀態(tài)?！?〕實驗前重點掌握的內(nèi)容：了解軟件無線電的根本概念；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。實驗?zāi)康募由顚CM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、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(fù)用和分用過程的理解；實驗儀器〔1〕ZH5001A通信原理綜合實驗系統(tǒng)一臺〔2〕20MHz雙蹤示波器一臺根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，那么傳輸?shù)腂PSK信號為：其中一個數(shù)據(jù)碼流直接調(diào)制后的信號如下列圖所示：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(jié)果分別送入I、Q兩路支路。因為I、Q兩路信號一樣，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)制的信號如下列圖所示：BPSK調(diào)制原理框圖如上BPSK解調(diào)原理框圖如上實驗內(nèi)容〔一〕BPSK調(diào)制BPSK調(diào)制基帶信號眼圖觀測當(dāng)通過選擇菜單激活“匹配濾波”方式時，表示系統(tǒng)按匹配濾波最正確接收機組成，即發(fā)射機端和接收機端采用同樣的開根號升余弦響應(yīng)濾波器。當(dāng)未激活“匹配濾波”方式時，系統(tǒng)為非匹配最正確接收機，整個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。通過菜單項選擇擇不激活“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〔TPi03〕的波形。成型濾波器使用升余弦響應(yīng)，ɑ=0.4。判斷信號觀察的效果。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(yīng)將示波器設(shè)置在〔x-y〕方式，可從相平面上觀察TPi03和TPi04的合成矢量圖，通過菜單項選擇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BPSK調(diào)制信號0/π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/π翻轉(zhuǎn)。BPSK調(diào)制信號包絡(luò)觀察BPSK調(diào)制為非恒包絡(luò)調(diào)制，調(diào)制載波信號包絡(luò)具有明顯的過零點。通過本測量讓學(xué)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(guān)KP02設(shè)置在TEST位置〔右端〕。選擇0/1碼調(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(guān)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(luò)波形用特殊碼序列重復(fù)上一步實驗，并從載波的包絡(luò)上判斷特列碼序列。畫下測量波形。由于包絡(luò)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：1101010。也可能為：0010101〔二〕BPSK解調(diào)接收端解調(diào)器眼圖信號觀測首先用中頻電纜連結(jié)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TPM01作同步。將接收端與發(fā)射端眼圖信號TPi03進行比擬，觀測接收眼圖信號有何變化。顯然出現(xiàn)噪聲觀測正交Q支路眼圖信號測試點TPJ06〔在A/D模塊內(nèi)〕波形，比擬與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。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(guān)KL01設(shè)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。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〔x-y〕波形時，應(yīng)將示波器設(shè)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(yīng)為0、π兩種相位。通過菜單項選擇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(guān)KL01設(shè)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(jié)果。失鎖后幅值不確定故形成圓形解調(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(shè)定在2～5ms〕。此時雖然有噪音但仍可以分辨出0碼1碼解調(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(guān)KL01設(shè)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(shè)定在2～5ms。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(dāng)使用漢明編碼模塊產(chǎn)生的m序列輸出數(shù)據(jù)時，將漢明編碼模塊中的信號工作跳線器開關(guān)SWC01中的H_EN和ADPCM開關(guān)去除，將輸入信號跳線開關(guān)KC01設(shè)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(guān)KW03設(shè)置在OFF狀態(tài)〔右端〕，輸入信號和時鐘開關(guān)KW01、KW02設(shè)置在來自信道CH位置〔左端〕。通過菜單項選擇擇發(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(guān)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(guān)系。記錄測量結(jié)果。發(fā)送信號為11001011，對應(yīng)拆分編碼應(yīng)為0101110，符合差分編碼的規(guī)那么a解調(diào)數(shù)據(jù)觀察在上述設(shè)置跳線開關(guān)根底上，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，比擬兩數(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(jié)果。發(fā)送信號與接收信號一致但有一個碼元周期的時延在“外部數(shù)據(jù)輸入”方式下，重復(fù)按選擇菜單確實認按鍵，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(guān)系。說明BPSK可以解決相位模糊。解調(diào)器相干載波觀測首先建立中頻自環(huán)，通過菜單項選擇擇輸入測試數(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(fù)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(guān)關(guān)系。將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)〔PLL〕環(huán)路跳線開關(guān)KL01設(shè)置在2_3位置〔開環(huán)〕，使環(huán)路失鎖。重復(fù)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(guān)關(guān)系。失鎖后無法提取相干載波將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)〔PLL〕環(huán)路跳線開關(guān)KL01設(shè)置在1_2位置〔閉環(huán)〕，讓解調(diào)器鎖定〔如無法鎖定，可按選擇菜單上確實認鍵，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(jié)果。斷開電纜同樣無法提取相干載波解調(diào)器相干載波相位模糊度觀測首先建立中頻自環(huán)，通過菜單項選擇擇輸入測試數(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(fù)相干載波〔TPLZ07〕，并以TPK07作為示波器的同步信號。反復(fù)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(guān)系。通過反復(fù)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(guān)系，同相和反相，這是由于相位模糊引起的。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)，通過菜單項選擇擇發(fā)送數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”方式。用雙蹤示波器同時比擬接收數(shù)據(jù)信號眼圖〔TPJ05〕和發(fā)送數(shù)據(jù)信號眼圖〔TPi03〕，并以TPi03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(fù)按選擇菜單確實認按鍵，讓解調(diào)器重新鎖定?！撤治鼋邮諘r眼圖信號的電平極性發(fā)生反轉(zhuǎn)的原因。產(chǎn)生相位模糊所以極性發(fā)生反轉(zhuǎn)解調(diào)器位定時恢復(fù)信號調(diào)整鎖定過程觀察TPMZ07為DSP調(diào)整之后的最正確抽樣時刻，它與TPM01〔發(fā)端時鐘〕具有明確的相位關(guān)系。通過菜單項選擇擇輸入測試數(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〔收端最正確判決時刻〕之間的相位關(guān)系。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。斷開S002接收中頻接頭，在沒有接收信號的情況下重復(fù)該步實驗，并解釋原因。相位隨機，因為無法提取定時分量實驗結(jié)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(zhuǎn)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)制和解調(diào)A/D模塊：解調(diào)電路模數(shù)轉(zhuǎn)換