1、實(shí)驗(yàn)二 BPSK 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信號為：其中（二）BPSK解調(diào)接收的BPSK信號可以表示成：為了對接收信號中的數(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)對信號進(jìn)行判決。這就是我們常說的載波恢復(fù)與位定時(shí)恢復(fù)。、 載波恢復(fù)對二相調(diào)相信號中的載波恢復(fù)有很多的方法，最常用的有平方變換法、判決反饋環(huán)等。在BPSK解調(diào)器中，載波恢復(fù)的指標(biāo)主要有：同步建立時(shí)間、保持時(shí)間

2、、穩(wěn)態(tài)相差、相位抖動(dòng)等。本地恢復(fù)載波信號的穩(wěn)態(tài)相位誤差對解調(diào)性能存在影響，若提取的相干載波與輸入載波沒有相位差，則解調(diào)輸出的信號為；若存在相差，則輸出信號下降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：、 位定時(shí)抽樣時(shí)鐘在信號最大點(diǎn)處進(jìn)行抽樣，保證了輸出信號具有最大的信噪比性能，從而也使誤碼率較小。在剛接收到BPSK信號之后，位定時(shí)一般不處于正確的抽樣位置，必須采用一定的算法對抽樣點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)過程稱為位定時(shí)恢復(fù)。常用的位定時(shí)恢復(fù)有：濾波法、數(shù)字鎖相環(huán)等。最后，對通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中最常用的幾個(gè)測量方法作

3、一介紹：眼圖、星座圖與抽樣判決點(diǎn)波形。、眼圖：利用眼圖可方便直觀地估計(jì)系統(tǒng)的性能。示波器的通道接在接收濾波器的輸出端，調(diào)整示波器的水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同步。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，另一通道接Q支路信號，將示波器設(shè)置成X-Y方式。、抽樣判決點(diǎn)波形：是在判決器之前的波形。抽樣判決點(diǎn)波形可以較好地反映最終輸出性能的好壞。抽樣判決點(diǎn)波形上下兩線聚集越好，則系統(tǒng)性能越好，反之越差。（

4、三）DBPSK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。非相干接收機(jī)容易制造而且便宜，因此在無線通信系統(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。但可以觀察抽樣判決點(diǎn)之前的信號波形來判斷接收信號的質(zhì)量與解調(diào)性能。差分BPSK的抽

5、樣判決點(diǎn)波形較相干BPSK要差。 二、實(shí)驗(yàn)儀器1、 JH5001通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺2、 20MHz雙蹤示波器一臺3、 頻譜測量儀一臺三、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眼圖觀察的正確方法，能通過觀察接收眼圖判斷信號的傳輸質(zhì)量；3、 熟悉BPSK調(diào)制載波包落的變化；4、 掌握BPSK載波恢復(fù)特點(diǎn)與位定時(shí)恢復(fù)的基本方法；5、 了解BPSK/DBPSK在噪聲下的基本性能。6、 了解DBPSK差分解調(diào)的基本工作原理；四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)結(jié)果測試前檢查：首先通過菜單將通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)制方式設(shè)置成“BPSK傳輸系統(tǒng)”；用示波器測量TPMZ07測試點(diǎn)的信號，如果有

6、脈沖波形，說明實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已正常工作；如果沒有脈沖波形，則需按面板上的復(fù)位按鈕重新對硬件進(jìn)行初始化。（一）BPSK調(diào)制1. BPSK調(diào)制基帶信號眼圖觀測（1） 通過菜單選擇不激活“匹配濾波”方式（未打勾），此時(shí)基帶信號頻譜成形濾波器全部放在發(fā)送端。以發(fā)送時(shí)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)，=0.4。判斷信號觀察的效果。（2） 通過菜單選擇激活“匹配濾波”方式（打勾），此時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成收發(fā)匹配濾波最佳接收機(jī)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。仔細(xì)觀察和區(qū)別與上述兩種方式下發(fā)送信號眼圖（TPi03）的波形。2. I路和Q路調(diào)制信號的相平面（矢量圖）信號觀察（1） 測量

7、I支路（TPi03）和Q支路信號（TPi04）李沙育（x-y）波形時(shí)，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，其相位矢量圖應(yīng)為0、兩種相位。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測量；結(jié)合BPSK調(diào)制器原理分析測試結(jié)果。（2） 通過菜單選擇“匹配濾波”方式設(shè)置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。仔細(xì)觀察和區(qū)別兩種方式下矢量圖信號。3. BPSK調(diào)制信號0/相位測量選擇輸入調(diào)制數(shù)據(jù)為01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(xì)調(diào)整示波器

8、同步，觀察和驗(yàn)證調(diào)制載波在數(shù)據(jù)變化點(diǎn)發(fā)生相位0/翻轉(zhuǎn)。4. 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(diǎn)。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）。（1） 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(diǎn)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。（2） 用特殊碼序列重復(fù)上一步實(shí)驗(yàn)，并從載波的包絡(luò)上判斷特列碼序列。畫下測量波形。（3） 用m序列重復(fù)上一步實(shí)驗(yàn)，觀測載波的包絡(luò)變化。5. BPSK調(diào)制信號頻譜測量測量時(shí)，用一條中頻電纜將頻譜儀連結(jié)接到調(diào)制器的KO

9、02端口。調(diào)整頻譜儀中心頻率為1.024MHz，掃描頻率為10KHz/DIV，分辨率帶寬為110KHz左右，調(diào)整頻率儀輸入信號衰減器和掃描時(shí)間為合適位置。通過菜單選擇m序列碼輸入數(shù)據(jù)，觀測BPSK信號頻譜。測量調(diào)制頻譜占用帶寬、電平等，記錄實(shí)際測量結(jié)果，畫下測量波形。（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(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(diǎn)TPJ05（在A/D模塊內(nèi)）波形，觀測時(shí)用發(fā)時(shí)鐘TPM01作同步。將接收端與發(fā)射端眼圖信號TPI03進(jìn)行比較，觀測接收眼圖信號有何變化（有噪聲）。（2） 觀測正交Q支路眼圖信號測試點(diǎn)

10、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。（3） 測試模塊中的TPN02測試點(diǎn)為接收端經(jīng)匹配濾波器之后的眼圖信號觀測點(diǎn)。通過菜單選擇“匹配濾波”方式設(shè)置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。解釋為什么發(fā)端眼圖已發(fā)生變化，而收端TPN02的眼圖沒有發(fā)生變化（僅電平變化）。2. 解調(diào)器失鎖時(shí)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(shí)的解調(diào)器眼圖信號TPJ05，熟悉BPSK調(diào)制器失鎖時(shí)的眼圖信號（未張開）。觀測失鎖時(shí)正交支路解調(diào)器眼圖信號TPJ06波形。注意：將示波器時(shí)基從正常位置調(diào)整2

11、5ms/DIV對比觀測。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（x-y）波形時(shí)，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(shí)，其相位矢量圖應(yīng)為0、兩種相位。通過菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測量；結(jié)合BPSK解調(diào)器原理分析測試結(jié)果。4. 解調(diào)器抽樣判決點(diǎn)信號觀察（1） 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(diǎn)（TPN04）的工作波形（示波器時(shí)基設(shè)定在25ms）。（2） TPMZ07為接收端DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時(shí)刻。用示波器同時(shí)觀察TPMZ07（觀

12、察時(shí)以此信號作同步）和觀察抽樣判決點(diǎn)TPN04信號波形之間的相位關(guān)系。5. 解調(diào)器失鎖時(shí)抽樣判決點(diǎn)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(diǎn)TPN04信號波形，觀測時(shí)示波器時(shí)基設(shè)定在25ms。熟悉解調(diào)器失鎖時(shí)的抽樣判決點(diǎn)信號波形。（三）DBPSK調(diào)制1. 差分編碼觀測通信原理實(shí)驗(yàn)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(shí)，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

13、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(shí)鐘開關(guān)KW01、KW02設(shè)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。（1） 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(shí)觀察DSP+FPGA模塊內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)信號TPM02（或漢明編碼模塊TPC04輸出的m碼序列）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。（2） 將漢明編碼模塊中的信號工作跳線器開關(guān)SWC01中M_SEL2和M_SEL2跳線器都插

14、入，產(chǎn)生15位周期m序列，重復(fù)上述測量步驟。記錄測量結(jié)果。2. DBPSK調(diào)制信號0/相位測量選擇輸入調(diào)制數(shù)據(jù)為01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(xì)調(diào)整示波器同步，觀察和驗(yàn)證調(diào)制載波在數(shù)據(jù)變化點(diǎn)發(fā)生相位0/翻轉(zhuǎn)。3. DBPSK調(diào)制信號頻譜測量測量時(shí)，用一條中頻電纜將頻譜儀連結(jié)接到調(diào)制器的KO02端口。調(diào)整頻譜儀中心頻率為1.024MHz，掃描頻率為10KHz/DIV，分辨率帶寬為110KHz左右，調(diào)整頻率儀輸入信號衰減器和掃描時(shí)間為合適位置。通過菜

15、單選擇m序列碼輸入數(shù)據(jù)，觀測DBPSK信號頻譜。測量調(diào)制頻譜占用帶寬、電平等，記錄實(shí)際測量結(jié)果，畫下測量波形。（四）DBPSK解調(diào)1. 接收端解調(diào)眼圖信號觀測（1） 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(diǎn)TPJ05（在A/D模塊內(nèi)）波形，觀測時(shí)用發(fā)時(shí)鐘TPM01作同步。（2） 將跳線開關(guān)KL01設(shè)置在2_3位置，調(diào)整電位器WL01以改變收發(fā)頻差，重復(fù)上述測量步驟（示波器時(shí)基設(shè)定在25ms），并分析測試結(jié)果。（3） 觀測正交Q支路眼圖信號測試點(diǎn)TPJ06（在A/D模塊內(nèi)）波形。了解BPSK解調(diào)器失鎖時(shí)的眼圖信號測量內(nèi)容，分析解釋其原因。（4

16、） 測試模塊中的TPN02測試點(diǎn)為接收端經(jīng)匹配濾波器之后的眼圖信號觀測點(diǎn)。通過菜單選擇“匹配濾波”方式設(shè)置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。2. 解調(diào)器抽樣判決點(diǎn)信號觀察（1） 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(diǎn)（TPN04）的工作波形（示波器時(shí)基設(shè)定在25ms）。（2） 將跳線開關(guān)KL01設(shè)置在2_3位置，調(diào)整電位器WL01以改變收發(fā)頻差，觀察對抽樣判決點(diǎn)信號波形有無影響。（3） TPMZ07為接收端DSP調(diào)整之后的最佳抽樣時(shí)刻。用示波器同時(shí)觀察TPMZ07（觀察時(shí)以此信號作同步）和觀察抽樣判決點(diǎn)TPN04波形（抽樣判決點(diǎn)信號）的之間的相位關(guān)系。3. 解調(diào)數(shù)據(jù)觀察（1） 在上述設(shè)置跳線開關(guān)基礎(chǔ)上，用示波器同時(shí)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(jìn)行是否相同一致（正常差分譯碼）。（2） 通過菜單選擇發(fā)送數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”