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1、实验三 BPSK 传输系统综合实验一、实验原理（一）BPSK 调制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： )2cos()(cbfTEtS其中 180mc（二）BPSK 解调接收的 BPSK 信号可以表示成： )2cos()(cbfTEtaR为了对接收信号中的数据进行正确的解调，这要求在接收机端知道载波的相位和频率信息，同时还要在正确时间点对信号进行判决。这就是我们常说的载波恢复与位定时恢复。、 载波恢复对二相调相信号中的载波恢复有很多的方法，最常用的有平方变换
2、法、判决反馈环等。在 BPSK 解调器中，载波恢复的指标主要有：同步建立时间、保持时间、稳态相差、相位抖动等。本地恢复载波信号的稳态相位误差对解调性能存在影响，若提取的相干载波与输入载波没有相位差，则解调输出的信号为 ；若存在相差 ，则输出信号21)( bTEta下降 cos2 倍，即输出信噪比下降 cos2，其将影响信道的误码率性能，使误码增加。对BPSK 而言，在存在载波恢复稳态相差时信道误码率为： cos210NEerfPb、 位定时抽样时钟在信号最大点处进行抽样，保证了输出信号具有最大的信噪比性能，从而也使误码率较小。在刚接收到 BPSK 信号之后，位定时一般不处于正确的抽样位置，必须
3、采用一定的算法对抽样点进行调整，这个过程称为位定时恢复。常用的位定时恢复有：滤波法、数字锁相环等。最后，对通信原理综合实验系统中最常用的几个测量方法作一介绍：眼图、星座图与抽样判决点波形。、眼图：利用眼图可方便直观地估计系统的性能。示波器的通道接在接收滤波器的输出端，调整示波器的水平扫描周期，使其与接收码元的周期同步。在荧光屏上看到显示的图型很像人的眼睛，所以称为眼图。2、星座图：与眼图一样，可以较为方便地估计出系统的性能，同时它还可以提供更多的信息，如 I、Q 支路的正交性、电平平衡性能等。星座图的观察方法如下：用一个示波器的一个通道接收 I 支路信号，另一通道接 Q 支路信号，将示波器设置
4、成 X-Y 方式。、抽样判决点波形：是在判决器之前的波形。抽样判决点波形可以较好地反映最终输出性能的好坏。抽样判决点波形上下两线聚集越好，则系统性能越好，反之越差。（三）DBPSK 调制与解调由于 BPSK 相干载波恢复可能出现相位模糊，所以实用中经常采用 DBPSK 调制，是相移键控的非相干形式，它不需要在接收机端恢复相干参考信号。非相干接收机容易制造而且便宜，因此在无线通信系统中被广泛使用。在 DBPSK 系统中，输入的二进制序列先差分编码，然后再用 BPSK 调制器调制。差分编码原理为： )(1()nban虽然 DBPSK 差分解调降低了接收机复杂度的优点，但它的能量效率比相干 BPSK
5、 低3dB。在加性高斯白噪声环境中，平均错误概率如下所示：)exp(210NEPb在 DBPSK 方式中，由于不需要恢复载波，因而不能观察到接收端的眼图信号。但可以观察抽样判决点之前的信号波形来判断接收信号的质量与解调性能。差分 BPSK 的抽样判决点波形较相干 BPSK 要差。 二、实验仪器1、 JH5001 通信原理综合实验系统 一台2、 20MHz 双踪示波器 一台3、 频谱测量仪 一台三、实验目的1、 掌握 BPSK 调制和解调的基本原理；2、 掌握 BPSK 调制的方法3、 掌握 BPSK 载波恢复特点与位定时恢复的基本方法；4、 掌握 BPSK 检测的方法，弄懂为什么会产生相位模糊
6、5、 掌握差分编码的方法6、 熟悉 BDPSK 差分检测的基本工作原理；7、 了解 BPSK/BDPSK 在高斯白噪声下的基本性能。四、实验内容与实验结果测试前检查：首先通过菜单将通信原理综合实验系统调制方式设置成“BPSK 传输系统” ；用示波器测量 TPMZ07 测试点的信号，如果有脉冲波形，说明实验系统已正常工作；如果没有脉冲波形，则需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。（一）BPSK 调制1. BPSK 调制基带信号眼图观测（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）
7、的波形。成型滤波器使用升余弦响应，=0.4。判断信号观察的效果。（2） 通过菜单选择激活“匹配滤波”方式（打勾） ，此时系统构成收发匹配滤波最佳接收机，重复上述实验步骤。仔细观察和区别与上述两种方式下发送信号眼图（TPi03）的波形。2. I 路和 Q 路调制信号的相平面（矢量图）信号观察（1） 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，其相位矢量图应为 0、 两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量；结合BPSK 调制器原理分析测试结果。（2） 通过
8、菜单选择“匹配滤波”方式设置，重复上述实验步骤。仔细观察和区别两种方式下矢量图信号。3. BPSK 调制信号 0/ 相位测量选择输入调制数据为 01 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/ 翻转。4. ()BPSK 调制信号包络观察BPSK 调制为恒包络调制，由于波形成形实现电路的局限性，已调信号包络具有明显的过零点。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
9、） 。（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络变化与基带信号（TPi03）的相互关系。画下测量波形。（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殊码序列。画下测量波形。（3） 用 m 序列重复上一步实验，观测载波的包络变化。5. BPSK 调制信号频谱测量测量时，用一条中频电缆将频谱仪连结接到调制器的 KO02 端口。调整频谱仪中心频率为 1.024MHz，扫描频率为 10KHz/DIV，分辨率带宽为 110KHz 左右，调整频率仪输入信号衰减器和扫描时间为合适位置。通过菜单选择 m 序列码输入数
10、据，观测 BPSK 信号频谱。测量调制频谱占用带宽、电平等，记录实际测量结果，画下测量波形。（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（有噪声） 。（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。（3） 测试模块中的 TPN02
11、测试点为接收端经匹配滤波器之后的眼图信号观测点。通过菜单选择“匹配滤波”方式设置，重复上述实验步骤。解释为什么发端眼图已发生变化，而收端 TPN02 的眼图没有发生变化（仅电平变化） 。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。注意：将示波器时基从正常位置调整 25ms/DIV 对比观测。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
12、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、 两种相位。通过菜单选择在不同的输入码型下进行测量；结合 BPSK解调器原理分析测试结果。4. 解调器抽样判决点信号观察（1） 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 25ms） 。（2） TPMZ07 为接收端 DSP 调整之后的最佳抽样时刻。用示波器同时观察TPMZ07（观察时以此信号作同步）和观察抽样判决点 TPN04
13、 信号波形之间的相位关系。5. 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25ms 。熟悉解调器失锁时的抽样判决点信号波形。（三）DBPSK 调制1. 差分编码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
14、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。（1） 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（或汉明编码模块 TPC04 输出的 m 码序列）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。（2） 将汉明编码模块中的信号工作跳线器
15、开关 SWC01 中 M_SEL2 和 M_SEL2 跳线器都插入，产生 15 位周期 m 序列，重复上述测量步骤。记录测量结果。2. DBPSK 调制信号 0/ 相位测量选择输入调制数据为 01 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/ 翻转。3. DBPSK 调制信号频谱测量测量时，用一条中频电缆将频谱仪连结接到调制器的 KO02 端口。调整频谱仪中心频率为 1.024MHz，扫描频率为
16、10KHz/DIV，分辨率带宽为 110KHz 左右，调整频率仪输入信号衰减器和扫描时间为合适位置。通过菜单选择 m 序列码输入数据，观测 DBPSK 信号频谱。测量调制频谱占用带宽、电平等，记录实际测量结果，画下测量波形。（四）DBPSK 解调1. 接收端解调眼图信号观测（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。（2） 将跳线开关 KL01 设置在 2_3 位置，调整电位器 WL01 以改变收发频差，重复上述测量步骤（示波器时基设定在 25ms） ，并分析测试结果。（3） 观测正交 Q 支路眼图信号测试点 TPJ06（在 A/D 模块内）波形。联系 BPSK解调器失锁时的眼图信号测量内容，分析解释其原因。（4） 测试模块中的 TPN02 测试点为接收端经匹配滤波器之后的眼图信号观测点。通
