BPSK传输系统.doc

通信原理实验通信原理实验 BPSKBPSK 传输系统传输系统 学生 XX 学号 122110XX 指导教师 王 琴 同组成员 00 日期 2014 年 12 月 上课时间 星期 三 第 四 大节 14 00 16 00 目录目录 一 实验目的 1 二 实验仪器 1 三 BPSK 传输系统实验电路的构成 1 1 BPSK 调制信号产生电路 1 2 BPSK 解调电路 2 四 实验内容 2 一 BPSK 调制 2 1 BPSK 调制基带信号眼图测试 2 2 同相 I 支路和正交 Q 支路调制信号相平面矢量图测试 3 3 BPSK 调制信号 0 相位反转点的测量 5 4 BPSK 调制信号包络观察 6 二 BPSK 解调 7 1 接收端解调器眼图信号观测 7 3 接收端同相 I 支路和正交 Q 支路解调信号的相平面波形测试 7 4 解调器失锁时同相 I 支路和正交 Q 支路解调信号相平面波形测试 8 5 解调器判决前抽样点信号观察 9 6 解调器失锁时判决前抽样点信号观察 9 7 差分编码信号的测试 10 8 解调数据观察 11 9 解调器相干载波观测 12 10 解调器相干载波相位模糊度的测试 13 11 解调器相干载波相位模糊对解调数据影响的观测 13 五 思考题 14 参考文献 14 1 姓名 姓名 XXXX 学号 学号 122110XX122110XX 班级 班级 通信通信 12XX12XX 第第十一十一周周 星期星期三三 第第四四大节大节 实验名称 实验名称 BPSKBPSK 传输系统传输系统 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉软件无线电 BPSK 调制和解调原理 2 掌握 BPSK 调制产生 传输和解调过程 3 掌握 BPSK 正交调制解调的基本原理和实现方法 4 了解数字基带波形时域形成的原理和方法 5 掌握 BPSK 眼图的正确测试方法 能通过观察接受眼图判断信号的传输质量 6 加深对 BPSK 调制 解调中现象和问题的理解 7 加深对载波提取和位同步提取概念的理解 二 实验仪器二 实验仪器 1 ZH5001A 通信系统原理试验箱 一台 2 20MHZ 双踪示波器 一台 三 三 BPSK 传输系统实验电路的构成传输系统实验电路的构成 1 BPSK 调制信号产生电路调制信号产生电路 BPSK 调制信号产生电路如下图 在图中 虚线部分是用 FPGA 芯片完成的 只有当选择外 部数据时 才可以用外部信号源 除此之外 其他输入信号均在 FPGA 芯片内部完成 得分 2 2 BPSK 解调电路解调电路 BPSK 解调电路如下图 图中的信号处理过程 在 A D 转换前均用硬件来完成 在 A D 转换 后的各部分 均用 FPGA 芯片来完成 实验中的 BPSK 解调是同步解调 因此解调电路中都 设计了载波提取和位定时提取电路 四 实验内容四 实验内容 实验前准备如下 首先通过菜单将试验系统的调制方式设置成 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 说明试验系统已正常工作 如果没有脉 冲 则需按面板上的复位键对硬件进行初始化 一 一 BPSK 调制调制 1 BPSK 调制基带信号眼图测试调制基带信号眼图测试 当通过选择菜单激活 匹配滤波 方式时 表示系统按匹配滤波最佳接受机组成 即发射 机端和接收机端采用同样的平方根余弦响应滤波器 当未激活 匹配 滤波 方式时 系统 为非匹配最佳接收机 整个滤波器滚降特性全部放在发射机端完成 但信道成型滤波器特 性不变 1 通过菜单选择不激活 匹配滤波 方式 未打钩 此时基带信号频谱成形滤波器全部 放在发送端 选择输入信号为 m 序列 以发送时钟 TPM01 作同步 测试 TPi03 波形 TPi03 就是发送信号眼图波形 此时测试得到波形选用的是滚降系数 0 4 的升余弦成形 滤波器 3 从示波器中可以看到眼图 因为 M 序列是随机信号 2 同相 同相 I 支路和正交支路和正交 Q 支路调制信号相平面矢量图测试支路调制信号相平面矢量图测试 观察测量 I 支路 TPi03 和 Q 支路信号 TPi04 李沙育波形时 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 通过菜单选择不同的输入码型 观察并记 录测试结果 输入码型为 m 码 其波形如下 两路信号是相同的 所以李沙育图形是一条斜率为 1 的直线 输入码型为全 1 码 其波形如下 TPM01 TPi03 4 输入码型为全 0 码 其波形如下 0 1 码 两路信号是相同的 所以李沙育图形是一条斜率为 1 的直线 5 3 BPSK 调制信号调制信号 0 相位反转点的测量相位反转点的测量 先将跳线开关 KP02 设置在 T 位置 右端 通过菜单选择输入调制数据为 0 1 码 用示波 器的一个通道观察已调制信号输出 TPK03 并选用该通道信号作为示波器的同步信号 示 波器的另一通道连接到调制参考载波 TPK06 或 TPK07 以载波信号作为观测的参考信号 仔细调整示波器同步 观察和验证已调信号在调制数据 0 1 变化点发生相位 0 翻转情况 记录测试结果 通道连接到调制参考载波 TPK06 其波形如下 从示波器中可以看到 归零点左边 已调制信号和调制参考载波反相 归零点右边 已调 制信号和调制参考载波同相 通道连接到调制参考载波 TPK07 其波形如下 TPK06 TPK03 6 从示波器中可以看到 归零点左边 已调制信号和调制参考载波同相 归零点右边 已调 制信号和调制参考载波反相 4 BPSK 调制信号包络观察调制信号包络观察 实验中的 BPSK 调制为非恒包络信号 已调信号的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 T 位置 右端 1 通过菜单选择 0 1 码作为调制输入数据 观测已调信号输出测试点 TPK03 的信号波 形 调整示波器的同步 注意观察已调信号的包络变化与调制信号 TPi03 的相互关系 画 出测量波形 0 1 码作为调制输入数据 其波形如下 0 1 码作为调制输入数据 已调制信号包络和调制信号包络相同 2 用特殊码序列重复步骤 1 实验 画下测量波形 并从已调信号的包络上判断特殊 码序列的可能值 TPK03 TPi03 7 特殊码作为调制输入数据 已调制信号包络和调制信号包络相反 二 二 BPSK 解调解调 1 接收端解调器眼图信号观测 接收端解调器眼图信号观测 1 首先用中频电缆连接 KO02 和 JL02 建立中频通路 测量解调器同相 I 支路眼图信号 测试点 TPJ05 在 A D 模块内 波形 观测时用发始终 TPM01 作同步 将接收端与发送端 眼图信号 TPi03 进行比较 说明接受眼图信号有何变化 观察接收端眼图 眼皮较厚 质量没有发送端的好 3 接收端同相 接收端同相 I 支路和正交支路和正交 Q 支路解调信号的相平面波形测试支路解调信号的相平面波形测试 将示波器设置在 x y 方式 将示波器的两个通道分别接到 I 支路 TPJ05 测试点和 Q 支路 TPJ06 测试点 即可得到 TPJ05 和 TPJ06 的合成矢量图 也就是李沙育波形图 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 并说明其差异 输入码型为 m 码时 其波形如下 左边输入是特殊序列 右边输入是 m 序列 Q 支路没有信号 所以李沙育图形是一条竖的 直线 左右区别不大 TPM01 TPJ05 8 输入码型为全 1 码时 其波形如下 输入码型为全 0 码时 其波形如下 输入码型为 0 1 码时 其波形如下 4 解调器失锁时同相 解调器失锁时同相 I 支路和正交支路和正交 Q 支路解调信号相平面波形测试支路解调信号相平面波形测试 将解调器提取相干载波的锁相环 PLL 环路跳线开关 KL01 设置在 2 3 位置 右端 使环 路开环失锁 观测接收端锁相环失锁时 I 路和 Q 路合成矢量 对观测结果加以分析 M 码 9 两路信号是随机的 李沙育图形是个混乱的圆型 5 解调器判决前抽样点信号观察 解调器判决前抽样点信号观察 选择输入测试数据为 m 序列 用示波器观察测试模块内判决全抽样点 TPN04 的工作波形 示波器时基设定在 2 5ms 观测效果较好 虽然有噪声 但是可以判断出来 0 码和 1 码 6 解调器失锁时判决前抽样点信号观察 解调器失锁时判决前抽样点信号观察 将解调器提取相干载波的锁相环 PLL 环路跳线开关 KL01 设置在 2 3 位置 右端 使环 路开环失锁 用示波器观察测试模块内判决前抽样点 TPN04 信号波形 观测时示波器时基 设定在 2 5ms 效果较好 定性画出测试波形 10 失锁时无法判断出 0 码和 1 码 示波器中并不能区别出两个电平 7 差分编码信号的测试 差分编码信号的测试 测试前的准备及跳线开关设置 由于通信系统原理实验箱仅对 外部数据输入 方式输入 的数据提供差分编码功能 因此必须通过菜单将输入信号设置为 外部数据输入 外部数 据可以来自误码仪 也可以从汉明编码模块产生的 m 序列输出数据 本实验选择汉明编码 模块产生 m 序列输出数据 将汉明编码模块中的跳线开关 SWC01 中的 H EN 和 ADPCM 跳 线开关拨除 将输入信号跳线开关 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 位置 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 将汉明编码模块信号工作跳线器开关 SWC01 中的 M SEL1 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 块内发送数据信号测试点 TPM02 和差分编码输出数据测试点 TPM03 波形 分析两信号间 的编码关系是否正确 画出测试波形 11 示波器上面是 bk 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 下面是 ak 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 符合 ak bk bk 1 8 解调数据观察 解调数据观察 1 在上述实验内容 7 设置跳线开关基础上 用示波器同时观察 DSP FPGA 模块内接受 数据信号测试点 TPM04 和发送数据信号测试点 TPM02 说明两数据信号是否相同 测量发 送与接收数据信号的传输时延 记录测量结果 接收数据有延时 但是和发送端同相 2 在 外部数据输入 方式下 重复按选择菜单的确认按键 让解调器重新锁定 这 时的载波信号实际存在相位模糊度 在没有差分编码的条件下会使解调数据反向 通过观 测 说明本实验步骤是否能够解决载波相位模糊带来的问题 接收数据有延时 按确定键以后每次锁定后和发送端都是同相的 说明差分编码可以解决 相位模糊带来的问题 12 9 解调器相干载波观测 解调器相干载波观测 首先建立中频通路 通过菜单选择输入测试数据为 特殊码序列 或 m 序列 1 用双踪示波器同时测量发端调制载波 TPK07 和收端提取的相干载波 TPLZ07 并以 TPK07 作为示波器的同步信号 在环路正常锁定时 观测收发载波信号的相位关系 说明 测试结果 相干载波与调制载波频率相同 相位有很小的误差 2 将解调器相干载波提取锁环 PLL 的环路跳线开关 KL01 设置在 2 3 位置 右端 使环路开环失锁 重复上述测量步骤 观测并说明在解调器失锁时收发载波信号的相位关 系 TPM02 TPM04 13 环路失锁时 无法得到相干载波 3 将解调器相干载波提取锁相环 PLL 的环路跳线开关 KL01 设置在 1 2 位置 左端 让解调器锁相环闭环锁定 如无法锁定 可按选择菜单上的确认键 让解调器重新同步锁 定 断开中频连接电缆 说明在无输入信号情况下 解调器载波是否与发端同步 无输入信号情况下 解调器载波与发端不同步 10 解调器相干载波相位模糊度的测试 解调器相干载波相位模糊度的测试 首先建立中频通路 通过菜单选择输入数据为 特殊码序列 或 m 序列 用 双踪示波 器同时测量发端调制载波 TPK07 和收端提取出的相干载波 TPLZ07 并以 TPK07 作为示波器 的同步信号 发乎断开和接通中频电缆 观测并记录两载波从失步到同步后的相位关系 11 解调器相干载波相位模糊对解调数据影响的观测 解调器相干载波相位模糊对解调数据影响的观测 首先建立中频通路 通过菜单选择发送数据为 特殊码序列 用双踪示波器同时测试接收 数据信号 TPJ05 和发送数据信号 TPi03 并以 TPi03 作为示波器的同步信号 不断断开和接 通中频电缆 观测收发信号 画出测试波形 分析接收信号极性发生反转的原因 14 接收数据与发送数据相反 说明相位模糊可能把接收数据全部反相 五 思考题五 思考题 1 该实验用到通信系统原理实验箱中哪些模块 各模块的作用是什么 测试模块 测抽样点的信号 D A 模块 调制电路数模转换 调制模块 用于 PSK 的调制 解调模块 用于 PSK 的解调 汉编