BPSK传输系统实验.doc

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1、BPSK传输系统实验一实验目的1、掌握BPSK数据传输过程，熟悉典型电路2、了解掌握BPSK调制和解调的基本原理；数字基带波形时域形成的原理和方法，掌握滚降系数的概念；3、掌握BPSK眼图观察的正确方法，能通过观察接收眼图判断信号的传输质量；4、熟悉BPSK调制载波包落的变化；5、掌握BPSK载波恢复特点与位定时恢复的基本方法；二实验内容BPSK的调制和解调三、实验仪器1、JH5001通信原理综合实验系统2、20MhzCS-4125A双踪示波器四实验原理（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

2、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：其中一个数据码流直接调制后的信号如图1所示：图1数据码流直接调制后的BPSK信号升余弦滤波器的传递函数为：其中，α是滚降因子，取值范围为0到1。一般α=0.25~1时，随着α的增加，相邻符号间隔内的时间旁瓣减小，这意味着增加α可以减小位定时抖动的敏感度，但增加了占用的带宽。对于矩形脉冲BPSK信号能量的90%在大约1.6Rb的带宽内，而对于α=0.5的升余统滤波器，所有能量则在1.5Rb的带宽内。升余弦滚降传递函数可以通过在发射机和接收机使用同样的滤波器来实现，其频响为开根号升余弦响

3、应。根据最佳接收原理，这种响应特性的分配提供了最佳接收方案。升余弦滤波器在频域上是有限的，那它在时域上的响应将是无限的，其是一个非因果冲激响应。为了在实际系统上可实现，一般将升余弦冲激响应进行截短，并进行时延使其成为因果响应。截短长度一般从中央最大点处向两边延长4个码元。由截短的升余响应而成形的调制基带信号，其频谱一般能很好地满足实际系统的使用要求。为实现滤波器的响应，脉冲成形滤波器可以在基带实现，也可以设置在发射机的输出端。一般说来，在基带上脉冲成形滤波器用DSP或FPGA图2来实现，每个码元一般需采样4个样点，并考虑当前输出基带信号的样点值与８个码元有关，

4、由于这个原因使用脉冲成形的数字通信系统经常在调制器中同一时刻存储了几个符号，然后通过查询一个代表了存储符号离散时间波形来输出这几个符号（表的大小为210），这种查表法可以实现高速数字成形滤波，其处理过程如图2所示：成形之后的基带信号经D/A变换之后，直接对载波进行调制。在“通信原理综合实验系统”中，BPSK的调制工作过程如下：首先输入数据进行Nyquist滤波，滤波后的结果分别送入I、Q两路支路。因为I、Q两路信号一样，本振频率是一样的，相位相差180度,所以经调制合路之后仍为BPSK方式。采用直接数据（非归零码）调制与成形信号调制的信号如图3.3所示：图3直

5、接数据调制与成形信号调制的波形在接收端采用相干解调时，恢复出来的载波与发送载波在频率上是一样的，但相位存在两种关系：0０,180０。如果是0０，则解调出来的数据与发送数据一样，否则，解调出来的数据将与发送数据反相。为了解决这一技术问题，在发端码字上采用了差分编码，经相干解调后再进行差分译码。差分编码原理为：实现框图如图4所示：图4差分编码示意图一个典型的差分编码调制过程如图5所示：图5差分编码与调制相位示意图BPSK的实现框图如图6所示。（二）BPSK解调接收的BPSK信号可以表示成：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

6、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。１、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法、判决反馈环等。平方变换法如图7所示：图7平方环载波恢复电路结构接收端将接收信号进行平方变换，即将信号R（t）通过一个平方律器件后：从上式看出：R（t）经平方处理之后产生了直流分量，而在上式第二项中具有2fC频率分量。若应用一个窄带滤波器将2fC项滤出，再经二分频，便可得到所需的载波分量。从上述电路中可以看出，由于二分频电路的存在，恢复出的载波信号存在相位模糊。该方法的特点是载波恢复快，但由于带通滤波器的带宽一般

7、不易做到很窄，因而该电路在低信噪比条件下性能较差。为了提高所提取载波的质量，一般采用锁相环来实现。判决反馈环结构如图8所示：图8BPSK判决反馈环结构判决反馈环鉴相器具有图9所示的特性：图9判决反馈环鉴相特性从图9中可以看出，判决反馈环也具有00、1800两个相位平衡点，因而采用判决反馈环存在相位模糊点。在采用PLL方式进行载波恢复时，PLL环路对输入信号的幅度较为敏感，因而在实际使用中一般在前端还需加性能较好的AGC电路。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。载波恢复同步时间将影响BPSK在正确解调时所需消耗

8、的比特数，该指标一般对突发工作（解调器