通信原理实验指导书
一、实验目的
1、 掌握BPSK调制和解调的基本原理
2、 掌握BPSK数据传输过程，熟悉典型电路
3、 了解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
4、 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
5、 熟悉BPSK调制载波包络的变化
6、 掌握BPSK载波恢复特点与位定时恢复的基本方法
7、 了解BPSK/DBPSK在噪声下的基本性能
二、实验仪器
1、 ZH7001通信原理综合实验系统 一台 2、 20MHz双踪示波器 一台
3、 ZH9001型误码测试仪（或GZ9001型） 一台 4、 频谱分析仪 一台
三、实验原理
（一）BPSK调制
理论上二进制相移键控（BPSK）是指：载波幅度恒定，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：
采用二进制码流直接载波信号进行调相，信号占居带宽大。上面这种调制方式在实际运用中会产生以下三方面的问题：
1、 浪费宝贵的频带资源；
2、 会产生邻道干扰，对系统的通信性能产生影响，在移动无线系统中, 要求在相邻信道内的带外辐射一般应比带内的信号功率谱要低40dB到80dB；
3、 如果该信号经过带宽受限信道会产生码间串扰（ISI），影响本身通信信道的性能。
在实际通信系统中，通常采用Nyquist波形成形技术，它具有以下三方面的优点：
1、 发送频谱在发端将受到限制，提高信道频带利用率，减少邻道干扰； 2、 在接收端采用相同的滤波技术，对BPSK信号进行最佳接收； 3、 获得无码间串扰的信号传输；
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
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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，载波本振频率是一样的，相位相差90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4.2.3所示：
图4.2.3 直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：0,180。如果是0，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：
一个典型的差分编码调制过程如图4.2.5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。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4.2.8所示：
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判决反馈环鉴相器具有图4.2.9所示的特性：
在通信原理实验平台中BPSK的DSP解调方法：
1、 A/D采样速率为4倍的码元速率，即每个码元采样4个样点。 2、 采样之后，进行平方根Nyquist匹配滤波。
3、 将匹配滤波之后的样点进行样点抽取，每两个样点抽取一个采样点。即每个码元采样2个点送入后续电路进行处理。
4、 将每个码元2个点进行位定时处理，根据误差信号对位定时进行调整。TPMZ07测量点为最终恢复的位定时时钟。
5、 再将位定时处理之后的最佳样点送入后续处理（即又进行了2:1的样点抽取）。
6、 根据最佳样点值进行载波鉴相处理，鉴相输出在测量点TPN03可以观察到。鉴相后的结果送PLL环路滤波，控制VCXO。最终使本地载波与输入信号的载波
达到同频、同相（也可能存在180度相差）。 7、 位定时与载波恢复之后，进行判决处理，判决前信号可在测量点观察到。
四、实验步骤
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。
1. BPSK调制基带信号眼图观测（以m序列观测眼图） （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）的波形。成形滤波器使用升余弦响应，ɑ=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。仔细观察和区别上述两种方式下发送信号
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通信原理实验一 BPSK传输实验
