BSK传输系统实验
一、 实验目的
1、 了解Nyquist基带传输设计准则； 2、熟悉升余弦基带传输信号的特点；
3、掌握眼图信号的观察方法并学习和评价眼图信号； 4、掌握BPSK调制和解调的基本原理； 5、熟悉BPSK调制载波包络的变化； 6、观察BPSK解调数据反相的现象；
二、 实验仪器
1、JH5001通信原理基础实验箱 2、双踪示波器 3、函数信号发生器
一台 一台 一台
三、 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：
S(t)?其中
2Ebcos(2?fc??c) Tb?00?c??0?180m?0m?1
（二）BPSK解调
接收的BPSK信号可以表示成：
R(t)?a(t)2Ebcos(2?fc??) Tb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。
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a(t)?a(t)2
2
'2Eb1；若存在相差Δ，则输出信号下降Tb2cosΔ倍，即输出信噪比下降cosΔ，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：
Pe?２、位定时
Eb1erfc[cos?] 2N0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。
１、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，将示波器设置成X-Y方式。
３、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：a(n)?a(n?1)?b(n)
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低3dB。在加性高斯白噪声环境中，平均错误概率如下所示：
Pe?E1exp(b) 2N0
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。
四、 实验现象记录与分析
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）的波形。成型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。仔细观察和区别与上述两种方式下发送信号眼图（TPi03）的波形。
现象：
分析：
无论采用何种滤波方式，码元速率是一定的，均为32kHz， 即码元宽度??1/32kHz?31.25ms。
匹配滤波器的最佳接收机性能可以通过系统传输的信噪比、信道误码率，信道频带利用率、有无邻道干扰、有无码间串扰等指标反映出来。
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、π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。
现象：
（二）BPSK调制解调
1、准备工作：将KG01选择在下端测试数据位置（测试数据方式），KG02置成长m序列状态（KG03的三个跳线器均插入），数据时钟选择开关KG03置于1-2状态（左端），KG04置于ɑ=0.4的升余弦响应。KP01置于左边相干解调位置。
2、BPSK调制信号0/π相位测量：KG02置成输入调制数据为0／1码。用示波器的观察调制输出波形（TPK03）和调制参考载波上（TPK06/或TPK07）。观察和验证调制载波在数据变化点发生相位0/π翻转。 现象：
图6 调制载波在数据变化点相位翻转
分析：
从理论上讲，二进制相移键控（BPSK）可以用幅度恒定，而其载波相位
随着输入数据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：
S(t)??002Ebcos(2?fc??c)，其中?c??0Tb?180m?0m?1
观察图6中两条红色虚线所指示的位置，（左边）在数据变化之前输出波形的波峰几乎对应载波的波峰，而在（右边）数据变化点之后，输出波形的波峰对应载波的波谷。可知调制载波在数据变化点发生相位0/π翻转。但是在实际情
?的相位差。而4且由于系统的延迟，实际和理论分析也有一定的误差，从图6中也可以观察出。 况下，不完全是0/π相位差，m(t)cos(?ct)和m(t)sin(?ct)相加有
3、 I路和Q路调制信号的相平面（矢量图）信号观察
（3） 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、π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。
（4） 将KG04置于ɑ=0.4的开根号升余弦响应，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。
4、BPSK调制信号包络观察：
（1） KG02置成输入调制数据为0／1码。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m序列重复上一步实验，观测载波的包络变化。
现象：