实验二 BPSK/BDPSK 数字传输系统综合实验
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：
S(t)?其中
2Ebcos(2?fc??c) Tb?00?c??0?180m?0 m?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，最常用的有平方环法、判决反馈环。 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，对于BPSK接收信号为：
R(t)?a(t)2Ebcos(2?fc??) Tb而恢复的相干载波为cos(2?fc????)，经相乘器、低通滤波后输出的信号为：
a'(t)?a(t)2Eb1cos? Tb2若提取的相干载波与输入载波没有相位差，即Δ=0，则解调输出的信号为
a'(t)?a(t)2Eb122
；若存在相差Δ，则输出信号下降cosΔ倍，即输出信噪比下降cosTb2Δ，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：
Eb1Pe?erfc[cos?]
2N0为了提高BPSK的解调性能，一般尽可能地减小稳态相差，在实际中一般要求其小于5。改善这方面的性能一般可通过提高路环路的开环增益、减少环路时延。当然在提高环路增益的同时，对环路的带宽可能产生影响。
２、位定时
对于接收的BPSK信号，与本地相干载波相乘并经匹配滤波之后，在什么时刻对该信号进行抽样、判决，这一功能主要由位定时来实现。
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：利用眼图可方便地估计系统的性能。对眼图的测试方法如下：用示波器的同步输入通道接收码元的时钟信号，用示波器的另一通道接在系统接收滤波器的输出端（例如I支路），然后调整示波器的水平扫描周期（或扫描频率），使其与接收码元的周期同步。这时就可以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，这时就可以在荧光屏上看到如图4.2-10所示的星座图。
（３）判决点波形：是在判决器之前的波形。判决点波形可以较好地反映最终输出性能的好坏。判决点波形上下两线聚集越好，则系统性能真好，反之越差。
0
（三）BDPSK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。
二、实验仪器
1、 JH5001-4实验箱 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 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、 实验步骤 （一）BPSK调制
1、 将JH5001-4 平台调制和解调模块的所有短路器均置于1-2连接，用排线连接
CZ01-A和CZ01-B，CZ02-A和CZ02-B、CZ03-A和CZ03-B。 2、 按1.12节中的方式将JH5001-4 平台设置成“BPSK模式”。
3、 检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常
工作；如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
4、 在“菜单”中分别选择不同的输入码型：
（１） 外部数据 （２） 全1码 （３） 全0码 （４） 0/1码 （５） 特殊码序列 （６） m序列码
5、 检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常
工作；如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
6、 观察眼图：将K701置于左端（1、2）。（1）单独观察测量点TP803的眼图；（2）以
测量点TP401进行同步，观察测量点TP803的波形。判断信号观察的效果。 7、 取消“BPSK模式”的“匹配滤波设置”，重复实验步骤4。 8、 观察测量点TP803、TP804的x-y波形, 即李沙育图形。
9、 BPSK调制信号观察：将输入数据选择为0／1码，用示波器观察TP904的调制波形，
观察相位翻转。用特殊码序列重复该实验，并判断特殊码序列。 10、 BPSK调制信号频谱测量
测量时，用一条中频电缆将示波器CH1连结接到调制器的SO01端口，按下MATH（即Fourier 变换）。调整中心频率为1.024MHz，扫描频率为10KHz/DIV，分辨率带宽为1～10KHz左右，调整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、 将JH5001-4 平台调制和解调模块的所有短路器均置于1-2连接，用排线连接CZ01-A和CZ01-B，CZ02-A和CZ02-B、CZ03-A和CZ03-B，CZ04-A和CZ04-B。 2、 按1.12节中的方式将JH5001-4 平台设置成“BPSK模式”。 3、 在菜单中选择不同的输入码型；
4、 在“JH5001-4 平台” 中, 用中频电缆连接S001、S002，使其在中频上进行自环连接，
即自发自收。
5、 检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常工作；
如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
6、 李沙育图形观察：用双踪示波器观察测量点TP605、TP606两点的X-Y波形。 7、 鉴相特性观察：将跳线开关K701设置在2-3位置，调整电位器W701以改变收发频差，
观察鉴相点TP505测量点的波形。
8、 接收眼图观察：以位定时TP402（恢复时钟信号）测量点作同步，观察测量点TP605的
接收眼图。
9、 匹配滤波特性观察：（1）以位定时TP402作同步，观察TP502、TP503测量点的接收眼
图，并对该两点波形进行解释。（2）用双踪示波器观察TP502、TP503两测量点的X-Y波形, 即李沙育图形。并同步骤6的测量结果进行比较。（3）选择匹配滤波，重复该实验。解释为什么发端眼图已发生变化，而收端TP502的眼图没有发生变化。 10、 判决点观察：用示波器观察测量点的判决点TP510的工作波形。 11、 解调数据观察：用示波器观察测量点TP103的接收数据信号。
12、 位定时调整观察：TP413为DSP调整之后的最佳抽样时刻，它与TP401具有明确的相
位关系。
（1） 在输入测试数据为m序列时，用示波器同时观察TP401（发端时钟，观察时以它作同步）、
TP413（收端最佳判决时刻）之间的相位关系。
（2） 不断按确认键（此时仅对DSP位定时环路初始化），观察TP413的调整过程。 （3） 在测试数据为全1或全0码时重复该实验，并解释原因。
（4） 断开S002接收中频接头，在没有接收信号的情况下重复该步实验，并解释原因。 13、 以TP101（发送时钟）信号为同步，在不同的测试码序列下测量TP102（接收时钟）的
抖动情况，为什么在全0或全1码下观察不到位定时的抖动。
（三）BDPSK调制与解调
1、 将JH5001-4 平台调制和解调模块的所有短路器均置于1-2连接。用排线连接CZ01-A和CZ01-B，CZ02-A和CZ02-B、CZ03-A和CZ03-B，CZ04-A和CZ04-B 2、 按1.12节中的方式将JH5001-4 平台设置成“差分BPSK模式”。 3、 在该方式下只提供m序列输入码型；
4、 在“JH5001-4 平台” 中, 用中频电缆连接S001、S002，使其在中频上进行自环连接，
即自发自收。
5、 检查DSP是否正常工作：测量TP413的波形，如果有脉冲波形，说明DSP已正常工作；
如果没有脉冲波形，则DSP没有正常工作，需按面板上的复位按钮重新对硬件进行初始化。
6、 李沙育图形观察：用双踪示波器观察TP605、TP606两测量点的X-Y波形。
7、 接收眼图观察：以位定时TP402测量点作同步，观察测量点TP605的接收眼图。此时为
什么看不到眼图。
8、 判决点观察：用示波器观察测量点判决点TP510的工作波形。
9、 位定时调整观察：TP413为DSP调整之后的最佳抽样时刻，它与TP401具有明确的相
位关系。
（1） 在输入测试数据为m序列时，用示波器同时观察TP401（发端时钟，观察时以它作同步）、
TP413（收端最佳判决时刻）之间的相位关系。
（2） 不断按确认键（此时仅对DSP位定时环路初始化），观察TP413的调整过程。 （3） 断开S002接收中频接头，在没有接收信号的情况下重复该步实验，并解释原因。 10、 以TP101（发送时钟）信号为同步，测量TP102（接收时钟）的抖动情况。
五、 实验报告
（1） 记录实验波形和数据；
（2） 叙述BPSK、BDPSK调制的优缺点； （3） 比较BPSK和2ASK，它们有何异同。为什么一般不采用2ASK？ （4） 为什么需要差分的BDPSK调制； （5） 叙述Nyquist滤波的作用。