BPSK傳輸系統(tǒng)與頻譜測(cè)試

1、北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日期： 2015 年 11 月 30 日 上課時(shí)間：星期 一 第 五 大節(jié)通信原理實(shí)驗(yàn)電子信息工程學(xué)院通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 實(shí)驗(yàn)九實(shí)驗(yàn)九 BPSKBPSK 傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)一、 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備1. 預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容.2. 熟悉本教材附錄 B 和附錄 C 中實(shí)驗(yàn)箱面板分布及測(cè)試孔位置;定義本實(shí)驗(yàn)相關(guān)模塊的跳線狀態(tài).3. 實(shí)驗(yàn)前重點(diǎn)熟悉的內(nèi)容:1) 了解軟件無(wú)線電的基本概念;2) 熟悉軟件無(wú)線電 BPSK 調(diào)制和解調(diào)原理;3) 明確波形形成的原理;4) 明確載波提取原理;5) 明確位定時(shí)提取原理.二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉軟件無(wú)線電

2、BPSK 調(diào)制和解調(diào)的原理。2. 掌握 BPSK 調(diào)制產(chǎn)生、傳輸和解調(diào)過(guò)程。3. 掌握 BPSL 正交調(diào)制解調(diào)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。4. 了解數(shù)字基帶波形時(shí)域形成的原理和方法。5. 掌握 BPSK 眼圖的正確測(cè)試方法，能通過(guò)觀察接收眼圖判斷信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。6. 加深對(duì) BPSK 調(diào)制，解調(diào)中現(xiàn)象的問(wèn)題和理解。7. 加深對(duì)載波提取和位同步提取概念的理解.三、 實(shí)驗(yàn)儀器1. ZH5001A 通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 2. 20MHz 雙蹤示波器四、 基本原理理論上二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）可以用幅度恒定，而其載波相位隨著輸入信號(hào) m（1、0 碼）而改變，通常這兩個(gè)相位相差 180。

3、如果每比特能量為 Eb，則傳輸?shù)?BPSK 信號(hào)為：)2cos(2)(ccbbfTEtS其中11800000mmc一個(gè)數(shù)據(jù)碼流直接調(diào)制后的信號(hào)如下圖所示：在“通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”中，BPSK 的調(diào)制工作過(guò)程如下：首先輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行 Nyquist 濾波，濾波后的結(jié)果分別送入 I、Q 兩路支路。因?yàn)镮、Q 兩路信號(hào)一樣，本振頻率是一樣的，相位相差 180 度, 所以經(jīng)調(diào)制合路之后仍為 BPSK 方式。采用直接數(shù)據(jù)（非歸零碼）調(diào)制與成形信號(hào)調(diào)制的信號(hào)如下圖所示：通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 歸零碼載波直接調(diào)制成形調(diào)制TbBPSK 調(diào)制原理框圖如下外部數(shù)據(jù)全 1 碼全 0 碼01 碼特殊碼序列m 序列成形濾

4、波D/AD/A低通濾波低通濾波數(shù)據(jù)選擇器控制TPi02TPi01TPi04TPi03發(fā)時(shí)鐘D 觸發(fā)器TPM01差分編碼FPGA圖 3.2-6 BPSK 實(shí)驗(yàn)方框圖TPM02TPM03BPSK 解調(diào)原理框圖如下:通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 低通濾波A/D判決TPJ05TPN02TPN04低通濾波TPJ06中放XXVCXO90 度A/D匹配濾波匹配濾波樣點(diǎn)抽取2/1樣點(diǎn)抽取2/1位定時(shí)PLL鑒相TPN03TPMZ07圖 3.2.18 BPSK 解調(diào)方框圖再生TPM04TPN01五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）BPSK 調(diào)制1. BPSK 調(diào)制基帶信號(hào)眼圖觀測(cè)通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 當(dāng)通過(guò)選擇菜單激活“匹配濾波”方式時(shí)

5、，表示系統(tǒng)按匹配濾波最佳接收機(jī)組成，即發(fā)射機(jī)端和接收機(jī)端采用同樣的開根號(hào)升余弦響應(yīng)濾波器。當(dāng)未激活“匹配濾波”方式時(shí)，系統(tǒng)為非匹配最佳接收機(jī)，整個(gè)濾波器滾降特性全部放在發(fā)射機(jī)端完成，但信道成型濾波器特性不變。（1）通過(guò)菜單選擇不激活“匹配濾波”方式（未打勾） ，此時(shí)基帶信號(hào)頻譜成形濾波器全部放在發(fā)送端。以發(fā)送時(shí)鐘（TPM01）作同步，觀測(cè)發(fā)送信號(hào)眼圖（TPi03）的波形。成型濾波器使用升余弦響應(yīng)，=0.4。判斷信號(hào)觀察的效果。眼圖效果較好2. I 路和 Q 路調(diào)制信號(hào)的相平面（矢量圖）信號(hào)觀察測(cè)量 I 支路（TPi03）和 Q 支路信號(hào)（TPi04）李沙育（x-y）波形時(shí)，應(yīng)將示波器設(shè)置在（x

6、-y）方式，可從相平面上觀察 TPi03 和 TPi04 的合成矢量圖，通過(guò)菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測(cè)量。輸入為 m 序列，特?cái)?shù)碼序列，0/1 碼時(shí)李沙育圖如下兩路信號(hào)是相同的，所以李沙育圖形是一條斜率為 1 的直線。輸入為全 0 碼或全 1 碼時(shí)李沙育圖如下通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 兩路信號(hào)是相同的，所以李沙育圖形變成了一個(gè)點(diǎn)。由圖可知 BPSK 兩路信號(hào)相同3. BPSK 調(diào)制信號(hào) 0/ 相位測(cè)量選擇輸入調(diào)制數(shù)據(jù)為 01 碼。用示波器的一路觀察調(diào)制輸出波形（TPK03） ，并選用該信號(hào)作為示波器的同步信號(hào)；示波器的一路連接到調(diào)制參考載波上（TPK06/或 TPK07） ，以此信號(hào)作為觀測(cè)

7、的參考信號(hào)。仔細(xì)調(diào)整示波器同步，觀察和驗(yàn)證調(diào)制載波在數(shù)據(jù)變化點(diǎn)發(fā)生相位 0/ 翻轉(zhuǎn)。如圖，相位發(fā)生了 翻轉(zhuǎn)。4. BPSK 調(diào)制信號(hào)包絡(luò)觀察BPSK 調(diào)制為非恒包絡(luò)調(diào)制，調(diào)制載波信號(hào)包絡(luò)具有明顯的過(guò)零點(diǎn)。通過(guò)本測(cè)量讓學(xué)生熟悉 BPSK 調(diào)制信號(hào)的包落特征。測(cè)量前將模擬鎖相環(huán)模塊內(nèi)的跳線開關(guān) KP02 設(shè)置在 TEST 位置（右端） 。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) （1）選擇 0/1 碼調(diào)制輸入數(shù)據(jù)，觀測(cè)調(diào)制載波輸出測(cè)試點(diǎn) TPK03 的信號(hào)波形。調(diào)整示波器同步，注意觀測(cè)調(diào)制載波的包落變化與基帶信號(hào)（TPi03）的相互關(guān)系。畫下測(cè)量波形。從此圖也可以看出調(diào)制信號(hào)就是已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)波形（2）用特殊碼序列重

8、復(fù)上一步實(shí)驗(yàn)，并從載波的包絡(luò)上判斷特列碼序列。畫下測(cè)量波形。由于包絡(luò)的過(guò)零點(diǎn)只有在 0 變 1 或 1 變 0 時(shí)才會(huì)有，所以可能的序列為：1101010。也可能為：0010101（二）BPSK 解調(diào)1. 接收端解調(diào)器眼圖信號(hào)觀測(cè)（1）首先用中頻電纜連結(jié) KO02 和 JL02，建立中頻自環(huán)（自發(fā)自收） 。測(cè)量解調(diào)器 I 支路眼圖信號(hào)測(cè)試點(diǎn) TPJ05（在 A/D 模塊內(nèi)）波形，觀測(cè)時(shí)用發(fā)時(shí)鐘 TPM01 作同步。將接收端與發(fā)射端眼圖信號(hào) TPi03 進(jìn)行通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 比較，觀測(cè)接收眼圖信號(hào)有何變化。顯然出現(xiàn)噪聲, 觀察接收端眼圖，眼皮較厚，質(zhì)量沒有發(fā)送端的好。（2）觀測(cè)正交 Q 支路

9、眼圖信號(hào)測(cè)試點(diǎn) TPJ06（在 A/D 模塊內(nèi)）波形，比較與 TPJ05 測(cè)試波形有什么不同？根據(jù)電路原理圖，分析解釋其原因。Q 支路沒有信號(hào)2. 解調(diào)器失鎖時(shí)的眼圖信號(hào)觀測(cè)將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關(guān) KL01 設(shè)置在 2_3 位置（開環(huán)） ，使環(huán)路失鎖。觀測(cè)失鎖時(shí)的解調(diào)器眼圖信號(hào) TPJ05，熟悉 BPSK 調(diào)制器失鎖時(shí)的眼圖信號(hào)（未張開） 。觀測(cè)失鎖時(shí)正交支路解調(diào)器眼圖信號(hào)TPJ06 波形。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 解調(diào)器眼圖信號(hào) TPJ05 波形失鎖時(shí)，I 路信號(hào)看不清眼圖信號(hào) TPJ06 波形失鎖時(shí)，Q 路信號(hào)看不清3. 接收端 I 路和 Q 路解調(diào)信號(hào)的相平面（矢量圖）

10、波形觀察測(cè)量 I 支路（TPJ05）和 Q 支路信號(hào)（TPJ06）李沙育（x-y）波形時(shí)，應(yīng)將示波器設(shè)置在（x-y）方式，可從相平面上觀察 TPJ05 和 TPJ06 的合成矢量圖。在解調(diào)器鎖定時(shí)，其相位矢量圖應(yīng)為 0、 兩種相位。通過(guò)菜單選擇在不同的輸入碼型下進(jìn)行測(cè)量，并說(shuō)明其差異.通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 波形都如上圖所示，因噪聲原來(lái)的線段平移成了矩陣；左邊輸入是 m 序列，右邊輸入時(shí)特殊序列，Q 支路沒有信號(hào)，所以李沙育圖形是一條橫的直線，左右區(qū)別不大。4. 解調(diào)器失鎖時(shí) I 路和 Q 路解調(diào)信號(hào)的相平面（矢量圖）波形觀察將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關(guān) KL01 設(shè)置在 2_3

11、 位置（右端） ，使環(huán)路失鎖。觀測(cè)接收端失鎖時(shí) I 路和 Q 路的合成矢量圖。掌握解調(diào)器時(shí) I 路和 Q 路解調(diào)信號(hào)的相平面（矢量圖）波形的變化，分析測(cè)量結(jié)果。失鎖后幅值不確定故形成圓形5. 解調(diào)器抽樣判決點(diǎn)信號(hào)觀察選擇輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為 m 序列，用示波器觀察測(cè)試模塊內(nèi)抽樣判決點(diǎn)（TPN04）的工作波形（示波器時(shí)基設(shè)定在 25ms） 。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 此時(shí)雖然有噪音但仍可以分辨出 0 碼 1 碼6. 解調(diào)器失鎖時(shí)抽樣判決點(diǎn)信號(hào)觀察將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關(guān) KL01 設(shè)置在 2_3 位置，使環(huán)路失鎖。用示波器觀察測(cè)試模塊內(nèi)抽樣判決點(diǎn) TPN04 信號(hào)波形，觀測(cè)時(shí)示波器時(shí)基

12、設(shè)定在 25ms。熟悉解調(diào)器失鎖時(shí)的抽樣判決點(diǎn)信號(hào)波形。失鎖后無(wú)法判斷 0 碼 1 碼，示波器中并不能區(qū)別出兩個(gè)電平。7. 差分編碼信號(hào)觀測(cè)通信原理實(shí)驗(yàn)箱僅對(duì)“外部數(shù)據(jù)輸入”方式輸入數(shù)據(jù)提供差分編碼功能。外部數(shù)據(jù)可以來(lái)自誤碼儀產(chǎn)生或漢明編碼模塊產(chǎn)生的 m 序列輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)使用漢明編碼模塊產(chǎn)生的 m 序列輸出數(shù)據(jù)時(shí)，將漢明編碼模塊中的信號(hào)工作跳線器開關(guān) SWC01 中的 H_EN 和 ADPCM 開關(guān)去除，將輸入信號(hào)跳線開關(guān) KC01通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 設(shè)置在 m 序列輸出口 DT_M 上（右端） ；將漢明譯碼模塊中漢明譯碼使能開關(guān) KW03 設(shè)置在 OFF 狀態(tài)（右端） ，輸入信號(hào)和時(shí)鐘開關(guān)

13、 KW01、KW02 設(shè)置在來(lái)自信道 CH 位置（左端） 。通過(guò)菜單選擇發(fā)送數(shù)據(jù)為“外部數(shù)據(jù)輸入”方式。將漢明編碼模塊中的信號(hào)工作跳線器開關(guān) SWC01 中 M_SEL2 跳線器插入，產(chǎn)生 7 位周期 m 序列。用示波器同時(shí)觀察 DSP+FPGA 模塊內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)TPM02 和差分編碼輸出數(shù)據(jù) TPM03，分析兩信號(hào)間的編碼關(guān)系。記錄測(cè)量結(jié)果。發(fā)送信號(hào)為 11001011，對(duì)應(yīng)拆分編碼應(yīng)為 0101110，符合差分編碼的規(guī)則= 1 8. 解調(diào)數(shù)據(jù)觀察（1）在上述設(shè)置跳線開關(guān)基礎(chǔ)上，用示波器同時(shí)觀察 DSP+FPGA 模塊內(nèi)接收數(shù)據(jù)信號(hào) TPM04 和發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào) TPM02，比較兩數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)

14、行是否相同一致。測(cè)量發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸延時(shí)，記錄測(cè)量結(jié)果。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)一致但有一個(gè)碼元周期的時(shí)延（2）在“外部數(shù)據(jù)輸入”方式下，重復(fù)按選擇菜單的確認(rèn)按鍵，讓解調(diào)器重新鎖定（存在相位模糊度，會(huì)使解調(diào)數(shù)據(jù)反向） ，觀測(cè)解調(diào)器差分譯碼電路是否正確譯碼。發(fā)送接收波形發(fā)生變化，但仍滿足譯碼關(guān)系。說(shuō)明 BPSK 可以解決相位模糊帶來(lái)的問(wèn)題。9. 解調(diào)器相干載波觀測(cè)首先建立中頻自環(huán)，通過(guò)菜單選擇輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”或“m 序列” 。（1）用雙蹤示波器同時(shí)測(cè)量發(fā)端調(diào)制載波（TPK07）和收端恢復(fù)相干載波（TPLZ07） ，并以 TPK07 作為示波器的同步信號(hào)。在環(huán)路

15、正常鎖定時(shí)，觀測(cè)收發(fā)載波信號(hào)的相關(guān)關(guān)系。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 相干載波與調(diào)制載波頻率相同，相位有很小的誤差。（2）將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關(guān) KL01 設(shè)置在 2_3位置（開環(huán)） ，使環(huán)路失鎖。重復(fù)上述測(cè)量步驟，觀測(cè)在解調(diào)器失鎖時(shí)收發(fā)載波信號(hào)的相關(guān)關(guān)系。失鎖后無(wú)法提取相干載波（3）將解調(diào)器相干載波鎖相環(huán)（PLL）環(huán)路跳線開關(guān) KL01 設(shè)置在 1_2位置（閉環(huán)） ，讓解調(diào)器鎖定（如無(wú)法鎖定，可按選擇菜單上的確認(rèn)通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 鍵，讓解調(diào)器重新同步鎖定） 。斷開中頻連接電纜，觀測(cè)在無(wú)輸入信號(hào)情況下，解調(diào)器載波是否與發(fā)端同步。記錄測(cè)量結(jié)果。斷開電纜同樣無(wú)法提取相干載波10.

16、解調(diào)器相干載波相位模糊度觀測(cè)首先建立中頻自環(huán)，通過(guò)菜單選擇輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”或“m 序列” 。用雙蹤示波器同時(shí)測(cè)量發(fā)端調(diào)制載波（TPK07）和收端恢復(fù)相干載波（TPLZ07） ，并以 TPK07 作為示波器的同步信號(hào)。反復(fù)的斷開和接回中頻自環(huán)電纜，觀測(cè)兩載波失步后再同步時(shí)之間的相位關(guān)系。通過(guò)反復(fù)插拔中頻電纜，可以看出發(fā)端載波和提取的載波存在兩種關(guān)系，通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 同相和反相，這是由于相位模糊引起的。11.解調(diào)器相干載波相位模糊度對(duì)解調(diào)數(shù)據(jù)的影響觀測(cè)首先建立中頻自環(huán)，通過(guò)菜單選擇發(fā)送數(shù)據(jù)為“特殊碼序列”方式。用雙蹤示波器同時(shí)比較接收數(shù)據(jù)信號(hào)眼圖（TPJ05）和發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)眼圖（

17、TPi03） ，并以 TPi03 作為示波器的同步信號(hào)。不斷的斷開和接回中頻自環(huán)電纜，觀測(cè)收發(fā)眼圖信號(hào)。 （在“特殊碼序列”方式下，重復(fù)按選擇菜單的確認(rèn)按鍵，讓解調(diào)器重新鎖定。 ）分析接收時(shí)眼圖信號(hào)的電平極性發(fā)生反轉(zhuǎn)的原因。 第 1 次載波與發(fā)端同相，第 2 次和第 3 次載波和發(fā)端反相。因?yàn)槭?BPSK，相位模糊致使載波可能有兩種相位，兩種相位相差 180 度。12.解調(diào)器位定時(shí)恢復(fù)信號(hào)調(diào)整鎖定過(guò)程觀察TPMZ07 為 DSP 調(diào)整之后的最佳抽樣時(shí)刻，它與 TPM01（發(fā)端時(shí)鐘）具有明確的相位關(guān)系。（1）通過(guò)菜單選擇輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為 m 序列，用示波器同時(shí)觀察TPM01（觀察時(shí)以它作同步） 、

18、TPMZ07（收端最佳判決時(shí)刻）之間的相位關(guān)系。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) （2）不斷按確認(rèn)鍵（此時(shí)僅對(duì) DSP 位定時(shí)環(huán)路初始化） ，觀察 TPMZ07的調(diào)整過(guò)程。 接收時(shí)鐘信號(hào)相位沒有發(fā)生改變，因?yàn)橛墟i相環(huán)回路，所以相位差事固定的一個(gè)非常小的值。（3）斷開 S002 接收中頻接頭，在沒有接收信號(hào)的情況下重復(fù)該步實(shí)驗(yàn)，并解釋原因。 接收時(shí)鐘信號(hào)相位發(fā)生改變，沒有輸入信號(hào)，就得不到相干載波，所以提通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 取不出時(shí)鐘信號(hào)，接收時(shí)鐘信號(hào)相位是隨機(jī)的。13.解調(diào)器位定時(shí)信號(hào)相位抖動(dòng)的觀測(cè)以發(fā)送時(shí)鐘 TPM01 信號(hào)為同步，在輸入 m 序列情況下，調(diào)整噪聲模塊的跳線將噪聲加以最大，觀測(cè)接收提取

19、出的時(shí)鐘 TPMZ07 相位抖動(dòng)情況，并估計(jì)抖動(dòng)值。抖動(dòng)值用單位間隔來(lái)表示?？梢杂^測(cè)到時(shí)鐘抖動(dòng)，時(shí)鐘抖動(dòng)非常小，大概在 0.03UI六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析BPSK 調(diào)制，已調(diào)波形中存在反相點(diǎn)，頻譜收斂性較差，在接收端限帶濾波后，波形失真，產(chǎn)生拖尾和碼間串?dāng)_，故需將基帶 BPSK 信號(hào)送入成形濾波器。使用相干解調(diào)將頻帶 BPSK 搬移到基帶，需要提取相干載波；對(duì)基帶 BPDK 的抽樣判決需要提取定時(shí)信號(hào)；以上兩個(gè)層次不同步，解調(diào)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。絕對(duì) BPSK 天然帶有載波相位模糊問(wèn)題，將使解調(diào)出現(xiàn)大片的錯(cuò)誤，使用差分編碼，可以解決之。七、 思考題1.該實(shí)驗(yàn)用到通信系統(tǒng)原理試驗(yàn)箱哪些模塊？各模塊的作

20、用是什么？1)測(cè)試模塊：測(cè)抽樣點(diǎn)的信號(hào)；2)D/A 模塊：調(diào)制電路數(shù)模轉(zhuǎn)換；通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 3)調(diào)制模塊：用于 BPSK 的調(diào)制；4)解調(diào)模塊：用于 BPSK 的解調(diào)；5)漢編漢譯模塊：產(chǎn)生差分編碼時(shí)輸入的 m 序列；6)DSP+FPGA 模塊：軟件無(wú)線電 BPSK 調(diào)制和解調(diào)；7)A/D 模塊：解調(diào)電路模數(shù)轉(zhuǎn)換。4.如何測(cè)試眼圖?通過(guò)觀察眼圖如何反映信號(hào)的質(zhì)量?輸入信號(hào)選擇隨機(jī)數(shù)字信號(hào)，用示波器的同步輸入通道接到碼元的時(shí)鐘，用示波器的另一通道接在系統(tǒng)接收濾波器的輸出端，調(diào)整示波器的水平掃描周期使其與接收碼元同步。這時(shí)就可以測(cè)到眼圖信號(hào)。眼皮越后，則噪聲與碼間干擾越嚴(yán)重，系統(tǒng)的誤碼率越高

21、。補(bǔ)充：載波相位含糊，對(duì)解調(diào)信號(hào)有何影響？如何解決相位含糊照成的影響？ 答：載波相位含糊，解調(diào)信號(hào)與發(fā)送信號(hào)可能完全相反；在進(jìn)行 BPSK 之前，對(duì)信碼進(jìn)行差分編碼，可以解決相位含糊造成的影響。實(shí)驗(yàn)十二實(shí)驗(yàn)十二 基帶信號(hào)的頻譜測(cè)試基帶信號(hào)的頻譜測(cè)試一、一、 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備1.預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。2.熟悉虛擬儀器的操作方法。3.熟悉附錄 B 和附錄 C 中實(shí)驗(yàn)箱面板分布及測(cè)試孔位置。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 4.實(shí)驗(yàn)前重點(diǎn)熟悉的內(nèi)容1)了解周期和非周期信號(hào)的頻譜；2)了解各種隨機(jī)數(shù)字信號(hào)的功率譜，3)熟悉虛擬儀的主要功能和測(cè)試頻譜的方法。二、二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?.加深對(duì)各種基帶數(shù)字信

22、號(hào)頻譜的理解。2.加深對(duì)各種數(shù)字基帶信號(hào)頻譜帶寬的理解。3.掌握虛擬儀測(cè)試各種數(shù)字基帶信號(hào)頻譜和帶寬的方法。三、三、 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器1.ZH5001A 通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2.20MHz 雙蹤示波器3.計(jì)算機(jī)4.虛擬儀四、四、 基本原理基本原理本次實(shí)驗(yàn)是基于 VIRTINS 虛擬儀的基帶信號(hào)頻譜分析。1. 單極性不歸零碼的功率譜所謂不歸 0，就是指sT，此時(shí)，=sssmfmTfm，2()0Sam，所以，二進(jìn)制單極性不歸 0 碼隨機(jī)序列的功率譜密度表達(dá)式為2222222(f )(1)()()2SssPf PP ASafP Af 其波形如圖 10-7 所示。由圖可以看出，這種碼型不存在定時(shí)分量。

23、通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 單極性歸零碼的功率譜現(xiàn)在分析二進(jìn)制單極性歸 0 碼隨機(jī)序列的功率譜密度。歸 0 就是指sT，一般歸 0 碼利用 50占空比，即/ 2sT，此時(shí)=/ 2/ 2sssmfmTfm，2(/ 2)0Sam，當(dāng)1m 時(shí)，2(/ 2)0Sa，所以，這種碼型存在離散譜，并且在碼元速率點(diǎn)存在定時(shí)分量。二進(jìn)制單極性歸 0碼隨機(jī)序列的功率譜密度表達(dá)式如式（10-20）所示。222222222222-(f )(1)()()2(/ 2) ()SssssmPf PP ASafP AffP ASa mfm f (式 10-20)其波形如圖 10-8 所示。由圖可以看出，這種碼型在單數(shù)碼元速率點(diǎn)都存在

24、離散頻譜。可以從中提取出定時(shí)分量。AMI 和 HDB3 碼在接收端經(jīng)過(guò)全波整流后就是這種碼型，因此，能夠提取出定時(shí)分量。雙極性不歸零碼的功率譜對(duì)于雙極性二進(jìn)制矩形方波隨機(jī)序列通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 2/t02/|0)(g1tAt (式 10-21)2/t02/|0)(g2tAt(式 10-22)1()()2G fA Sa2()()2G fA Sa (式 10-23)在這種情況下，21( )( )GfGf ，由此可得雙極性二進(jìn)制矩形脈沖隨機(jī)序列的功率譜密度為 222211222221-(f )4(1) |() |(21) |(0) |( ）(21)|(m ) |()SsssssmPf PPG ff

25、PGffPAGffm f (式 10-24)將式 10-23 帶入式 10-24，可得222222222222-(f )4(1)()(21)()2(21)() ()SsssssmPf PP ASafPAffPASa mffm f 二進(jìn)制雙極性不歸 0 碼，與前面所述單極性歸 0 的含義一樣，就是sT，此時(shí)=sssmfmTfm，2()0Sam，因此，一進(jìn)制雙極性不歸 0 碼隨機(jī)序列的功率譜密度表達(dá)式如式（10-26）所示。2222222(f )4(1)()(21)()2SssPf PP ASafPAf 由式（10-26）可以看出，雙極性不歸 0 碼的功率譜密度僅在 0 頻處有一根離散線譜，其他所

26、有的離散譜均為 0，如圖 10-9 所示。根據(jù)式（10-26） ，當(dāng)二進(jìn)制信號(hào)等概時(shí)，在 0 頻處的離散譜也消失，因?yàn)榈雀诺碾p極性信號(hào)是不會(huì)存在直流分量的，所以在 0 頻處的離散分量消失也是不難理解通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 的。雙極性歸零碼的功率譜對(duì)于雙極性歸零二進(jìn)制矩形脈沖隨機(jī)序列的功率譜密度可以用下式求得222222222222-(f )4(1)()(21)()2(21)() ()SsssssmPf PP ASafPAffPASa mffm f 雙極性二進(jìn)制歸 0 碼，與前面所述單極性歸 0 的含義一樣，就是指sT，利用 50占空比，即/ 2sT，此時(shí)=/ 2/ 2sssmfmTfm，2(/

27、2)0Sam，當(dāng)1m 時(shí)，2(/ 2)0Sa，因此，二進(jìn)制雙極性歸 0 碼隨機(jī)序列的功率譜密度表達(dá)式如式（10-27）所示。222222222222-(f )4(1)()(21)()2(21)(/ 2) ()SssssmPf PP ASafPAffPASa mfm f 其功率譜密度如圖 10-10 所示。由圖可知，這種碼型的功率譜密度與二進(jìn)制單極性碼的功率譜密度相同。實(shí)際上，這兩者是有區(qū)別的，因?yàn)槭欠裣嗤?，還要看其包含的各種分量的大小，對(duì)于雙極性信號(hào)，其線譜分量是很小的。因?yàn)閺氖街锌梢钥吹剑€譜分量的大小與一進(jìn)制碼元出現(xiàn)的概率有關(guān)。當(dāng)?shù)雀徘闆r下，離散譜全部消失。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 五、五、

28、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)箱中存在的信號(hào)，確定測(cè)試點(diǎn)并設(shè)計(jì)測(cè)試方法。(1)單極性歸 0 碼頻譜測(cè)試 TPD08；可以看出單極性歸零碼有豐富的時(shí)鐘分量和直流分量。(2)單極性不歸 0 碼頻譜測(cè)試 TPD01通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 單極性不歸碼時(shí)鐘分量是 0，有直流分量。(3)雙極性歸 0 碼頻譜測(cè)試 TPD05雙極性碼沒有直流分量，也沒有時(shí)鐘分量。(8)1kHz 方波信號(hào)頻譜測(cè)試（示波器校準(zhǔn)信號(hào)）通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 可以看到 1kHz 方波有基次諧波六、六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析本實(shí)驗(yàn)測(cè)試了各個(gè)常見數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜，得出的了理論與實(shí)際一致的結(jié)論。通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) 實(shí)驗(yàn)十三實(shí)驗(yàn)十三

29、頻帶信號(hào)的頻譜測(cè)試頻帶信號(hào)的頻譜測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備(1)預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。(2)熟悉虛擬儀器的操作方法。(3)熟悉附錄 B 和附錄 C 中實(shí)驗(yàn)箱面板分布及測(cè)試孔位置。(4)實(shí)驗(yàn)前重點(diǎn)熟悉的內(nèi)容1)FSK 信號(hào)的頻譜分布；2)BPSK 信號(hào)的頻譜分布；3)DBPSK 信號(hào)的頻譜分布；4)熟悉虛擬儀的主要功能和測(cè)試頻譜的方法。(5)思考題。1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中被測(cè)信號(hào)理論上的頻譜應(yīng)該什么樣2)如何使用虛擬儀測(cè)試信號(hào)的頻譜？二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深對(duì)各種數(shù)字已調(diào)信號(hào)頻譜的理解。(2)加深對(duì)各種數(shù)字已調(diào)信號(hào)頻譜帶寬的理解。(3)掌握虛擬儀測(cè)試各種數(shù)字已調(diào)信號(hào)頻譜和帶寬的方法。三、 實(shí)驗(yàn)儀器(1)ZH

30、5001A 通信原理綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(2)20MHz 雙蹤示波器(3)計(jì)算機(jī)(4)虛擬儀四、 基本原理通信原理實(shí)驗(yàn) 第 頁(yè) (1)(1)ASKASK 信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜前面已經(jīng)求出了單極性非歸 0 矩形脈沖隨機(jī)序列的功率譜密度，如式（10-28）所示。(式 10-28)2222222(f )(1)()()2SssPf PP ASafP Af 設(shè)已調(diào)信號(hào)的功率譜密度用 表示，則 ASK 信號(hào)的功率譜密度為0( )P f (式 10-29)00011()()()44SSP fP ffP ff將式 10-28 帶入式 10-29，并設(shè) ，可得1/ 2,1,sPAT(式22000011(f ) () () ()()1616SsssPTSaff TSaff Tffff10-