实验四BPSK调制系统实验.doc

实验四 BPSK调制系统实验 掌握BPSK调制的实现电路组成和原理； 掌握差分编码的原理和实现； 掌握数字基带波形成形的原理和方法； 掌握测试BPSK系统性能的基本方法； 1．BPSK基本原理 二进制相移键控（BPSK）可以用幅度恒定、相位随输入数字信息m（1、0码）变化的正弦信号表示，通常相位相差180°。设比特平均能量为Eb，比特时间间隔为Tb，则传输的BPSK信号表示为 其中为初始相位（本系统中，初始相位分别为和，可以根据需要设定）。 一个数据码流直接BPSK调制后的信号如图4.2所示： 图4.2 数据码流直接调制后的BPSK信号 2、Nyquist波形成形技术及实现 在基带传输系统中，一系列的基带信号波形被变换成相应的发送基带波形后，就被送入信道。信号通过信道传输，一方面要受到信道特性的影响，使信号产生畸变；另一方面信号被信道中的加性噪声所叠加，造成信号的随机畸变。因此到达接收端的基带脉冲信号已经发生了畸变。确定信号在受到加性白高斯噪声干扰下的最佳接收是采用匹配滤波器，使得在最佳抽样时刻的信噪比最大，然后再选择合适的判决门限进行判决，可使平均误比特率最小。数字基带传输系统框图如图4.3所示。 为发送滤波器的输入符号序列，发送滤波器至接收滤波器就是整个基带系统的传输特性，用表示 故接收滤波器的输出信号可表示为 其中 为整个基带系统的单位冲激响应，也是基本码元波形，为传输的码元间隔。为加性噪声通过接收滤波器后的波形。 图4.3 数字基带传输系统框图 根据位定时信号，对抽样判决可以得到接收端恢复的数据。在抽样时刻，其他码元码元波形对本码元抽样值的影响称为码间干扰（ISI）。的影响称为加性噪声干扰。噪声干扰是一直存在的，而码间干扰可以通过系统的设计来消除。无ISI时，基带传输系统应满足奈奎斯特第一准则，如理想低通滤波器形式的基带系统。实验中选取更实用的具有余弦滚降特性的滤波器。 如果直接采用矩形脉冲的基带信号作为传输码型，由于实际信道的频带都是有限的，则传输系统接收端所得的信号频谱必定与发送端不同，这就会使接收端数字基带信号的波形失真。采用二进制码流直接对载波信号进行调相，在实际中会产生以下三方面的问题： 信号占居带宽大，浪费频带资源； 产生邻信道干扰（ICI），对系统的通信性能产生影响。在移动无线系统中，要求在相 邻信道内的带外幅射一般应比带内的信号功率谱要低40dB到80dB； 该信号经过带宽受限信道会产生码间干扰（ISI），影响本身通信信道的性能。因此，在实际通信系统中，通常采用Nyquist波形成形技术，具有以下三方面的优点： 发送信号频谱在发端受到限制，提高信道频带利用率，减少邻道干扰； 在接收端采用相同的滤波技术，可以对BPSK信号进行最佳接收； 获得无码间串扰的信号传输； 常用的成形滤波器为升余弦滤波器，如下图所示，其传递函数为 其中，α是滚降因子，为0到1之间的常数，一般取0.25~1，为常数。随着α的增加，系统冲激响应相邻符号间隔内的旁瓣幅度减小，减小位定时抖动的敏感度，但增加了占用的带宽，基带传输的带宽利用率为。 对于矩形基带信号，码元速率为的BPSK信号，约90%的能量在的带宽内；而经过α=0.5的升余弦滤波器后，BPSK信号的所有能量都在的带宽内。 基带系统传输特性设计可以采用两种方式，一种是将系统设计成最佳的无码间干扰的系统，即采用匹配滤波器，发送滤波器和接收滤波器对称的系统，发送滤波器和接收滤波器都是升余弦平方根特性（参考樊昌信通信原理第271页）。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，既可以实现最佳接收，又可以完成波形成形。另一种是不采用匹配滤波器两种方式，升余弦滚降基带特性完全由发送滤波器实现。 升余弦滤波器在频域上是有限的，则在时域上的响应是无限的，是一个非因果冲激响应。为了在实际系统中实现，一般将升余弦冲激响应进行截短，并进行延时使其成为因果响应。截短长度一般从中央最大值处向两边延长4个码元。由截短的升余弦响应成形的基带信号，其频谱一般能很好地满足实际系统的使用要求。 脉冲成形滤波器可以在基带处理时实现，也可以在发射机的输出端实现。在基带处理时，脉冲成形滤波器用DSP或FPGA来实现。本实验系统中，每个码元需采样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。因此，在同一时刻需存储几个符号的数值，通过查表的方式可以实现滤波（表的大小为210）。查表法可以实现高速数字成形滤波，其处理过程如图4.4所示。 成形之后的基带信号经D/A变换之后，直接进行调制。 采用直接数据（非归零码）调制与成形信号调制的信号如图4.5所示。