数字基带传输系统实验.doc

实验三 数字基带传输系统实验

一． 实验目的：
1．了解数字基带传输系统的组成和实时工作过程；
2．加深理解时域均衡系统的工作原理，基本特点及均衡器的主要作用；
3．学会按给定的均衡准则调整，观测均衡器的方法。
二． 实验内容：
1．在数字基带信号为单脉冲波形 —“测试信号”时, 按“迫零调整准则” ，手动调整均衡器的各抽头系数，获得最佳均衡效果；
2．在数字基带信号为伪随机序列 —“信码”时，按“眼图最大准则” ，手动调整均衡器的各抽头系数，获得最佳均衡效果；
3．改变信道特性后，重复1，2两内容。
三． 实验仪器：
1．COS5020型双踪示波器一台；
2．双路稳压电源一部；
3．数字基带传输实验系统一套。
四． 实验组成框图和电路原理图：
信号源
时 钟
测试信号
信 码
信 道
均衡器
接收滤波器
取样判决
4

K

可变 手调

图1 数字基带传输系统的组成框图

数字基带传输系统的组成框图如图1所示，它是一个较完整的数字基带传输系统。信号源产生19.2 KHz 的基带信号时钟，经过乘4之后，提供均衡器所需的两个互补驱动时钟76.8 KHz 。显然本实验系统的基带速率为19.2 Kbit/s。测试信号和信码发生器按19.2KHz的时钟节拍，分别产生测试单脉冲波形及63位M序列，两种码分别作为均衡的对象，通过开关K予以选择。可变信道滤波器是在实验室条件下用来模拟传输信道特性的，改变电位器即可改变滤波器的传输函数特性，进而模拟信道特性的变化。
均衡器是借助横向滤波器实现时域均衡的，它由延迟单元，可变系数电路和相加器三部分组成，如图2所示。

Ts
Ts
Ts
Ts
Ts
Ts
C0
C-1
C1
C-2
C2
C-3
C3

均衡入
均衡出
t = 0

图2 横向滤波器
图2中，横向排列的延迟单元是由电荷转移器件完成的。本实验所采用的是国产斗链器件BBD（Bucret Brrgades Device）,它有32个延迟抽头输出端，因为我们抽样频率为76.8KHz是基带信号19.2 Kbit/s的4倍，故取6，10，14，18，22，26，30等七个抽头输出端。理论上讲，抽头数目越多就越能消除码间串扰的影响，但势必会增加调整的难度。且若变系数电路的准确度得不到保证，增加抽头数所获得的效益也不会显示出来。
实现Ci调整的电路，称为变系数电路。它是由运放TL064所组成的放大器，改变其反馈电阻，即可使其增益变化，为随时修改系统的时间响应提供了条件。这里七级变系数电路的形式和参数完全相同。
实现加权系数相加的电路，称为相加器，它也是用TL064进行有源相加的。具体实现时，把七级变系数电路的输出分两段相加，然后再将两段的结果相加在一起。
相加器输出端所接的接收滤波器，目的是让19.2 Kbit/s的数字基带信号通过并加以放大，同时滤除了76.8KHz的驱动时钟频率分量。
取样判决器将接收滤波器的输出经抽样判决，恢复出数字基带信号，便于同学们把输入信码和再生输出信码进行比较，确定误码情况。

五．实验的基本原理：
时域均衡器通常用线性横向滤波器来实现。设有限长横向滤波器的单位冲击响应为e(t)，相应的频率特性为E(w),则

可见E(w)是由2N+1个Ci所确定的，Ci不同将对应有不同的E(w)。
又设横向滤波器的输出为Y(t)，输入为X(t), 则在抽样时刻就有t=kTs+t0 (k为相应的第k个抽样时刻，t0 是可能的时偏），于是

或者简写为：

上式表明，均衡器在第k个抽样时刻上得到的样值Y( kTs+t0 )将由2N+1个Ci与[( k-i )Ts+t0 ]积之和确定。从均衡的角度看，要求除k=0外的所有Yk 都等于零。显然，问题就归结为寻求什么样的Ci？分析表明，只有在均衡器输入波形X(t)给定时（即各种可能的X k-i 确定的条件下），通过调整Ci使指定的Yk =0。但同时要求除了k=0外的所有Yk 都等于零是不可能的，所以当采用有限抽头系数时，尽管有明显的均衡效果，但码间串扰并不能完全消除。
如上所述，当采用七个抽头数的横向滤波器时，码间串扰不可能完全消除。那么，均衡效果如何来衡量呢？本实验要采用两个准则。
（1） 最小峰值畸变准则：
由于信道的非理想性产生时间扩散，使得系统冲击响应所占宽度超过一个码元宽度而引起码间串扰。在图3中所示的冲击响应，h3 为主瓣，h1 h2 h4 h5 称为旁瓣，旁瓣的非零是造成码间串扰的直接因素。若调节均衡器的抽头系数使除h3 以外的旁瓣为零，或者h12+ h22+ h42+ h52 （均方误差）达到最小，均衡效果是最佳的，这就达到了均衡的目的。
0
a (t)
t
Ts
Ts
( a )
0
h (t)
t
( b )
h3
h1
h2
h4
h5
Ts
2Ts
3Ts
4Ts
5Ts

图3 （a）测试信号 (b) 系统响应波形

（2） 眼图最大准则：
在实际衡量均衡效果时几乎离不开一种测试手段——观察“眼图” 。在均衡器的输出端接示波器的垂直通道，外同步信号接码元时钟，在荧屏上便可显示“眼图” ，如图4所示。因为它形状像人的眼睛，故称其为“眼图” ，在无码间串扰时，眼图像一只完全张开的眼睛，而在存在码间串扰时，眼图会部分地闭合。由此可见，眼图的张开度将反映着码间串扰的强弱，若调节变系数电路，使眼图张开度最大，那么均衡效果是最佳，码间串扰最小。
眼图可以定性表征均衡效果，若要对均衡效果进行定量的衡量，则要用另一种测试手段——用误码仪测误码率。

图4 眼图

C0
C1
C2
C3
C-1
C-2
C-3

图5

六． 实验步骤：
本实验的实验面板图如图7所示，在实验时请按下列步骤操作：
1. 正确的连接电源；
2. 按面板的箭头UP 或DOWN，选择信号为63位信码；
3. 将开关k置于“测试信号”位置，用双踪示波器同时观察测试信号和可变信道滤波器的输出，调整可变信道滤波器框图下方的旋钮，使其输出的冲击响应出现3个左右的旁瓣（注意本实验只有七个抽头，故信道畸变不要太厉害，否则均衡效果不明显），然后将测试信号的示波器探头移至接收滤波器的输出测试孔，并开始调整变系数电路。其调整方法是，调整实验面板上的七个旋钮，使示波器屏幕上出现如图5所示的波形，再旋动C0 所对应的旋钮，确定时间原点(t=0) , 即把时间原点放在横向滤波器中心点C0 处，然后由中心抽头C0 向C1 C-1 C2 C-2 C3 C-3 两边逐一调整变系数电路，使图5中相应的C1 C-1 C2 C-2 C3 C-3 等输出样值最小，同时微调，使C0 所确定的主瓣最大，其它旁瓣最小（这时C1 C-1对C0 影响最大，需反复仔细调整），这时就意味着按“最小峰值畸变准则”均衡至最佳。画出面板图上各测试孔上所观测到的波形（注意时序的对应关系），并以对比的手法分析均衡效果及作用。
4．保持上面的信道特性不变，将开关k打至“信号发生器”位置，这时信码为63位的M序列。这时我们可先观察均衡前（观察点在可变信道滤波器输出孔）的眼图，该眼图几乎完全闭合，且扫线杂乱、线迹模糊，表明存在着严重的串扰，若直接对此信号进行判决，误码率必然很高。然后我们把观察点移至均衡器输出测试点，观察均衡后的眼图，并微调（若在加测试信号时调至最佳，可不微调。是否进行微调，视眼图大小、迹线粗细及清晰与否而定）变系数旋钮，使眼图张开至如图6所示的情况为止。画下均衡前后的两个眼图，通过对比，认识均衡效果及其作用。
观察眼图的方法是：把接收滤波器（或可变信道滤波器）的输出信号接至示波器的一个通道，时钟信号接至示波器的外同步信号，并把“触发方式”置为“外”，调整扫描速度“t/div”和垂直灵敏度“v/div”，便可在示波器屏幕上得到两只“眼睛”。

图6 均衡后的眼图
5．用示波器的两个探头分别观察信码输出和抽样判决器输出，画出两点波形，比较均衡后有无误码。
6．改变信道特性，使畸变加大，重复2~4各步骤。
七． 思考及实验报告要求
1． 通过实验，你认为本实验采用的两个均衡准则各有什么特点，最后的结果有什么不同？是否还存在其它的调节准则？
2． 均衡器抽头个数对均衡效果有无影响？本实验装置中若把抽头由七个增加至十五个，按照给出的两准则将系统均衡至最佳时，均衡输出眼图张开度是否会更大？为什么？
3． 报告要求理论联系实际，在理论上弄懂时域均衡的原理，在实践上操作无误，实验结论正确，各波形画得逼真。

图7 实验面板图

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