(完整word版)数字基带传输系统实验

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一“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一“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：
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。

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E㈣，则
N
e(t) C i t iT a
iN
N
E( ) C i e j T
iN
可见E(w)是由2N+1个Ci所确定的，Ci不同将对应有不同的E㈣。

又设横向滤波器的输出为丫(t)，输入为X(t),则在抽样时刻就有t=kTs+t o (k 为相应的第k个抽样时刻，t o是可能的时偏)，于是
N
Y(kT s t o) C i X (kT s t o iT s)
iN
N
C i X (k i)T o t o
iN
或者简写为：
N
Y k C i X k i
iN
上式表明，均衡器在第k个抽样时刻上得到的样值丫( kTs+t o )将由2N+1个Ci 与［( k-i )Ts+t o ］积之和确定。

从均衡的角度看，要求除k=o 外的所有Y k 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Y k =0。

但同时要求除了k=0外的所有Y k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，h 3为主瓣，h i h 2 h 4 h 5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 h 3以外的旁瓣为零，或者h i 2+ h 22+ h/+ h 52 （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。

(t)
0 Ts 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一一观察“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
Ts
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一一用误码仪测误码率。

图4眼图
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C o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C o处，然后由中心抽头C o向C l 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C l C-1 C2 C-2 C3 C-3等输出样值最小，同时微调，使C o所确定的主瓣最大，其它旁瓣最小（这时C l 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。

数字基带传諭系统
图7 实验面板图。