《通信原理课程设计BPSK调制及解调》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理课程设计BPSK调制及解调（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要本次课程设计以基于MATLAB的BPSK调制仿真及性能分析为题目，其中BPSK（Binary Phase Shift Keying），即二进制相移键控，是一种数字带通调制方法。此次课设中着重介绍了算法的实现，并采用MATLAB程序仿真测试了BPSK过程中双极性不归零的产生、载波的形成、BPSK的模拟调制、信号通过AWGN信道、带通滤波器的设计、低通滤波器的设计、抽样判决、载波的恢复、而且建立蒙特卡洛仿真模型统计系统误码率，并与理论误码率曲线进行比较。调制过程中采用模拟调制方法得到调制信号，并进行了信号的频谱分析；调制信号通过信道时加入了高斯白噪声；在设计带通、低通滤波器时采用了Butte
2、rworth滤波器；并经过蒙特卡洛仿真模型对误码率进行了分析。关键词：BPSK；调制；滤波器；蒙特卡洛分析I目 录一、前言1二、设计意义及任务22.1 目的与意义22.2任务及要求2三、设计方案与原理33.1系统总体设计33.1.1通信系统模型33.2原理介绍43.2.1 调制的概念43.2.2 调制的种类43.2.3 调制的作用43.2.4 调制方式43.3 BPSK调制基本原理53.3.1 BPSK调制原理53.3.2 BPSK数字解调原理73.4 蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真的简介8四、仿真结果及分析104.1 各部分仿真结果104.1.1 BPSK信号调制的实现104.1.2
3、加噪及经带通滤波后的信号134.1.3与恢复载波相乘后的信号144.1.4抽样判决及消除延迟144.1.5计算误码率164.2仿真结果分析18设计总结19参考文献20致 谢21一、前言 在信息时代的现在，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段，数字信号的调制就显得尤为重要。数字信号传输方式分为数字带通传输和数字基带传输。带通调制通常需要一个正弦波作为载波，把基带信号调制到这个载波上，使这个载波的一个或者几个参量上载有基带数字信号的信息，并且还要使已调信号的频谱倒置适合在给定的带通信道中传输。特别是在无线电通信中，调制是必不可少的，因为要使信号能以电磁波的方式
4、发送出去，信号所占用的频带位置必须足够高，并且信号所占用的频带宽度不能超过天线的的通频带，所以基带信号的频谱必须用一个频率很高的载波调制，使期带信号搬移到足够高的频率上，才能够通过天线发送出去。基带信号的调制主要分为线性调制和非线性调制，线性调制是指已调信号的频谱结构与原基带信号的频谱结构基本相同，只是占用的频率位置搬移了。而非线性调制则是指它们的结构完全不同不仅仅是频谱搬移，在接收方会出现很多新的频谱分量。在三种基本的调制中，ASK属于线性调制，而FSK和PSK属于非线性调制。已调信号会在接收方通过各种方式通过解调得到，但是由于噪声和码间串扰，总会有一定的失真。所以人们总是在寻找不同的接收方
5、式来降低误码率，其中的接收方式主要有相干接收和非相干接收。在接收方通过载波的相位信号去检测信号的方法称为相干检测，反之若不利用就称为非相干检测，而对于一些特别的调制有特别的解调方式，如过零检测法。系统的性能好坏取决于传输信号的误码率，而误码率不仅仅与信道、接收方法有关还和发送端采用的调制方式有很大的关系。我们研究的ASK，FSK，PSK等就主要是发送方的调制方式。对于本次课程设计二进制相移键控BPSK（Binary Phase Shift Key）是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变的一种数字带通调制方式。本文主要对BPSK信号的原理及其相干解调系统性能进行了分析和仿真，这
6、样能让我们对数字调制方式有一个更清楚的认识。在实际应用中，PSK具有恒包络特性，频带利用率比FSK高，在相同信噪比的条件下误码率也较低，同时PSK调制实现相对简单，故卫星通信，遥测遥控中用得最多的是BPSK方式调制。20二、设计意义及任务2.1 目的与意义BPSK (Binary Phase Shift Keying)，把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移
7、相。以二进制调相为例，取码元为1时，调制后载波与未调载波同相；取码元为0时，调制后载波与未调载波反相；1和0时调制后载波相位差180。就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此BPSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。本设计分析BPSK调制和解调系统，并用BPSK软件仿真调制系统，最后建立蒙特卡洛仿真模型，统计系统误码率。该题目概括了MATLAB技术、通信系统原理等课程的主要知识点，通过该设计能够培养和提高学生
8、综合设计能力，为今后的学习和工作积累经验。2.2任务及要求1、掌握BPSK调制的基本原理；2、分析BPSK系统，及其误码性能；3、利用MATLAB软件建立系统仿真平台；4、建立蒙特卡洛仿真模型，统计系统误码率。三、设计方案与原理 3.1系统总体设计总体的系统设计方案如图3.1.1所示：产生数字基带信号2PSK调制加入高斯白噪声2PSK解调计算误码率图3.1.1 系统方案图3.1.1通信系统模型信道：信道就是信号的通道。通信系统一般模型如图3.1.2所示:接收设备信宿信源发送设备信道噪声图3.1.2 通信系统一般模型就总体而言，信道应看作一个线性系统，满足线性叠加原理。信号在信道中传输，存在衰耗
9、和时延，信道中总是存在噪声，信号在实际信道中传输，将会产生失真，任何信道都有一定的频率带宽，信道不可能传送功率无限大的信号。数字通信系统模型如图3.1.3所示:信源编码信道编码数字调制数字解调信道译码信源译码收信者信道噪声源信息源图3.1.3 数字通信系统模型3.2原理介绍3.2.1 调制的概念 调制（modulation)就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的
10、信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。 3.2.2 调制的种类调制的种类很多，分类方法也不一致。按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制(如对非相干光调制)等。调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度
11、调制。此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。脉冲调制也可以按类似的方法分类。此外还有复合调制和多重调制等。不同的调制方式有不同的特点和性能。3.2.3 调制的作用 调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。3.2.4 调制方式在通信中，我们常常采用的调制方式有以下几种：1、模拟调制：用连续变化的信号去调制一个高频正弦波，主要有：1) 幅度调制（调幅AM、双边带DSB、单边带SSB、残留
12、边带VSB以及独立边带ISB）；2) 角度调制（调频FM，调相PM）两种。因为相位的变化率就是频率，所以调相波和调频波是密切相关的；2、数字调制：用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过称成为数字调制，主要有：1) 振幅键控ASK；2) 频率键控FSK；3) 相位键控PSK；3、脉冲调制：用脉冲序列作为载波，主要有：1) 脉冲幅度调制（PAM：Pulse Amplitude Modulation）；2) 脉宽调制（PDM：Pulse Duration Modulation）；3) 脉位调制（PPM：Pulse Position Modulation）。3.3 B
13、PSK调制基本原理3.3.1 BPSK调制原理数字带通传输中一般利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控分别可以获得振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。BPSK(Binary Phase Shift Keying)是二进制相移键控，它是一种相位调制算法。相位调制（调相）是频率调制（调频）的一种演变，载波的相位被调整用于把数字信息的比特编码到每一词相位改变（相移）。BPSK中的“PSK”表示使用移相键控方式，移相键控是调相的一种形式，用于表达一系列离散的状态。BPSK具有以下特点：(1)抗噪能力强；(2)较高的频带
14、利用率；(3)抗加性高斯白噪声方面，BPSK性能较好。用二进制数字基带信号控制载频的相位实现调制称为相移键控PSK，即随着基带信号0、1的变化，载波的相位发生0、的变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在BPSK中，通常用初始相位0和分别表示二进制1和0。因此，2PSK信号的时域表达式为： （3-1）其中，表示第n个符号的绝对相位： （3-2）因此，式（2-2）可以改写为: （3-3）典型的波形如图2.1.1所示。由于两种码元的波形相同，极性相反，故BPSK信号可以表述为一个双极性全占空（100 duty ratio）矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘,即： （3-4）其中 （3-5）这里，s(t)为双极性全占空(非归零)矩形脉冲序列，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为： （3-6）图3.1.1 2PSK信号的时间波形2PSK信号的调制原理框图如图2.1.2所示。这里的s(t)信号是双极性的基带信号。码型变换乘法器 双极性不归零s(t) 0s(
