通信原理课程设计BPSK调制及解调

摘摘 要要 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 Butterworth 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：关键词： BPSK；调制；滤波器；蒙特卡洛分析 I 目目 录录 一、前言1 二、设计意义及任务2 2.1 目的与意义2 2.2 任务及要求.2 三、设计方案与原理3 3.1 系统总体设计.3 3.1.1 通信系统模型.3 3.2 原理介绍.4 3.2.1 调制的概念4 3.2.2 调制的种类4 3.2.3 调制的作用4 3.2.4 调制方式4 3.3BPSK 调制基本原理.5 3.3.1 BPSK 调制原理5 3.3.2BPSK 数字解调原理.7 3.4 蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真的简介 .8 四、仿真结果及分析10 4.1 各部分仿真结果10 4.1.1 BPSK 信号调制的实现10 4.1.2 加噪及经带通滤波后的信号.13 4.1.3 与恢复载波相乘后的信号.14 4.1.4 抽样判决及消除延迟.14 4.1.5 计算误码率.16 4.2 仿真结果分析.18 设计总结19 参考文献20 致 谢21 II 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。 1 二、设计意义及任务二、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。 2 三、设计方案与原理三、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 图 3.1.1 系统方案图 2PSK 调制 加入高斯白噪声 2PSK 解调 计算误码率 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: 信源 噪声 发送设备信道接收设备信宿 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: 3 信 息 源 信 源 编 码 信 道 编 码 数 字 调 制 噪声源 信道 数 字 解 调 信 道 译 码 信 源 译 码 收 信 者 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信号以适