BPSK调制解调器的设计与仿真

东北大学秦皇岛分校东北大学秦皇岛分校 计算机与通信工程学院计算机与通信工程学院 综合课程设计综合课程设计 设计题目设计题目 BPSK 调制解调器的设计与仿真 专业名称 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间 通信 工 程 2014.12.29~2015.1.15 课程设计任务书课程设计任务书 专业：通信工程专业：通信工程学号：学号：学生姓名（签名）学生姓名（签名） ：： 设计题目：ＢＰＳＫ调制解调器的设计和仿真设计题目：ＢＰＳＫ调制解调器的设计和仿真 一、设计实验条件一、设计实验条件 1.计算机与通信工程实验室； 2.计算机及 matlab 仿真环境； 二、设计任务及要求二、设计任务及要求 1. 根据题目，查阅相关资料，掌握数字带通 BPSK 调制解调相关知识，学习 MATLAB软件，掌握相关调制解调的 MATLAB函数的使用； 2. 在此基础上，运用 MATLAB 进行编程实现 BPSK 的调制解调过程，并且 仿真输出调制前的基带信号、 调制后的BPSK信号和叠加噪声后的2PSK信号波形、 解调器在接收到信号后解调的各点的信号波形，并对仿真结果进行分析； 三、设计报告的内容三、设计报告的内容 1. 1.设计题目与设计任务（设计任务书）设计题目与设计任务（设计任务书） 1）设计题目设计题目 BPSK 调制解调器的设计与仿真。 2）设计任务设计任务 运用 MATLAB进行编程实现 BPSK 的调制解调过程，并且仿真输出调制前的 基带信号、调制后的 BPSK 信号和叠加噪声后的 2PSK 信号波形、解调器在接收到 信号后解调的各点的信号波形，并对仿真结果进行分析。 2. 2.前言（绪论）前言（绪论）( (设计的目的、意义等设计的目的、意义等) ) 1）数字信号及数字通信数字信号及数字通信 数字信号是其信息用若干个明确定义的离散值表示的时离散信号。 数字通信是一种用数字信号作为载体来传输信息的通信方式。数字通信可以 传输电报、 数据等数字信号， 也可传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。 与模拟通信相比，数字通信具有许多突出优点：一，抗干扰力强，二，通信 距离远，三，保密性好，四，通信设备的制造和维护简便，五，能适应各种通信 业务的要求，六是便于实现通信网的计算机管理。 2）数字通信的前景广阔数字通信的前景广阔 由于数字信号相比于模拟信号所具有很多优点，数字通信技术在当今通信技 术中占据主导地位，各国都在积极发展数字通信。近年来，我国数字通信得到迅 速发展，正朝着高速化、智能化、宽带化和综合化方向迈进。因此作为当代的大 学生了解数字通信技术具有深刻的意义。 本次课程设计，旨在通过 BPSK 的仿真，进一步深入学习到数字通信的基本 知识，为以后的学习打下基础。 3. 3.设计主体（各部分设计内容、分析、结论等）设计主体（各部分设计内容、分析、结论等） 1）设计原理设计原理 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道 具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必 须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数 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的过程称为数字调制。 数字调制技术的两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把 数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况 处理；②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。 这种方法通常称为键控法， 比如对载波的相位进行键控， 便可获得相移键控 （PSK） 基本的调制方式。 图 1 BPSK 信号时间波形示例 1.1）BPSK 的调制原理 如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同 时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于“同相“状态；如果其中一个开始的迟 了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则 称为“反相“。一般把信号振荡一次（一周）作为360 度。如果一个波比另一个波相 差半个周期， 我们说两个波的相位差 180 度， 也就是反相。 当传输数字信号时， “1“ 码控制发 0 度相位，“0“码控制发 180 度相位。载波的初始相位就有了移动，也就 带上了信息。 相移键控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。 在 2PSK 中，通常用初始相位 0 和π分别表示二进制“1”和“0” 。因此，2PSK 信号的时域表达式为 e 2PSK (t)  Acos( ct   n )（1） 式中，n 表示第 n 个符号的绝对相位：  n （2） 1”时 , 发送“ 因此，上式可以改写为： 0， 发送“0”时  Acos ct, 概率为P e 2PSK (t)  Acosct, 概率为1 P （3） 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 全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘： 式中 s(t)   a n g(t nT s ) n e 2 P S(K t)  stc os ct（4） （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 概率为P 1, a n  1, 概率为1 P （6） BPSK 信号的调制原理框图如图 2-2 所示。与 2ASK 信号的产生方法相比较， 只是对是 S(t)的要求不同。在 2ASK 中 S(t)是单极性的，而在 BPSK 中 S(t)是双极 性的基带信号。 开关电路 coswct 0 e2psk(t) 1800移相 S(t) 图 2 BPSK 信号的调制原理框 1.2）BPSK 的解调原理 2PSK 信号的解调方法是相干解调法。 由于 PSK 信号本身就是利用相位传递信 息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图 2-3 中给出了一种 2PSK 信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地 载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性 来判决的。即正抽样值判为 1，负抽样值判为 0。 e2psk(t) 带通 滤波器 a 相乘器 c 低通 滤波器 d 抽样 判决器 e 输出 Coswctb 定时 脉冲 图 3 BPSK 的相干接收机原理框图 BPSK 信号的相干解调各点时间波形如图 4 所示。 图 4 BPSK 各点时间波形 波形图中，假设相干载波的基准相位与 BPSK 信号的调制载波的基准相位一 致（通常默认为 0 相位） 。但是，由于在 BPSK 信号的载波恢复过程中存在着的相 位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相，这种相位 关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相 反，即“1”变为“0” ， “0”变为“1” ，判决器输出数字信号全部出错。这种现象 称为 BPSK 方式的“倒π现象”或“反相工作” 。这导致了BPSK 方式在实际中很 少采用。另外，在随机信号码元序列中，信号波形有可能出现长时间连续的正弦 波形，致使在接收端无法