课程设计：基于MATLAB的BPSK调制解调研究

课程设计：基于MATLAB的BPSK 调制解调研究东北石油大学课程设计2012年3月9日东北石油大学课程设计任务书课程通信综合课程设计题目基于MATLAB的BPSK调制解调研究专业XXXXXXX姓名XXX学号XXXXXXXXX主要内容：1、简要阐述了BPSK的调制与解调原理；2、利用MATLAB进行仿真，附上仿真程序和仿真结果，并对仿真结果进行分析。

基本要求：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。

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。

主要参考资料：[1] 樊昌信,曹丽娜.通信原理[M].国防工业出版社,2010:205-212.[2] 章宜华.精通MATLAB5[M].清华大学出版社,1999:136-140.[3] 沈兰芬,李治群.调制解调的数字实现[J].电信科学,1993,(6):27-31.完成期限2012.2.20—2012.3.9指导教师专业负责人2012年2月20日目录1.设计要求 (1)2.设计原理 (1)2.1BPSK的调制原理 (1)2.2BPSK的解调原理 (3)3.基于MATLAB的BPSK调制解调仿真 (4)3.1仿真框图 (4)3.2仿真源程序 (4)3.3仿真输出结果 (6)3.4仿真结果分析 (9)4.总结 (10)参考文献 (10)1.设计要求根据题目，查阅相关资料，掌握数字带通的BPSK 调制解调相关知识。

并且学习MATLAB 软件，掌握MATLAB 各种函数的使用。

在此基础上，运用MAT LAB 进行编程实现BPSK 的调制解调过程，并且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。

2.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（PS K ）基本的调制方式。

图1 BPSK 信号时间波形示例2.1 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；如果其中一个开始得迟了一点，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S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)cos(A )(2PSK n c t t e ϕω+=（1）式中，ϕn 表示第n 个符号的绝对相位： ⎩⎨⎧=”时发送“”时发送“，1,00πϕn（2）因此，上式可以改写为⎩⎨⎧--=Pt Pt t e c c 1,cos A ,cos A )(2PSK 概率为概率为ωω（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：()t t s t e c ωcos )(2PSK = （4） 式中∑-=ns n nT t g a t s )()( （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T s 的单个矩形脉冲，而a n 的统计特性为⎩⎨⎧--=P P a n 1,1,1概率为概率为 （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。

图2 BPSK 信号的调制原理框2.2 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。

BPSK 信号的相干解调各点时间波形如图2-4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badec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，致使在接收端无法辨认信号码元的起止时刻。

为了克服BPSK这一缺点，在实际使用中常采用DPSK，即差分相移键控。

3.基于MATLAB的BPSK调制解调仿真3.1仿真框图在发送端，通过随机函数随即产生八比特二进制比特序列。

然后把这八比特序列在频率fc=4000HZ的载波上进行传输，并且采样频率fs=8000HZ。

经过调制后，调制信号就可以在信道上传输。

但是在实际的信道中传输时，会叠加很多噪声，因此，程序模拟在实际信道上传输，产生噪声，叠加到已调信号上。

在接收端，通过相干解调的方法，把接收到的叠加有噪声的信号进行解调，但是解调后的信号还不是最先发送的二进制比特流，需要对解调得到的信号进行抽样判决，才能得到发送的二进制比特流，即发送信号。

软件的仿真流程图如3-1所示。

框图3.2 仿真源程序本程序传送的信号是利用随机函数产生随机的八比特二进制流。

在已知在已知载波频率fc=4000HZ，采样频率fs=8000HZ的情况下，进行的调制。

在传输信道上对已调信号叠加白噪声。

在接收端进行相干调制解调，然后在进行抽样判决得到发送信号。

%产生比特信号t=0:0.01:7.99;a=randint(1,8);figure(1)m=a(ceil(t+0.01));figure(1)plot(t,m)title('产生随机八比特二进制比特序列');axis([0,8,-1.5,1.5]);%*************调制************%fc=4000; %载波频率fs=80000; %采样频率ts=0:1/fs:(800-1)/fs;ts1=0:1/fs:(100-1)/fs;tzxh1=cos(2*pi*fc*ts);tzxh2=cos(2*pi*fc1*ts);%**************2PSK调制************%psk=cos(2*pi*fc.*ts+pi*m);figure(2)plot(t,psk)title('2PSK调制波形');axis([0,8,-1.5,1.5]);%**************叠加噪声************%e_2psk=awgn(psk,10);figure(3)plot(t,e_2psk)title('2PSK调制信号叠加噪声波形');%**************2PSK相干解调************%[b11,a11]=ellip(5,0.5,60,[2000,6000]*2/80000);%带通椭圆滤波器设计[b12,a12]=ellip(5,0.5,60,1000*2/80000); %低通滤波器设计e_psk1=filter(b11,a11,e_2psk);%通过带通滤波器滤除带外噪声e_psk1_1=e_psk1.*(tzxh1*2);%相干解调psk_xgjt=filter(b12,a12,e_psk1_1); %相干解调后，抽样判决前的结果figure(4)plot(t,psk_xgjt)title('2PSK调制信号相干解调后通过低通滤波器，抽样判决前的信号');axis([0,8,-1.5,1.5])%*******2PSK的相干解调法的抽样判决结果与原数据比较**********% for i=0:7if(psk_xgjt((i+1)*100)>0.5)psk_hyjt(i*100+1:(i+1)*100)=zeros(1,100);elsepsk_hyjt(i*100+1:(i+1)*100)=ones(1,100);endendfigure(5)plot(t,psk_hyjt);title('2PSK调制信号相干解调，抽样判决后的信号');axis([0,8,-1.5,1.5]);3.3 仿真输出结果在实际传输中，我我们需要传输的就是二进制基带信号。

因此通过随机函数随机产生八位二进制比特流，即基带信号。

图4-1 随机产生的二进制基带信号实际通信中不少信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓正弦载波调制。

正弦波可以作为数字模拟调制系统和数字调制系统的载波。

从原理上来说，受调载波的波形可以是任意的，只要已调信号适合于信道传输就可以了。

但实际上，在大多数数字通信系统中，都寻则正弦信号作为载波。

这是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。

和模拟调制一样，数字调制业余调幅、调频和调相三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。

数字调制与模拟调制相比，其原理并没有什么区别。

不过模拟调制时对载波信号的参量进行连续调制，在接收端则对载波信号的调制参量连续地进行估值；而数字调制都是用载波信号的默写离散状态来表征所传送的信息，在接受算也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。