C++实现BPSK信号的调制解调过程课题设计报告

西南交通大学

信息科学与技术学院

通信工程专业

工程实习报告——（C++类）课题设计报告

年级: 2011

学号:

姓名:

专业: 通信工程

二零一四年七月

一、总体设计

采用C++实现BPSK 信号的调制解调过程，给出在高斯信道下的误码率仿真曲线，并将调制信号波形与频谱、已调信号波形与频谱、解调后信号波形用图形界面显示出来。

基本原理：

BPSK 信号调制原理

二进制相移键控 BPSK （Binary Phase Shift Keying ）方式一般是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的数字调制方式，也就是说，二进制的数字基带信号 0 与 1 分别用相干调制的载波的 0 与π相位的波形来表示。其表达式由公式（1-1）给出：

()[()]cos()n T b i i n s t a g t nT t ωθ∞

=-∞=-+∑ （1-1）

其中{n A }为双极性的二进制数字序列，n A 的取值为± 1，b T 为二进制的符号间隔，()T g t 基带的发送成形滤波器的冲激响应，通常具有升余弦特性；i ω是调制载波的频率，i θ是调制载波的初始相位。

用 BPSK 调制方式时，因为发送端以某一个相位作为基准，所以在接收端也一定有这样一个固定的基准相位作为参考。假如参考相位发生变化了，那么接收端恢复的信息也会出错，也就是存在“倒π”现象。因此需要在接收端使用载波同步，才能够正确恢复出基带的信号。

BPSK 信号的调制原理框图如图2-1所示，典型波形如图2-2所示。

2-1 BPSK 调制原理图

2-2 发送码元为1 0 0 1 1的BPSK 波形

BPSK 信号的频谱如图2-3所示，可以计算频谱效率，所谓频谱效率是指信号传输速率与所占带宽之比。在BPSK 中，信号码元为b T ，故信号传输速率为1/b b f T ，以频谱的主瓣宽度为传输带宽，忽略旁瓣的影响，则射频带宽为2/b T ，频谱效率为：

b b

1==0.5b /s 2T

T 信号传输速率/带宽（每赫兹）

即每赫兹带宽传输0.5b/s 。注意，这里是以射频带宽计算的，若以基带带宽来计算，那就是每赫兹1 b/s 。

图2-3 BPSK 的频谱

BPSK 的调制器非常简单，只要把数字信号与载波相乘即可。不过这里数字信号的“0”要用“-1”来表示（在数字通信中，符号“1”用“+1”来表示，“0”则用“-1”来表示）。由图2-3可见，BPSK 波形与信息代码之间的关系是“异变同不变”，即：若本码元与前一码元相异，则本码元内BPSK 信号的初相相对于前一码元内BPSK 信号末相变化180°；否则不变。

BPSK 信号解调原理

因为BPSK 信号的幅度与基带信号无关，故不能用包络检波法而只能用相干解调法解调BPSK 信号，在相干解调过程中需要用到与接收的BPSK 信号同频同相的相干载波,相干接收机模型如图2-4所示：

图2-4 BPSK 相干接收机模型

具体的BPSK 信号解调原理框图如图2-5所示。

图2-5 BPSK 解调原理框图

如图2-5给出了一种BPSK 信号相干解调原理框图，图中经过带通滤波的信号在相乘器与本地载波相乘，在相干解调中，如何得到与接收的BPSK 信号同频同相的相干载波是关键，然后用低通滤波器去除高频分量，再进行积分采样判决，判决器是按极性进行判决，得到最终的二进制信息。假设相干载波的基准相位于BPSK 信号的调制载波的基准相位一致。但是，由于在BPSK 信号的载波恢复过程中存在180º的相位迷糊（phase ambiguity ），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。

载波同步器从BPSK 信号中提取的相干载波可能与接收信号的载波同相，也可能反相，称此为相干载波的相位模糊现象。如果收到的信号与载波信号同相，则相乘为正值，积分采样后必为一大于0的值，即可判决为“1”。如果收到的信号与参考信号相反，则相乘之后必为负值，积分采样后判决为“0”，因此解调完成。具体波形如图2-6所示。

a c d

)(t e BPSK

输出

e cos t c ω脉冲

定时

图2-6 BPSK 解调信号示意图

基本架构设计

BPSK 调制解调系统的模型如图3-1所示, 调制部分包括信息源、星座映射、发送滤波器和调制器, 接收部分包括解调器、接收滤波器和抽样判决器,信道干扰为加性高斯噪声。

图3-1 BPSK 信号调制解调系统框图

整个发送与接收过程仿真了实际中的通信过程，单极性二进制信源经过星座映射变换为一串双极性二进制字符，再经过发送滤波器进行脉冲成形，生成原始的数字基带信号，为了发送信息，通过BPSK 调制器变成数字带通信号发射，发射信号进入模拟的加性高斯白噪声信道，被接收机所接收，BPSK 信号解调采用的是相干解调，用同步恢复出的载波对接收机收到的信号进行相乘，相干解调恢复出信号经过低通滤波器滤除高频分量，然后依次经过接收滤波器和抽样判决器，恢复最原始的二进制序列，自此完成对数字信号的BPSK 调制解调全过程。

a

b

c

d

e

模块划分

Bpsk调制模块

Bpsk解调模块

输入输出模块

模块功能设计

Bpsk调制模块包括：

基带数据产生模块

单双极性变换模块

FFT模块

功率信号幅值单位转换模块

加载波模块

Bpsk解调模块包括：

产生高斯白噪声模块

去载波模块

低通滤波器模块

判决模块

FFT模块

误码率计算模块

输入输出模块包括：

数据输入模块

数据读取模块

数据输出模块

绘图模块OnPaint()

图形界面模块

二、详细设计

（一）资源项目