数字带通系统.docx
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数字带通系统
数字通信实验报告
题目:
数字带通系统
讲课老师:
学生姓名：
所属院系：
信息科学与工程学院
专业：
信息与通信工程
学号：
完成日期：
2015/5/11
1·设计目的
应用数字通信课程中学到的知识，设计基于BPSK调制解调的数字带通系统，并用MATLAB来实现仿真实验，输出调制前的基带信号，调制后的BPSK信号，叠加噪声后的2PSK信号，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，为了使数字信号在带通信道中有效传输，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征相匹配。
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实现数字式调制；
2）通过开关键控载波，通常称为键控法；其基本键控方式为：
振幅键控，频移键控，相移键控。
2.1BPSK的调制原理
如果两个频率相同的载波同时开始震荡，这两个频率同时达到正最大值，零值和负最大值，他们应处于“同相”状态；若其中一个开始得迟了点，就可能处于“不同相”状态。
一般信号震荡周期为360度，如果一个载波比另一个载波相差半个周期，则其相位差为180度，也就是相反。
2PSK信号的时域表达式为：
其中
表示第n个符号的绝对相位。
因此，上式可以改写为：
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（非归零）矩形脉冲序列与一个正弦载波的相乘：
其中，
，s（t）为双极性全占空矩形脉冲序列，g（t）是脉宽为
的单个矩形脉冲，
的统计特性为：
BPSK信号的调制原理框图如图1所示：
图1.BPSK信号的调制原理图
与2ASK信号的产生方法比较，只是对s（t）的要求不同。
在2ASK中S（t）是单极性的，而在2PSK中S（t）是双极性的基带信号。
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。
2.2BPSK解调原理
2PSK信号的解调方法是相干解调法，因为PSK信号的功率谱中无载波分量。
在相干解调中如何得到同频同相的本地载波是个关键，因此对PSK信号进行非线性变换，才能产生载波分量。
其相干接收机原理框图如图2所示：
图2.BPSK的相干接收机原理框图
图中经过带通滤波得到有用信号，经相乘器与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高分分量，再进行抽样判决得到基带信号，即正抽样值为1，负抽样值为0。
BPSK信号的相干解调各点时间波形如图3所示：
图3.BPSK信号的相干解调各点时间波
3·实现数字带通系统的MATLAB程序
Clc;clear
%产生比特信号
t=0:
0.01:
9.99;
a=randint（1,10）;
m=a（ceil（t+0.01））;
figure
（1）
plot（t,m）
title（'产生随机十比特二进制比特序列'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
%载波信号%
fc=4800;
fs=100000;
ts=0:
1/fs:
（1000-1）/fs;
carry=cos（2*pi*fc*ts/2.5）;
%因为信息速率2400b/s，载频4800Hz，一个Ts两个载波信号，不除2.5是五个载波
figure
（2）
plot（t,carry）
title（'载波信号'）
axis（[0,10,-2,2]）;
%2psk调制%
e_2psk=cos（2*pi*fc*ts/2.5+pi*m）;;
figure（3）
plot（t,e_2psk）
title（'2psk调制信号'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
%产生高斯白噪声
a=0.1;
noise=a*wgn（1,1000,10）;
%产生1行1000列的高斯白噪声为10dBW
figure（4）
plot（t,noise）
title（'高斯白噪声'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
%调制信号叠加高斯白噪声
e2psk=e_2psk+noise;
figure（5）
plot（t,e2psk）
title（'2psk叠加白噪声波形'）
axis（[0,10,-2,2]）;
%带通滤波器的设计%
[BB1,AB1]=ellip（5,0.5,60,[2400,6400]*2/100000）;
%带通滤波器通带上、下界频率分别为2400Hz,6400Hz,通带最大衰减为0.5dB,阶数为5，计算带通滤波器系统函数分子分母多项式系数向量BB1和AB1
e_2psk1=filter（BB1,AB1,e2psk）;
%带通滤波器滤除带外噪声
figure（6）
plot（t,e_2psk1）
title（'调制信号通过带通滤波器'）
%相干解调与载波相乘
e_2psk2=e_2psk1.*carry*2;
figure（7）
plot（t,e_2psk2）
title（'调制信号与载波相乘进行相干解调'）
axis（[0,10,-2,2]）;
%设计低通滤波器
[BB2,AB2]=ellip（5,0.5,60,700*2/100000）;
%通滤波器通带截止频率分别为700Hz,通带最大衰减为0.5dB,阶数为5，计算低通滤波器系统函数分子分母多项式系数向量BB2和AB2
AB2 e_2psk3=filter（BB2,AB2,e_2psk2）;
figure（8）
plot（t,e_2psk3）
title（'解调信号通过低通滤波器'）
%抽样判决
for i=0:
9
if（e_2psk3（（i+1）*100）>0）
e_2psk4（i*100+1:
（i+1）*100）=zeros（1,100）;
else
e_2psk4（i*100+1:
（i+1）*100）=ones（1,100）;
end
end
figure（9）
plot（t,e_2psk4）
title（'抽样判决后的信号'）
axis（[0,10,-2,2]）;
%滤波器单位冲激响应 %
%带通滤波器单位冲激响应
figure（18）
dimpulse（BB1,AB1）
title（'带通滤波器单位冲激响应'）
axis（[0,5000,-0.06,0.06]）;
%低通滤波器单位冲激响应
figure（19）
dimpulse（BB2,AB2）
axis（[0,1000,-0.02,0.02]）;
title（'低通滤波器单位冲激响应'）
%滤波器频率响应曲线
%带通滤波器频率响应曲线
figure（20）
w=0:
0.1:
2*pi*0.3;
freqz（BB1,AB1,w）
title（'带通滤波器幅频相频曲线'）
%低通滤波器频率响应曲
w=0:
0.1:
2*pi*0.3;
figure（21）
freqz（BB2,AB2,w）
title（'低通滤波器幅频相频曲线'）
4·MATLAB仿真实验
系统以正弦信号作为载波，其信息速率2400b/s，载频4800Hz，一个TS两个载波信号
5·总结
在BPSK信号中，相位变化是以末调载波的相位作为参考基准的，其载波相位的绝对数值表示数字信号。
让随机产生的十比特二进制信号流在已知载频的情况下进行调制，所获取的调制信号能反映系统的调制效果，由于传输时受到噪声及仪器精密度等干扰，导致调制信道达不到理想状态，会存在失真。
在接收端对信号进行相干解调，解调输出的波形存在失真且存在一定规律的模拟波形，因此，通过低通滤波器滤掉输出波形以外的波形，即噪声。
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