课程设计基于MATLAB的BPSK调制解调研究文档格式.docx
《课程设计基于MATLAB的BPSK调制解调研究文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计基于MATLAB的BPSK调制解调研究文档格式.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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MATLAB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（PSK）基本的调制方式。
图1BPSK信号时间波形示例
2.1BPSK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
（1）
式中，n表示第n个符号的绝对相位：
（2）
因此，上式可以改写为
（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：
（4）
式中
（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
（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2BPSK信号的调制原理框
2.2BPSK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。
图3BPSK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2-4所示。
图4BPSK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。
图5基于MATLAB的BPSK调制解调仿真框图
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））;
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:
（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）
2PSK调制波形'
%**************叠加噪声************%
e_2psk=awgn（psk,10）;
figure（3）
plot（t,e_2psk）
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）
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**********%
fori=0:
7
if（psk_xgjt（（i+1）*100）>
0.5）
psk_hyjt（i*100+1:
（i+1）*100）=zeros（1,100）;
else
（i+1）*100）=ones（1,100）;
end
end
figure（5）
plot（t,psk_hyjt）;
2PSK调制信号相干解调，抽样判决后的信号'
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。
数字调制信号，在二进制时有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK）三种基本信号形式。
移相键控（PSK）相对于振幅键控（ASK）和频移键控（FSK）来说，具有抗加性高斯白噪声能力强，频带利用率高，对信道变化不明感，性能好的优点，因此采用BPSK对基带信号进行调制。
图4-2BPSK调制波形
实际信道处于一个充满了各种干扰的环境中，因此，调制信号不可能无干扰的在信道中传输。
为了逼真的模拟调制信号的传输环境，所以在已调信号上叠加上高斯白噪声。
图4-3调制信号叠加噪声的波形图
当信号接收机接收到信号后，该信号是经过调制和叠加噪声后的信号，不能为人们所用，为了使接收到的信号能为人们所用，只用对接收到的信号进去滤波和反调制（即解调）处理。
在相同的信噪比条件下，相比2ASK系统和2FSK系统，相干
升级会员 