BPSK DPSK调制.docx
《BPSK DPSK调制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《BPSK DPSK调制.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
BPSKDPSK调制
卫星通信仿真作业BPSK调制/解调系统及性能分析
1、实验原理
1.1BPSK调制原理
BPSK（binaryphaseshiftkeying）二进制移相键控，作为一种数字调制方式，用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。
BPSK信号的时域表达式为
其中的
为双极性码，取值为±1。
这样的话，当发送的码元为+1时，输出波形的初始相位为0；而当发送码元为-1时，输出波形的初始相位为180°。
1.2BPSK解调原理
BPSK解调有两种方式，一种是相干解调，一种是非相干解调，即差分解调。
1.2.1相干解调
相干解调的基本原理是将BPSK调制信号直接与载波进行相乘，然后通过低通滤波器进行滤波，最终进行抽样判决即可。
1.2.2差分解调
差分解调不能直接应用与BPSK，它是对DPSK调制的一种解调方式。
而要进行差分解调，首先对输入信源进行DPSK调制。
要进行DPSK调制，首先要对输入码元进行码形变换，然后对变换后的码元进行BPSK调制即可。
而对输入码元进行码形变换就是将输入的绝对码变换为相对码。
它们之间的关系可由公式导出
其中
为原信源码元，
为差分编码后的变换码元。
差分解调的过程是将DPSK调制后的波形与它做一个码元宽度时间延迟后的波形进行相乘，然后通过低通滤波器进行滤波，最终进行抽样判决。
1.3BPSK调制解调系统整体框图
1.4DPSK调制解调系统整体框图
2、实验过程
2.1BPSK系统的调制/解调全过程
2.1.1参数设定
在对BPSK系统调制解调全过程的仿真时，设定如下参数：
码元长度：
10
采样率：
100倍码元速率，也就是一个码元采样100个点
信号比：
7dB（也就是噪声的增益为0.1）
波形成型滤波器参数：
使用升余弦滤波器，滚降系数0.5。
低通滤波器参数：
5阶椭圆滤波器，通带最大衰减为0.5dB，阻带衰减为60dB，截止频率为800Hz。
以下是各个过程的波形：
2.1.2产生长度为10的随机二进制信源序列
序列的波形与频谱图下面两图所示
2.1.2通过升余弦滤波器，产生适合在信道中传输的波形，如下图所示
2.1.3产生一个频率为4800Hz的载波信号，如下图所示
2.1.4在不加噪声的情况下，码元进行BPSK调制后的波形以及调制后波形的频谱特性
2.1.5产生高斯白噪声，高斯白噪声的时序和频域波形如下图
2.1.6调制波形加上白噪声后的时域和频域波形如下图
2.1.7相干解调的过程
先将调制波形与载波进行相乘，结果的时域和频域波形如下
2.1.8低通滤波器的冲激响应已经频率响应如下图所示
2.1.9相干解调后的波形通过低通滤波器后的波形如下图所示
2.1.10最终进行抽样判决后，波形与原码元序列波形对比如下图所示
2.2DPSK系统的调制/解调全过程
参数设定和BPSK相同。
以下为各个过程的波形
2.2.1首先对码元进行波形变换，变换后的波形与原码元对比如下图所示。
注意，这里将相对码的第一个码元设置为“1”。
2.2.2对码形变换后的码元通过波形成型滤波器后的波形如下图
2.2.3对上面的码字进行BPSK调制，即对原码字进行DPSK调制后的时域和频域波形如下图
2.2.4对调制波形加扰后的时域和频域波形如下
2.2.5非相干解调将调制波形延迟一个码元时间，然后相乘，过程的三种波形以及相乘后波形的频谱如下图所示
2.2.6差分解调后的波形通过低通滤波器后的波形如下图
2.2.7最终经过抽样判决后的码元序列和原信源码元序列如下图
2.3对误码率分析
2.3.1参数设定
在对误码率进行分析的时候，由于要检测误码率性能，因此在参数设定上和之前相比降低了采样率，增加了码元长度。
码元长度：
10000
采样率：
16倍码元速率，也就是一个码元采样16个点
信号比：
从3dB到9dB，步长为0.5dB
通过对相干解调和非相干解调误码率分析后的误码率曲线如下
3、实验结论
3.1解调的性能与滤波器的参数选择有很大的关系。
3.2相干解调的性能好与差分解调的性能。
3.3实际计算中，由于码元长度的限制，误码率的计算可能不够精确，而由于码元长度的限制受制于计算机的性能和内存的大小，因此不能做到太大。
4.附录：
源代码
4.1BPSK/DPSK调制过程
clc
clear
clf
i=0;
%参数设定
fs=4800*50;%采样频率
fc=4800;%载波频率
t=0:
0.01:
9.99;
n=t*100;%1000个采样点
N=1000;%N=1000
%产生比特信号
x=round（rand（1,10））
m=x（ceil（t+0.001））;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,m,'.-'）;
title（'产生长度为10的随机二进制比特序列'）;
xlabel（'码元序号'）;
ylabel（'码元值'）;
axis（[0,10,-1,2]）;
gridon;
%码元的频谱
f=n*fs/N;
m_f=fft（m,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/10）,abs（m_f（1:
N/10）））;
title（'信源码元的频谱'）
xlabel（'频率/Hz'）;
ylabel（'幅度'）;
%波形成型
b2=rcosfir（0.5,10,100,1）;
[h,w]=freqz（b2,1,N）;
m_f=fft（m,N）;
m1=m_f.*abs（h'）;
m2=ifft（m1）;
m2=real（m2）/100;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,m2）
axis（[0,10,-0.5,1.5]）;
gridon;
title（'码元经过波形成型滤波器'）
%产生载波信号
tc=n/fs;%采样点对于采样时刻
carry=sin（2*pi*fc*tc）;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,carry）;
title（'产生频率是4800Hz，初相是0的载波'）;
xlabel（'码元序号'）;
ylabel（'载波幅度'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
gridon;
%BPSK调制
bpsk=carry.*（m2*2-1）;%如果码元是1，则波形即为载波，如果码元是0，则波形是反向，因此*（-1）
i=i+1;
figure（i）;
subplot（2,1,1）
plot（t,m,'.-'）;
title（'产生长度为10的随机二进制比特序列'）;
xlabel（'码元序号'）;
ylabel（'码元值'）;
axis（[0,10,-1,2]）;
gridon;
subplot（2,1,2）
plot（t,bpsk）;
title（'不加噪声BPSK调制波形'）;
xlabel（'码元序号'）;
ylabel（'调制波形幅度'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
gridon;
%BPSK调制波形频谱
bpsk_f=fft（bpsk,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/20）,abs（bpsk_f（1:
N/20）））;
title（'BPSK调制波形频谱'）
xlabel（'频率/Hz'）;
ylabel（'幅度'）
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%产生高斯白噪声
noise=0.1*randn（1,1000）;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,noise）;
title（'高斯白噪声'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
gridon;
%高斯白噪声频谱
noise_f=fft（noise,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/1）,abs（noise_f（1:
N/1）））;
title（'高斯白噪声频谱'）
xlabel（'频率/Hz'）;
ylabel（'幅度'）
%BPSK加噪声波形
bpsk_n=bpsk+noise;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,bpsk_n）;
title（'加高斯白噪声后的BPSK调制波形'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
gridon;
%BPSK加噪声波形频谱
bpsk_nf=fft（bpsk_n,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/20）,abs（bpsk_nf（1:
N/20）））;
title（'BPSK加噪声波形频谱'）
xlabel（'频率/Hz'）;
ylabel（'幅度'）
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%相干解调
bpsk_1=bpsk_n.*carry;%将调制波形先和载波相乘
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,bpsk_1）;
title（'调制波形和载波相乘'）;
xlabel（'码元序号'）;
ylabel（'幅度'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
gridon;
%调整波形与载波相乘后的频域
bpsk_1f=fft（bpsk_1,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/20）,abs（bpsk_1f（1:
N/20）））;
title（'调制波形与载波相乘的频域波形'）;
xlabel（'频率（Hz）'）;
ylabel（'幅度'）;
%低通滤波
%配置一个低通滤波器,5阶，通带最大衰减为0.5dB，阻带衰减为60dB，截至频率为800Hz。
[B_lp,A_lp]=ellip（5,0.5,60,800*2/100000）;
%低通滤波器的冲激响应
i=i+1;
figure（i）;;
dimpulse（B_lp,A_lp）;
title（'低通滤波器的冲激响应'）;
axis（[0,1000,-0.02,0.02]）;
%低通滤波器的频率响应
i=i+1;
figure（i）;;
w=0:
0.1:
2*pi*0.3;
freqz（B_lp,A_lp,w）;
title（'低通滤波器的频率响应'）;
%相干解调通过低通滤波器
bpsk_2=filter（B_lp,A_lp,bpsk_1）;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,bpsk_2）;
title（'相干解调通过低通滤波器'）;
xlabel（'码元序号'）;
ylabel（'幅度'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
gridon;
%抽样判决
forj=1:
10
if（bpsk_2（j*100）>0）
y（j）=1;
else
y（j）=0;
end
end
n=y（ceil（t+0.001））;
i=i+1;
figure（i）;
subplot（2,1,1）
plot（t,m,'.-'）;
title（'信源序列'）;
axis（[0,10,-1,2]）;
gridon;
subplot（2,1,2）
plot（t,n,'.-'）;
title（'抽样判决后序列'）;
axis（[0,10,-1,2]）;
gridon;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%差分解调
%先进行码形变换，把绝对码变换为相对码
x1
（1）=1;%相对码先对第一个码元定义为‘1’
forj=1:
10
%x1（i）=mod（（x1（i-1）+x（i））,2）;
x1（j+1）=mod（（x1（j）+x（j）+1）,2）;%差分编码
end
t1=0:
0.01:
10.99;
m1=x1（ceil（t1+0.001））;
i=i+1;
figure（i）;
subplot（2,1,1）
plot（t,m,'.-'）;
title（'原码元（绝对码）'）
axis（[-1,10,-1,2]）;
gridon;
subplot（2,1,2）
plot（t1-1,m1,'.-'）;
title（'差分编码（相对码）'）
axis（[-1,10,-1,2]）;
gridon;
%波形成型
%波形成型
b2=rcosfir（0.5,10,100,1）;
[h,w]=freqz（b2,1,N+100）;
m1_f=fft（m1,N+100）;
m11=m1_f.*abs（h'）;
m21=ifft（m11）;
m21=real（m21）/100;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t1,m21）
axis（[0,10,-0.5,1.5]）;
gridon;
title（'差分编码成形'）
%对相对码进行BPSK调制，也就是对原码元进行DPSK调制
dpsk=[carry（1:
100）,carry].*（m21*2-1）;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t1-1,dpsk）;
title（'DPSK调制波形'）;
axis（[-1,10,-2,2]）;
gridon;
%DPSK调制波形频谱
dpsk_f=fft（dpsk,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/20）,abs（dpsk_f（1:
N/20）））;
title（'DPSK调制波形频谱'）
xlabel（'频率/Hz'）;
ylabel（'幅度'）
%DPSK调制后加噪声
noise1=0.1*randn（1,1100）;
dpsk_n=dpsk+noise1;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t1-1,dpsk_n）;
title（'加高斯白噪声后的DPSK调制波形'）;
axis（[-1,10,-2,2]）;
gridon;
%DPSK加噪声波形频谱
dpsk_nf=fft（dpsk_n,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/20）,abs（dpsk_nf（1:
N/20）））;
title（'BPSK加噪声波形频谱'）
xlabel（'频率/Hz'）;
ylabel（'幅度'）
%对DPSK调制波形进行差分解调
dpsk_1=dpsk_n;%原有的DPSK调制波形
dpsk_2=[dpsk_n（101:
1100）,zeros（1,100）];%差分移位的DPSK调制波形
i=i+1;
figure（i）;
subplot（3,1,1）
plot（t1,dpsk_1）;
title（'原DPSK调制波形'）;
axis（[0,11,-2,2]）;
gridon;
subplot（3,1,2）
plot（t1,dpsk_2）;
title（'移位DPSK调制波形'）;
axis（[0,11,-2,2]）;
gridon;
dpsk_3=dpsk_1.*dpsk_2;%两个DPSK调制波形相乘
subplot（3,1,3）
plot（t1,dpsk_3）;
title（'相乘后波形'）;
axis（[0,11,-2,2]）;
gridon;
%差分解调波形的频域
%f=n*fs/N;
dpsk_3f=fft（dpsk_3（1:
1000）,N）;
i=i+1;
figure（i）;
stem（f（1:
N/20）,abs（dpsk_3f（1:
N/20）））;
title（'差分解调波形的频域'）;
xlabel（'频率（Hz）'）;
ylabel（'幅度'）;
%低通滤波
%配置一个低通滤波器,5阶，通带最大衰减为0.5dB，阻带衰减为60dB，截至频率为800Hz。
[B_lp,A_lp]=ellip（5,0.5,60,800*2/100000）;
dpsk_4=filter（B_lp,A_lp,dpsk_3（1:
1000））;
i=i+1;
figure（i）;
plot（t,dpsk_4）;
title（'差分解调通过低通滤波器'）;
xlabel（'码元序号'）;
ylabel（'幅度'）;
axis（[0,10,-2,2]）;
gridon;
%抽样判决
forj=1:
10
if（dpsk_4（j*100）>0）
y1（j）=1;
else
y1（j）=0;
end
end
n1=y1（ceil（t+0.001））;
i=i+1;
figure（i）;
subplot（2,1,1）
plot（t,m,'.-'）;
title（'信源序列'）;
axis（[0,10,-1,2]）;
gridon;
subplot（2,1,2）
plot（t,n1,'.-'）;
title（'差分解调后序列'）;
axis（[0,10,-1,2]）;
gridon;
4.2误码率分析过程
clear
%参数设定
fc=4800;%载波频率
rb=2400;%码元速率
fs2rb=16;%采样频率与码元速率的比值
fs=fs2rb*rb;%采样频率
M_num=100000;%码元长度
N_num=fs2rb*M_num;%采样点数
t=0:
1/fs2rb:
M_num-1/fs2rb;%码元的时间上的定义，一个时间单位对应一个码元
n=fs2rb*t;%对应采样点
pe1=[];
pe1th=[];
pe2=[];
pe2th=[];
%产生码元
Mcode=2*round（rand（1,M_num））-1;%产生一个随机的码元序列M，取值为正负1，非归零码
Msam=Mcode（ceil（t+1/fs2rb））;%码元序列M对应的采样值
%figure;
%stem（Mcode）;
%title（'码元序列M'）;
%先进行码形变换，把绝对码变换为相对码
Mshift
（1）=1;%相对码先对第一个码元定义为‘1’
forj=1:
M_num
Mshift（j+1）=abs（Mshift（j）+Mcode（j））-1;%差分编码
end
t1=0:
1/fs2rb:
M_num+1-1/fs2rb;
Mshiftsam=Mshift（ceil（t1+0.1/fs2rb））;
%产生载波信号
phase=2*pi*fc/rb*t;%载波对应的相位
carry=cos（phase）;%载波
%figure
%plot（t,carry）;
%title（'载频'）;
forr1_db=3:
0.5:
9
%高斯白噪声
NOISE=1/sqrt（2*10^（r1_db/10））;%噪声增益
noise=NOISE*randn（1,N_num）;%产生噪声
%BPSK调制
bpsk=Msam.*carry;%BPSK调制
bpsk_n=bpsk+noise;%通过信道加噪声
%figure
%plot（t,bpsk_n）;
%相干解调
bpsk1=bpsk_n.*carry;%调制波形与载频相乘
%低通滤波器设计
f2=[00.1250.41];w2=[10.950.10];
b2=fir2（30,f2,w2）;
[h2,w2]=freqz（b2,1,512）;
bpsk2=filter（b2,1,bpsk1）;%低通滤波
%判决
fori=1:
M_num
if（bpsk2（i*fs2rb）>0）
Mcode1（i）=1;
else
Mcode1（i）=-1;
end
end
error1=sum（abs（Mcode1-Mcode））/2;
pe1=[pe1,error1/M_num];
pe1th=[pe1th,0.5*erfc（sqrt（2*10^（r1_db/10）））];
%差分解调
%2DPSK调制
dpsk=[carry（1:
fs2rb）,carry].*Mshiftsam;
%DPSK波形加噪声
noise1=NOISE*randn（1,N_num+fs2rb）;
dpsk_n=dpsk+noise1;
%2DPSK调制波形与延迟波形相乘
dpsk_1=[dpsk_n（fs2rb+1:
N_num+fs2rb）,zeros（1,fs2rb）];%DPSK调制波形延迟一个码元间隔
dpsk1=dpsk_1.*dpsk_n;
dpsk1=dpsk1（1:
N_num）;
%低通滤波
dpsk2=filter（b2,1,dpsk1）;
%判决
fori=1:
M_num
if（dpsk2（i*fs2rb）>0）
Mcode2（i）=1;
else
Mcode2（i）=-1;
end
end
error2=sum（abs（Mcode2-Mcode））/2
pe2=[pe2,error2/M_num];
pe2th=[pe2th,0.5*exp（-10^（r1_db/10））];
end
r1_db=[3:
0.5:
9];
figure;
semilogy（r1_db,pe1,'-x'）;
holdon;
semilogy（r1_db,pe1th,'-o'）
legend（'实际','理论'）
title（'相干解调误码率分析'）;
xlabel（'SNR/dB'）;
ylabel（'Pe'）;
figure;
semilogy（r1_db,pe2,'-x'）;
holdon;
semilogy（r1_db,pe2th,'-o'）
legend（'实际','理论'）
title（'差分解调误码率分析'）;
xlabel（'SNR/dB'）;
ylabel（'Pe'）;
升级会员 