BPSK DPSK调制.docx

1、BPSK DPSK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1.1 BPSK调制原理 BPSK(binary phase shift keying)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。1.2 BPSK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

2、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。1.3 BPSK调制解调系统整体框图1.4 DPSK调

3、制解调系统整体框图2、实验过程2.1 BPSK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

4、 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2.2 DPSK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.

5、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，

6、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4.1 BPSK/DPSK调制过程clcclearclfi=0;%参数设定fs=4800*5

7、0; %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);grid on;%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);t

8、itle(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);grid on;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

9、(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);grid on;%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);grid on;subplot(2,1,2)plot(t,bpsk);title(不加噪声BPS

10、K调制波形);xlabel(码元序号);ylabel(调制波形幅度);axis(0,10,-2,2);grid on;%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);grid on;%高斯白噪声频谱noise_f=f

11、ft(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);grid on;%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);tit

12、le(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);grid on;%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)

13、;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

14、=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);grid on;%抽样判决for j=1:10 if(bpsk_2(j*100)0) y(j)=1; else y(j)=0; endendn=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);grid on;subplot(2,1

15、,2)plot(t,n,.-); title(抽样判决后序列); axis(0,10,-1,2);grid on;%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1for j=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endt1=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);grid

16、on;subplot(2,1,2)plot(t1-1,m1,.-);title(差分编码(相对码)axis(-1,10,-1,2);grid on;%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);grid on;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d

17、psk=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);grid on;%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

18、(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);grid on;%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

19、+1;figure(i); subplot(3,1,1)plot(t1,dpsk_1);title(原DPSK调制波形);axis(0,11,-2,2);grid on;subplot(3,1,2)plot(t1,dpsk_2);title(移位DPSK调制波形);axis(0,11,-2,2);grid on;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);grid on;%差分解调波形的频域%f=n*fs/N;dpsk_3f=fft(dpsk_3(1

20、: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

21、);ylabel(幅度);axis(0,10,-2,2); grid on;%抽样判决for j=1:10 if(dpsk_4(j*100)0) y1(j)=1; else y1(j)=0; endendn1=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);grid on;subplot(2,1,2)plot(t,n1,.-); title(差分解调后序列); axis(0,10,-1,2);grid on;4.2 误码率分析过程clear%参数设定fc=48

22、00; %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%

23、 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1for j=1:M_num Mshift(j+1)=abs(Mshift(j)+Mcode(j)-1; %差分编码endt1=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)

24、;for r1_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=0 0.125 0.4 1; w2= 1 0.95 0.1 0;b2 = fir2(30,f2,w2);h2,w2 = freqz(b2,1,512);bp

25、sk2=filter(b2,1,bpsk1); %低通滤波%判决for i=1:M_num if(bpsk2(i*fs2rb)0) Mcode1(i)=1; else Mcode1(i)=-1; endenderror1=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=d

26、psk+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for i=1:M_num if(dpsk2(i*fs2rb)0) Mcode2(i)=1; else Mcode2(i)=-1; endenderror2=sum(abs(Mcode2-Mcode)/2pe2=pe2,error2/M_num;pe2th=pe2th,0.5*exp(-10(r1_db/10);endr1_db=3:0.5:9;figure;semilogy(r1_db,pe1,-x);hold on;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);hold on;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);