通信原理课程设计BPSK调制与解调

摘 要

本次课程设计以基于MATLAB的BPSK调制仿真及性能分析为题目，其中BPSK（Binary Phase Shift Keying），即二进制相移键控，是一种数字带通调制方法。此次课设中着重介绍了算法的实现，并采用MATLAB程序仿真测试了BPSK过程中双极性不归零的产生、载波的形成、BPSK的模拟调制、信号通过AWGN信道、带通滤波器的设计、低通滤波器的设计、抽样判决、载波的恢复、而且建立蒙特卡洛仿真模型统计系统误码率，并与理论误码率曲线进行比较。

调制过程中采用模拟调制方法得到调制信号，并进行了信号的频谱分析；调制信号通过信道时加入了高斯白噪声；在设计带通、低通滤波器时采用了Butterworth滤波器；并经过蒙特卡洛仿真模型对误码率进行了分析。

关键词：BPSK；调制；滤波器；蒙特卡洛分析

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目 录

一、前言........................................................................................................................ 1 二、设计意义及任务.................................................................................................... 2

2.1 目的与意义...................................................................................................... 2 2.2任务及要求....................................................................................................... 2 三、设计方案与原理.................................................................................................... 3

3.1系统总体设计................................................................................................... 3

3.1.1通信系统模型......................................................................................... 3 3.2原理介绍........................................................................................................... 4

3.2.1 调制的概念............................................................................................ 4 3.2.2 调制的种类............................................................................................ 4 3.2.3 调制的作用............................................................................................ 4 3.2.4 调制方式................................................................................................ 4 3.3 BPSK调制基本原理..................................................................................... 5

3.3.1 BPSK调制原理...................................................................................... 5 3.3.2 BPSK数字解调原理........................................................................... 7 3.4 蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真的简介 ......................................................... 8 四、仿真结果及分析.................................................................................................. 10

4.1 各部分仿真结果............................................................................................ 10

4.1.1 BPSK信号调制的实现........................................................................ 10 4.1.2加噪及经带通滤波后的信号............................................................... 13 4.1.3与恢复载波相乘后的信号................................................................... 14 4.1.4抽样判决及消除延迟........................................................................... 14 4.1.5计算误码率........................................................................................... 16 4.2仿真结果分析................................................................................................. 18 设计总结...................................................................................................................... 19 参考文献...................................................................................................................... 20 致 谢............................................................................................................................ 21

II

一、前言

在信息时代的现在，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段，数字信号的调制就显得尤为重要。

数字信号传输方式分为数字带通传输和数字基带传输。带通调制通常需要一个正弦波作为载波，把基带信号调制到这个载波上，使这个载波的一个或者几个参量上载有基带数字信号的信息，并且还要使已调信号的频谱倒置适合在给定的带通信道中传输。特别是在无线电通信中，调制是必不可少的，因为要使信号能以电磁波的方式发送出去，信号所占用的频带位置必须足够高，并且信号所占用的频带宽度不能超过天线的的通频带，所以基带信号的频谱必须用一个频率很高的载波调制，使期带信号搬移到足够高的频率上，才能够通过天线发送出去。

基带信号的调制主要分为线性调制和非线性调制，线性调制是指已调信号的频谱结构与原基带信号的频谱结构基本相同，只是占用的频率位置搬移了。而非线性调制则是指它们的结构完全不同不仅仅是频谱搬移，在接收方会出现很多新的频谱分量。在三种基本的调制中，ASK属于线性调制，而FSK和PSK属于非线性调制。已调信号会在接收方通过各种方式通过解调得到，但是由于噪声和码间串扰，总会有一定的失真。所以人们总是在寻找不同的接收方式来降低误码率，其中的接收方式主要有相干接收和非相干接收。在接收方通过载波的相位信号去检测信号的方法称为相干检测，反之若不利用就称为非相干检测，而对于一些特别的调制有特别的解调方式，如过零检测法。

系统的性能好坏取决于传输信号的误码率，而误码率不仅仅与信道、接收方法有关还和发送端采用的调制方式有很大的关系。我们研究的ASK，FSK，PSK等就主要是发送方的调制方式。对于本次课程设计二进制相移键控BPSK（Binary Phase Shift Key）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的一种数字带通调制方式。本文主要对BPSK信号的原理及其相干解调系统性能进行了分析和仿真，这样能让我们对数字调制方式有一个更清楚的认识。在实际应用中，PSK具有恒包络特性，频带利用率比FSK高，在相同信噪比的条件下误码率也较低，同时PSK调制实现相对简单，故卫星通信，遥测遥控中用得最多的是BPSK方式调制。

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二、设计意义及任务

2.1 目的与意义

BPSK (Binary Phase Shift Keying)，把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。

以二进制调相为例，取码元为\时，调制后载波与未调载波同相；取码元为\时，调制后载波与未调载波反相；\和\时调制后载波相位差180°。就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此BPSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。

本设计分析BPSK调制和解调系统，并用BPSK软件仿真调制系统，最后建立蒙特卡洛仿真模型，统计系统误码率。该题目概括了《MATLAB技术》、《通信系统原理》等课程的主要知识点，通过该设计能够培养和提高学生综合设计能力，为今后的学习和工作积累经验。

2.2任务及要求

1、掌握BPSK调制的基本原理； 2、分析BPSK系统，及其误码性能； 3、利用MATLAB软件建立系统仿真平台； 4、建立蒙特卡洛仿真模型，统计系统误码率。

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