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首页通信原理课程设计BPSK调制与解调.doc
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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
I

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..............................................................................12
4.1.3 与恢复载波相乘后的信号..................................................................................13
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。
1

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"1"时,调制后载波与未调载波同相;取码元
为"0"时,调制后载波与未调载波反相;"1"和"0"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。
2

三、设计方案与原理
3.1 系统总体设计
总体的系统设计方案如图 3.1.1 所示:
图 3.1.1 系统方案图
3.1.1 通信系统模型
信道:信道就是信号的通道。通信系统一般模型如图 3.1.2 所示:
图 3.1.2 通信系统一般模型
就总体而言,信道应看作一个线性系统,满足线性叠加原理。信号在信道中传输,存在
衰耗和时延,信道中总是存在噪声,信号在实际信道中传输,将会产生失真,任何信道都有
一定的频率带宽,信道不可能传送功率无限大的信号。
数字通信系统模型如图 3.1.3 所示:
3
产生数字基带信号
2PSK 调制
加入高斯白噪声
2PSK 解调
计算误码率
接收设备 信宿信源 发送设备 信道
噪声
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