通信原理課程設(shè)計BPSK調(diào)制與解調(diào)

1、摘 要本次課程設(shè)計以基于matlab的bpsk調(diào)制仿真及性能分析為題目，其中bpsk（binary phase shift keying），即二進(jìn)制相移鍵控，是一種數(shù)字帶通調(diào)制方法。此次課設(shè)中著重介紹了算法的實現(xiàn)，并采用matlab程序仿真測試了bpsk過程中雙極性不歸零的產(chǎn)生、載波的形成、bpsk的模擬調(diào)制、信號通過awgn信道、帶通濾波器的設(shè)計、低通濾波器的設(shè)計、抽樣判決、載波的恢復(fù)、而且建立蒙特卡洛仿真模型統(tǒng)計系統(tǒng)誤碼率，并與理論誤碼率曲線進(jìn)行比較。調(diào)制過程中采用模擬調(diào)制方法得到調(diào)制信號，并進(jìn)行了信號的頻譜分析；調(diào)制信號通過信道時加入了高斯白噪聲；在設(shè)計帶通、低通濾波器時采用了butte

2、rworth濾波器；并經(jīng)過蒙特卡洛仿真模型對誤碼率進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：bpsk；調(diào)制；濾波器；蒙特卡洛分析i目 錄一、前言1二、設(shè)計意義及任務(wù)22.1 目的與意義22.2任務(wù)及要求2三、設(shè)計方案與原理33.1系統(tǒng)總體設(shè)計33.1.1通信系統(tǒng)模型33.2原理介紹43.2.1 調(diào)制的概念43.2.2 調(diào)制的種類43.2.3 調(diào)制的作用43.2.4 調(diào)制方式43.3 bpsk調(diào)制基本原理53.3.1 bpsk調(diào)制原理53.3.2 bpsk數(shù)字解調(diào)原理73.4 蒙特卡洛（monte carlo）仿真的簡介8四、仿真結(jié)果及分析104.1 各部分仿真結(jié)果104.1.1 bpsk信號調(diào)制的實現(xiàn)104.1.2

3、加噪及經(jīng)帶通濾波后的信號134.1.3與恢復(fù)載波相乘后的信號144.1.4抽樣判決及消除延遲144.1.5計算誤碼率164.2仿真結(jié)果分析18設(shè)計總結(jié)19參考文獻(xiàn)20致 謝21一、前言 在信息時代的現(xiàn)在，信息的傳輸及通信起著支撐作用。而對于信息的傳輸，數(shù)字通信已經(jīng)成為重要的手段，數(shù)字信號的調(diào)制就顯得尤為重要。數(shù)字信號傳輸方式分為數(shù)字帶通傳輸和數(shù)字基帶傳輸。帶通調(diào)制通常需要一個正弦波作為載波，把基帶信號調(diào)制到這個載波上，使這個載波的一個或者幾個參量上載有基帶數(shù)字信號的信息，并且還要使已調(diào)信號的頻譜倒置適合在給定的帶通信道中傳輸。特別是在無線電通信中，調(diào)制是必不可少的，因為要使信號能以電磁波的方式

4、發(fā)送出去，信號所占用的頻帶位置必須足夠高，并且信號所占用的頻帶寬度不能超過天線的的通頻帶，所以基帶信號的頻譜必須用一個頻率很高的載波調(diào)制，使期帶信號搬移到足夠高的頻率上，才能夠通過天線發(fā)送出去?；鶐盘柕恼{(diào)制主要分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制，線性調(diào)制是指已調(diào)信號的頻譜結(jié)構(gòu)與原基帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)基本相同，只是占用的頻率位置搬移了。而非線性調(diào)制則是指它們的結(jié)構(gòu)完全不同不僅僅是頻譜搬移，在接收方會出現(xiàn)很多新的頻譜分量。在三種基本的調(diào)制中，ask屬于線性調(diào)制，而fsk和psk屬于非線性調(diào)制。已調(diào)信號會在接收方通過各種方式通過解調(diào)得到，但是由于噪聲和碼間串?dāng)_，總會有一定的失真。所以人們總是在尋找不同的接收方

5、式來降低誤碼率，其中的接收方式主要有相干接收和非相干接收。在接收方通過載波的相位信號去檢測信號的方法稱為相干檢測，反之若不利用就稱為非相干檢測，而對于一些特別的調(diào)制有特別的解調(diào)方式，如過零檢測法。系統(tǒng)的性能好壞取決于傳輸信號的誤碼率，而誤碼率不僅僅與信道、接收方法有關(guān)還和發(fā)送端采用的調(diào)制方式有很大的關(guān)系。我們研究的ask，fsk，psk等就主要是發(fā)送方的調(diào)制方式。對于本次課程設(shè)計二進(jìn)制相移鍵控bpsk（binary phase shift key）是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變的一種數(shù)字帶通調(diào)制方式。本文主要對bpsk信號的原理及其相干解調(diào)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析和仿真，這

6、樣能讓我們對數(shù)字調(diào)制方式有一個更清楚的認(rèn)識。在實際應(yīng)用中，psk具有恒包絡(luò)特性，頻帶利用率比fsk高，在相同信噪比的條件下誤碼率也較低，同時psk調(diào)制實現(xiàn)相對簡單，故衛(wèi)星通信，遙測遙控中用得最多的是bpsk方式調(diào)制。20二、設(shè)計意義及任務(wù)2.1 目的與意義bpsk (binary phase shift keying)，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)值的轉(zhuǎn)換方式之一，利用偏離相位的復(fù)數(shù)波浪組合來表現(xiàn)信息鍵控移相方式。bpsk使用了基準(zhǔn)的正弦波和相位反轉(zhuǎn)的波浪，使一方為0，另一方為1，從而可以同時傳送接受2值(1比特)的信息。移相鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。以未調(diào)載波的相位作為基準(zhǔn)的相位調(diào)制叫作絕對移

7、相。以二進(jìn)制調(diào)相為例，取碼元為1時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波同相；取碼元為0時，調(diào)制后載波與未調(diào)載波反相；1和0時調(diào)制后載波相位差180。就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ask信號的方法比較，只是對s(t)要求不同，因此bpsk信號可以看作是雙極性基帶信號作用下的dsb調(diào)幅信號。而就鍵控法來說，用數(shù)字基帶信號s(t)控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出，這時s(t)為單極性nrz或雙極性nrz脈沖序列信號均可。本設(shè)計分析bpsk調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)，并用bpsk軟件仿真調(diào)制系統(tǒng)，最后建立蒙特卡洛仿真模型，統(tǒng)計系統(tǒng)誤碼率。該題目概括了matlab技術(shù)、通信系統(tǒng)原理等課程的主要知識點，通過該設(shè)計能夠培養(yǎng)和提高學(xué)生

8、綜合設(shè)計能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累經(jīng)驗。2.2任務(wù)及要求1、掌握bpsk調(diào)制的基本原理；2、分析bpsk系統(tǒng)，及其誤碼性能；3、利用matlab軟件建立系統(tǒng)仿真平臺；4、建立蒙特卡洛仿真模型，統(tǒng)計系統(tǒng)誤碼率。三、設(shè)計方案與原理 3.1系統(tǒng)總體設(shè)計總體的系統(tǒng)設(shè)計方案如圖3.1.1所示：產(chǎn)生數(shù)字基帶信號2psk調(diào)制加入高斯白噪聲2psk解調(diào)計算誤碼率圖3.1.1 系統(tǒng)方案圖3.1.1通信系統(tǒng)模型信道：信道就是信號的通道。通信系統(tǒng)一般模型如圖3.1.2所示:接收設(shè)備信宿信源發(fā)送設(shè)備信道噪聲圖3.1.2 通信系統(tǒng)一般模型就總體而言，信道應(yīng)看作一個線性系統(tǒng)，滿足線性疊加原理。信號在信道中傳輸，存在衰耗

9、和時延，信道中總是存在噪聲，信號在實際信道中傳輸，將會產(chǎn)生失真，任何信道都有一定的頻率帶寬，信道不可能傳送功率無限大的信號。數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖3.1.3所示:信源編碼信道編碼數(shù)字調(diào)制數(shù)字解調(diào)信道譯碼信源譯碼收信者信道噪聲源信息源圖3.1.3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型3.2原理介紹3.2.1 調(diào)制的概念 調(diào)制（modulation)就是對信號源的信息進(jìn)行處理加到載波上，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^程，就是使載波隨信號而改變的技術(shù)。一般來說，信號源的信息（也稱為信源）含有直流分量和頻率較低的頻率分量，稱為基帶信號?；鶐盘柾荒茏鳛閭鬏斝盘?，因此必須把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言頻率非常高的

10、信號以適合于信道傳輸。這個信號叫做已調(diào)信號，而基帶信號叫做調(diào)制信號。調(diào)制是通過改變高頻載波即消息的載體信號的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化來實現(xiàn)的。而解調(diào)則是將基帶信號從載波中提取出來以便預(yù)定的接收者（也稱為信宿）處理和理解的過程。 3.2.2 調(diào)制的種類調(diào)制的種類很多，分類方法也不一致。按調(diào)制信號的形式可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。用模擬信號調(diào)制稱為模擬調(diào)制；用數(shù)據(jù)或數(shù)字信號調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。按被調(diào)信號的種類可分為脈沖調(diào)制、正弦波調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制(如對非相干光調(diào)制)等。調(diào)制的載波分別是脈沖，正弦波和光波等。正弦波調(diào)制有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種基本方式，后兩者合稱為角度

11、調(diào)制。此外還有一些變異的調(diào)制，如單邊帶調(diào)幅、殘留邊帶調(diào)幅等。脈沖調(diào)制也可以按類似的方法分類。此外還有復(fù)合調(diào)制和多重調(diào)制等。不同的調(diào)制方式有不同的特點和性能。3.2.3 調(diào)制的作用 調(diào)制在通信系統(tǒng)中有十分重要的作用。通過調(diào)制，不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?，調(diào)制方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。3.2.4 調(diào)制方式在通信中，我們常常采用的調(diào)制方式有以下幾種：1、模擬調(diào)制：用連續(xù)變化的信號去調(diào)制一個高頻正弦波，主要有：1) 幅度調(diào)制（調(diào)幅am、雙邊帶dsb、單邊帶ssb、殘留

12、邊帶vsb以及獨立邊帶isb）；2) 角度調(diào)制（調(diào)頻fm，調(diào)相pm）兩種。因為相位的變化率就是頻率，所以調(diào)相波和調(diào)頻波是密切相關(guān)的；2、數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過稱成為數(shù)字調(diào)制，主要有：1) 振幅鍵控ask；2) 頻率鍵控fsk；3) 相位鍵控psk；3、脈沖調(diào)制：用脈沖序列作為載波，主要有：1) 脈沖幅度調(diào)制（pam：pulse amplitude modulation）；2) 脈寬調(diào)制（pdm：pulse duration modulation）；3) 脈位調(diào)制（ppm：pulse position modulation）。3.3 b

13、psk調(diào)制基本原理3.3.1 bpsk調(diào)制原理數(shù)字帶通傳輸中一般利用數(shù)字信號的離散取值特點通過開關(guān)鍵控載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比如對載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控分別可以獲得振幅鍵控（ask）、頻移鍵控（fsk）和相移鍵控（psk）。bpsk(binary phase shift keying)是二進(jìn)制相移鍵控，它是一種相位調(diào)制算法。相位調(diào)制（調(diào)相）是頻率調(diào)制（調(diào)頻）的一種演變，載波的相位被調(diào)整用于把數(shù)字信息的比特編碼到每一詞相位改變（相移）。bpsk中的“psk”表示使用移相鍵控方式，移相鍵控是調(diào)相的一種形式，用于表達(dá)一系列離散的狀態(tài)。bpsk具有以下特點：(1)抗噪能力強(qiáng)；(2)較高的頻帶

14、利用率；(3)抗加性高斯白噪聲方面，bpsk性能較好。用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制載頻的相位實現(xiàn)調(diào)制稱為相移鍵控psk，即隨著基帶信號0、1的變化，載波的相位發(fā)生0、的變化來傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在bpsk中，通常用初始相位0和分別表示二進(jìn)制1和0。因此，2psk信號的時域表達(dá)式為： （3-1）其中，表示第n個符號的絕對相位： （3-2）因此，式（2-2）可以改寫為: （3-3）典型的波形如圖2.1.1所示。由于兩種碼元的波形相同，極性相反，故bpsk信號可以表述為一個雙極性全占空（100 duty ratio）矩形脈沖序列與一個正弦載波的相乘,即： （3-4）其中 （3-5）這里，

15、s(t)為雙極性全占空(非歸零)矩形脈沖序列，g(t)是脈寬為ts的單個矩形脈沖，而an的統(tǒng)計特性為： （3-6）圖3.1.1 2psk信號的時間波形2psk信號的調(diào)制原理框圖如圖2.1.2所示。這里的s(t)信號是雙極性的基帶信號。碼型變換乘法器 雙極性不歸零s(t) 0s(t)相移開關(guān)電路（a） 模擬調(diào)制方法(b) 鍵控法圖3.1.2 2psk信號的調(diào)制原理框圖3.3.2 bpsk數(shù)字解調(diào)原理2psk信號的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法，由于psk信號本身就是利用相位傳遞信息的，所以在接收端必須利用信號的相位信息，采用相干解調(diào)法來解調(diào)信號。解調(diào)器原理框圖如圖3.3.2中（a）所示。由于2psk信號

16、的相位和參考和參考相位的關(guān)系是固定的，所以相干解調(diào)實際上就是將輸入的2psk信號與本地恢復(fù)的相干載波進(jìn)行相位比較，根據(jù)相位相同或相反形成二進(jìn)制絕對碼。圖3.3.2（b）中解調(diào)過程實質(zhì)上是已調(diào)信號與本地載波進(jìn)行極性比較的過程，因此，這種調(diào)制方式又稱為極性比較法。定時脈沖bdca帶通濾波器乘法器抽樣判決器低通濾波器e （a） 解調(diào)器原理框圖（b） 2psk各點時間波形圖3.3.2 2psk信號的解調(diào)框圖圖中，假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與2psk信號的基準(zhǔn)一致（通常默認(rèn)為0相位）。由于psk信號的功率譜中無載波分量，所以必須采用相干解調(diào)的方式。在相干解調(diào)中，如何得到同頻同相的本地載波是個關(guān)鍵問題。只有對

17、psk信號進(jìn)行非線性變換，才能產(chǎn)生載波分量。2psk信號經(jīng)過帶通濾波器得到有用信號，經(jīng)相乘器與本地載波相乘再經(jīng)過低通濾波器得到低頻信號v(t)，再經(jīng)抽樣判決得到基帶信號。由最佳判決門限分析可知，在發(fā)送“1”符號和發(fā)送“0”符號概率相等時，最佳判決門限b* = 0。此時，發(fā)“1”而錯判為“0”的概率為 （3-7）同理，發(fā)送“0”而錯判為“1”的概率為 （3-8）故2psk信號相干解調(diào)時系統(tǒng)的總誤碼率為： （3-9）在大信噪比條件下，上式可近似為： （3-10）采用psk信號的相干解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，如圖3.3.2所示，圖中，假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位與bpsk信號的調(diào)制載波的基準(zhǔn)相位一致（通常默認(rèn)為0相

18、位）。但是，由于在bpsk信號的載波恢復(fù)過程中存在著180的相位模糊，即恢復(fù)的本地載波與所需的相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關(guān)系的不確定性將會造成解調(diào)出來的數(shù)字基帶信號與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好相反，即“1”變?yōu)椤?”，“0”變?yōu)椤?”，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。這種現(xiàn)象稱為bpsk方式的“倒”現(xiàn)象或“反相工作”。3.4 蒙特卡洛（monte carlo）仿真的簡介隨機(jī)模擬方法，也稱為monte carlo方法，是一種基于“隨機(jī)數(shù)”的計算方法。這一方法源于美國在第一次世界大戰(zhàn)進(jìn)行的研制原子彈的“曼哈頓計劃”。該計劃的主持人之一、數(shù)學(xué)家馮諾伊曼用馳名世界的賭城摩納哥的monte carl

19、o來命名這種方法，為它蒙上了一層神秘色彩。馮諾伊曼是公理化方法和計算機(jī)體系的領(lǐng)袖人物，monte carlo方法也是他的功勞。 事實上，monte carlo方法的基本思想很早以前就被人們所發(fā)現(xiàn)和利用。早在17世紀(jì)，人們就知道用事件發(fā)生的“頻率”來決定事件的“概率”。18世紀(jì)下半葉的法國學(xué)者buffon提出用投點試驗的方法來確定圓周率的值。這個著名的buffon試驗是monte carlo方法的最早的嘗試！歷史上曾有幾位學(xué)者相繼做過這樣的試驗。不過他們的試驗是費時費力的，同時精度不夠高，實施起來也很困難。然而，隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們不需要具體實施這些試驗，而只要在計算機(jī)上進(jìn)行大量的、快

20、速的模擬試驗就可以了。monte carlo方法是現(xiàn)代計算技術(shù)的最為杰出的成果之一，它在工程領(lǐng)域的作用是不可比擬的。 蒙特卡洛模擬是一種通過設(shè)定隨機(jī)過程，反復(fù)生成時間序列，計算參數(shù)估計量和統(tǒng)計量，進(jìn)而研究其分布特征的方法。具體的，當(dāng)系統(tǒng)中各個單元的可靠性特征量已知，但系統(tǒng)的可靠性過于復(fù)雜，難以建立可靠性預(yù)計的精確數(shù)學(xué)模型或模型太復(fù)雜而不便應(yīng)用時，可用隨機(jī)模擬法近似計算出系統(tǒng)可靠性的預(yù)計值；隨著模擬次數(shù)的增多，其預(yù)計精度也逐漸增高。由于涉及到時間序列的反復(fù)生成，蒙特卡洛模擬法是以高容量和高速度的計算機(jī)為前提條件的，因此只是在近些年才得到廣泛推廣。四、仿真結(jié)果及分析整個發(fā)送與接收過程仿真了實際中的

21、通信過程，系統(tǒng)將一段信息變換為一串二進(jìn)制字符，再加載矩形窗進(jìn)行脈沖成形，生成原始的數(shù)字基帶信號，為了發(fā)送信息，通過bpsk調(diào)制成數(shù)字帶通信號發(fā)射，發(fā)射信號進(jìn)入模擬的awgn信道，被接收機(jī)所接收，bpsk解調(diào)采用的是相干解調(diào)，故需要進(jìn)行載波恢復(fù)，恢復(fù)載波的頻率，用已恢復(fù)的載波對接收信號進(jìn)行相乘，再對其進(jìn)行抽樣判決，恢復(fù)最原始的二進(jìn)制字符，再進(jìn)行解碼恢復(fù)原始的信息內(nèi)容。本次課設(shè)使用matlab進(jìn)行bpsk通信過程仿真，要求不僅能將原始信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制字符信息，解調(diào)后也能很好的恢復(fù)成原來的信息，過程中對信號觀察不僅需要從時域上進(jìn)行觀察分析，也需要再頻域上進(jìn)行觀察分析，以分析通過awgn信道對信號的影

22、響。對于輸入的文本信息，如果要進(jìn)行調(diào)制發(fā)送，必然而且也可以將其轉(zhuǎn)換成由0與1二進(jìn)制字符，這個過程是信源編碼過程。算法原理：對于輸入的文本信息，在matlab中有對于的ascii編碼，matlab會自動的任意一行文檔表示為一列ascii碼。再將十進(jìn)制的ascii碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的的字符。對于數(shù)字形式的信息，必須轉(zhuǎn)化成模擬形式，也就是脈沖成形過程，它將數(shù)字形式的每個字符轉(zhuǎn)換成合適的模擬脈沖，經(jīng)過傳輸后，接受端可以從接受到的信號中恢復(fù)出原來的二進(jìn)制字符。本次課設(shè)采用矩形窗加載，即為矩形脈沖。算法原理框圖如4.1所示：信息二進(jìn)制信息脈沖成行基帶信號圖4.1 算法原理框圖4.1 各部分仿真結(jié)果4.1.1

23、bpsk信號調(diào)制的實現(xiàn)num=10; %碼元個數(shù)tnum=200;%碼元長度n=num*tnum;%10個碼元整體長度a=randint(1,num,2); %產(chǎn)生1行num列的矩陣，矩陣內(nèi)0和1隨機(jī)出現(xiàn)fc=0.5; %載波頻率為0.5t=0:0.05:9.99;%t從0到9.99，間隔為0.05s=;c=;for i=1:num %i從1到10循環(huán) if(a(i)=0) a=zeros(1,tnum); %i=0時，產(chǎn)生一個碼元長度為tnum（200）的0碼元 else a=ones(1,tnum); %i=1時，產(chǎn)生一個碼元長度為tnum（200）的1碼元 end s=s a; %s為隨

24、機(jī)基帶信號 cs=sin(2*pi*fc*t); c=c cs; %c為載波信號end%采用模擬調(diào)制方法得到調(diào)制信號s_nrz=;for i=1:num %i從1到num（10）循環(huán) if(a(i)=0) a=ones(1,tnum); %i=0時，產(chǎn)生一個碼元長度為tnum（200）的1碼元 else a=-1*ones(1,tnum); %i非0時，產(chǎn)生一個碼元長度為tnum（200）的-1碼元 end s_nrz=s_nrz,a; %s_nrz為雙極性非歸零碼ende=s_nrz.*c; %e為bpsk調(diào)制信號figure(1); %圖1subplot(3,2,1); %圖1分為32部分

25、的第一部分plot(s); %作s（基帶信號）的波形圖grid on;axis(0 n -2 2); %橫軸長度為0到n，縱軸范圍為-2到+2xlabel(基帶信號s(t); %x軸的注釋ylabel(基帶信號幅值); %y軸的注釋subplot(323);plot(c);grid on;axis(0 n -2 2);xlabel(bpsk載波信號);ylabel(bpsk載波信號幅值); %作c（bpsk載波信號）的波形圖subplot(325);plot(e);grid on;axis(0 n -2 2);xlabel(bpsk調(diào)制信號);ylabel(bpsk調(diào)制信號幅值); %作e（b

26、psk調(diào)制信號）的波形圖%信號的頻譜fs=200; %采樣頻率n=length(s); %基帶信號長度f=0:fs/n:fs-fs/n-fs/2; %修正頻率f的范圍s=fft(s); %基帶信號s的快速傅里葉變換e=fft(e); %基帶信號e的快速傅里葉變換c=fft(c); %基帶信號c的快速傅里葉變換subplot(322);plot(f,abs(fftshift(s); %基帶信號的頻譜title(基帶信號頻譜);xlabel(f/hz);ylabel(s(w); grid on;subplot(324);plot(f,abs(fftshift(c); %載波信號的頻譜title(載

27、波信號頻譜);xlabel(f/hz);ylabel(c(w); grid on;subplot(326);plot(f,abs(fftshift(e); %調(diào)制信號的頻譜title(調(diào)制信號頻譜);xlabel(f/hz);ylabel(e(w); grid on;調(diào)制后的具體圖如圖4.1.1所示：圖4.1.1 基帶信號、載波信號和調(diào)制信號時域及頻域波形圖4.1.2加噪及經(jīng)帶通濾波后的信號%加高斯噪聲am=0.7; %輸入信號經(jīng)信道后振幅由1衰減為0.7snr=5; %輸入信噪比snr=10(snr/10);n0=(am*am)/2/snr; %計算噪聲功率n0_db=10*log10(n0

28、); %將噪聲功率轉(zhuǎn)換為dbwni=wgn(1,n,n0_db); % 產(chǎn)生1行n列的高斯噪聲yi=e+ni; %bsk已調(diào)信號中加入白噪聲，輸入信噪比為snrfigure(2);subplot(2,1,1);plot(yi);grid on;xlabel(加入高斯白噪聲的已調(diào)信號yi(t);%帶通濾波器b1,a1 = butter(3,2*pi*0.0001,2*pi*0.01); %計算帶通濾波器的h(z)系數(shù)y=filter(b1,a1,yi); %對信號yi進(jìn)行濾波，得到信號yfigure(2);subplot(2,1,2);plot(y);grid on;xlabel(經(jīng)帶通濾波器后

29、信號);圖4.1.2 加入白噪聲及帶通濾波后的波形4.1.3與恢復(fù)載波相乘后的信號%與恢復(fù)載波相乘x1=2*c.*y;figure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);grid on;xlabel(與恢復(fù)載波相乘后的信號x1(t);%低通濾波器b2,a2=butter(2,0.005); %計算h(z)系數(shù) ，頻率為(1/200)x=filter(b2,a2,x1); %對信號x1濾波，得到信號xfigure(3);subplot(2,1,2);plot(x);grid on;axis(0 n -2 2);xlabel(經(jīng)低通濾波器后信號波形)圖4.1.3 恢復(fù)載波相乘及低通

30、濾波后的波形4.1.4抽樣判決及消除延遲由于存在“倒”現(xiàn)象，故以0為基準(zhǔn)進(jìn)行判決，大于0，判為0；小于0，判為1，抽樣判決后會產(chǎn)生延遲，故認(rèn)為對解調(diào)信號進(jìn)行時移，以減小甚至消除延遲，便于與基帶信號進(jìn)行比較，計算實際誤碼率。%抽樣判決x=fun_panjue(x);%調(diào)用函數(shù)，進(jìn)行抽樣判決figure(4);subplot(2,1,1);plot(x);grid on;xlabel(加噪后解調(diào)信號x(t);axis(0 n -2 2);%消除延遲x=fun_yanc(x); %調(diào)用函數(shù)，進(jìn)行消除延遲figure(4);subplot(2,1,2);plot(x);grid on;xlabel(加

31、噪后去掉延遲的解調(diào)信號x(t);axis(0 n -2 2);子程序一：抽樣判決function w=fun_panjue(w)n=length(w);if w(100)0 w(1:100)=0;else w(1:100)=1;endfor i=101:n if w(i)0; w(i)=0; else w(i)=1; endend子函數(shù)二：消除延遲function m=fun_yanc(m)n=length(m);leng=0;if m(1)=0 for i=1:n if m(i)=1 leng=i; break; end endelse for i=1:n if m(i)=0 leng=i;

32、 break; end endendleng1=leng-(floor(leng/200)*200;for i=1:(n-leng1) m(i)=m(i+leng1);endfor i=(n-leng1):n m(i)=m(n-200+10);end圖4.1.4 加噪后解調(diào)信號及加噪后去掉延遲的解調(diào)信號波形4.1.5計算誤碼率%誤碼率計算err1=length(find(x=s) %計算解調(diào)信號中錯誤碼元個數(shù)pe_test1=err1/n %計算實際誤碼率pe1=(1/2)*erfc(sqrt(snr) %計算系統(tǒng)理論誤碼率% 理論誤碼率曲線pe=;for snr=1:10 am=0.7; %

33、輸入信號經(jīng)信道后振幅由1衰減為0.7 e=am*am/2; snr=10(snr/10); n0=(am*am)/(2*snr); no=n0/(2*200); %計算噪聲功率 n0_db=10*log10(n0);%將噪聲功率轉(zhuǎn)換為dbw ni=wgn(1,n,n0_db);% 產(chǎn)生1行n列的高斯噪聲 yi=e+ni; %bsk已調(diào)信號中加入白噪聲，輸入信噪比為snr y=filter(b1,a1,yi);%對yi進(jìn)行濾波(帶通濾波器)，得到信號y x1=2*c.*y; %與恢復(fù)載波相乘 xx=filter(b2,a2,x1); %經(jīng)低通濾波器濾波 xx=fun_panjue(xx);%抽樣

34、判決 xx=fun_yanc(xx); %消除延遲 snr=10(snr/10); pe=pe,(1/2)*erfc(sqrt(snr); %計算理論誤碼率endpe;figure;snr=1:10;semilogy(snr,pe,b-);hold on %以log10(pe)為縱坐標(biāo)畫圖grid on圖4.1.5 誤碼率曲線4.2仿真結(jié)果分析 經(jīng)以上仿真可知：基帶信號經(jīng)過調(diào)制系統(tǒng)，使基帶信號的功率譜搬到較高的載波頻率上。且相移鍵控是用二進(jìn)制數(shù)字信號控制載波的兩個相位，這兩個相位通常相隔180度，二進(jìn)制經(jīng)過調(diào)制系統(tǒng)后生成psk信號，信道內(nèi)的psk信號經(jīng)過帶通濾波器過濾出有用信號，經(jīng)過相乘器和載

35、波信號相乘，所得信號通過低通濾波器得到低頻信號，再經(jīng)抽樣判決得到基帶信號，通過比較原始的基帶信號和所得的信號，我們可以發(fā)現(xiàn)并無太大的失真，仿真比較成功。信源信號是低頻信號，能量主要集中在低頻部分。調(diào)制之后信號變?yōu)殡p邊帶信號，加入噪聲之后會干擾原信號。經(jīng)過帶通濾波處理之后的信號是雙邊帶信號，帶通濾波增加了信號的信噪比。通過低通濾波器后得到低頻信息。信道噪聲對系統(tǒng)性能的主要影響是在接收信號中引入了比特差錯，在二進(jìn)制系統(tǒng)中,比特差錯率表現(xiàn)為將符號1誤認(rèn)為0,或?qū)⒎?誤認(rèn)為符號1。很明顯比特差錯的頻率越高,接收機(jī)的輸出信號與原始信息之間的差異就越大。在存在信道噪聲的情況下,可以用平均符號差錯概率來衡量二進(jìn)制信息傳輸?shù)谋普娑?。平均符號差錯概率的定義為接收機(jī)輸出的重構(gòu)符號與所傳輸?shù)亩M(jìn)制不相同的平均概率。在原始二進(jìn)制波形中的所有比特均具有相同重要性的條件下,平均符號差錯概率又稱為誤比特率(ber)。但是,在重構(gòu)原始消息信號的模擬波形時,不同的符號差錯可能需要區(qū)別對待。設(shè)計總結(jié)通過本次設(shè)計，讓我在除了課本的知識之外的知識有了更好的理解，對bpsk調(diào)制解調(diào)的工作原理有了更好的理解，在設(shè)計之前，收集了很多的材料，但當(dāng)真正深入設(shè)計時，卻也遇到了諸多