基于MATLAB的BPSK调制仿真及性能分析

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2015年春季学期

通信系统仿真训练 课程设计

题 目：基于MATLAB的BPSK调制仿真及性能分析 专业班级：

姓 名：

学 号： 指导教师： 成

绩

：

摘要

BPSK是在21世纪的现阶段，数字通信系统是现代通信系统的主流，在社会生活各个方面占据重要地位，调制与解调是一个不可或缺的环节，它大大提高了信号的传输性能和安全性。BPSK作为数字通信系统中的一种简单、基础的调制解调方法，抗干扰能力强，容易仿真实现。在了解并掌握了BPSK调制与解调原理后，学习MATLAB仿真软件的使用方法。

本次课程设计为基于MATLAB的BPSK调制仿真。本次课设着重介绍了算法的实现，并采用MATLAB程序仿真测试了BPSK过程中单极性不归零编码、脉冲成形、PSK调制、信号通过AWGN信道、载波恢复、解调、解码等过程。

关键词：BPSK、调制解调、MATLAB仿真、数字通信系统

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目录

前言 ........................................................................... 3 一、BPSK原理 ................................................................. 4

1.1 MPSK的介绍 ........................................................... 4

1.1.1 MPSK的介绍 ...................................................... 4 1.2 BPSK 简介 ............................................................. 5

1.2.1 BPSK的概念及分类 ................................................ 5 1.3 BPSK信号的产生 ........................................................ 5 1.4 BPSK调制 .............................................................. 5

1.4.1 调制的概念 ........................................................ 5 1.4.2 调制的种类 ........................................................ 6 1.4.3 调制的作用 ........................................................ 6 1.4.4 调制方式 .......................................................... 6 1.4.5 BPSK的调制原理 .................................................. 7 1.5 BPSK的解调 ............................................................ 8 1.6 高斯噪声 ............................................................... 8

1.6.1 高斯白噪声 ........................................................ 8

二、设计思路 ................................................................... 9 三、设计仿真及分析 ............................................................ 10

3.1 设计仿真 .............................................................. 10 3.2 结果总体分析 .......................................................... 13 总结 .......................................................................... 14 参考文献 ...................................................................... 15 致谢 .......................................................................... 16

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前言

数字通信系统使用的最基本的就是PSK，实际上由于交调的存在，大都使用PSK，由于电波主要在自由空间传播，信道参数比较稳定，信道的主要干扰是高斯白噪声，因而可视为恒参信道。理论分析指出，在恒参信道中，采用PSK的误码率最低，更有效地利用卫星频带，在接收机噪声的作用下，PSK的误码率最低。因而在实际中得到广泛的应用。特别是高数数据传输中FSK是一种很重演的调制方式。

因此本课程设计尝试对PSK中常用的BPSK的调制技术进行通信系统仿真训练的设计实践。本次课程设计为基于MATLAB的BPSK调制仿真及性能分析。本次课设着重介绍了算法的实现，并采用MATLAB程序仿真测试了BPSK过程中单极性不归零编码、脉冲成形、PSK调制、信号通过AWGN信道、载波恢复、解调、解码等过程。

本设计要求采用Matlab实现对BPSK通信系统的蒙特卡罗仿真并且绘制相关的图形，此题比较难做涉及到的方面很多，对BPSK及蒙特卡罗仿算法很不了解查阅了很多资料然而涉及的有较少，但查资料当中学到了很多不知道的东西，加深了对PSK的了解。

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。

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一、BPSK原理

1.1 MPSK的介绍

1.1.1 MPSK的介绍

MPSK即多进制相移键控，又称为多相制。这种键控方式是多进制键控的主要方式。在M进制的相移键控信号，用M个相位不同的载波分别代表M个不同的符号。如果载波有2n个相位，它可以代表n 位二进制码元的的不同组合的码组。多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对相移键控。

在MPSK信号中，载波相位 有M种可能取值，θn=2πn/M(n=1,2,…,M-1)。因此MPSK信号可表示为

S(t) = cos(ω0t+θn) = cos (ω0t+2πn/M) ⑴

若载波频率是基带信号速率的整数倍，则上式可改写为

S(t)=∑g(t-nTs)cos(ω0t+θn)=cosω0tΣcosθn g(t-nTs) -sinω0tΣsinθn g(t-nT)

⑵

式中g(t)是高度为1、宽度为Ts的门函数；Ts为M进制码元的持续时间。亦即k(k=log2M)比特二进制码元的持续时间；θn为第N个码元对应的相位，共有 M个不同的取值。

上

式表明，MPSK信号可等效为两个正交载波的MASK信号之和。所以，MPSK信号的带宽和MASK信号的带宽相同。因此，MPSK系统是一种高效率的信息传输方式。但是，当M的取值增加时，载波间的相位差也随之减少，这就使它的抗噪声性能变差。

数字通信系统模型如图2.1所示。 信息信源编码 信道编码 数信道 数字解噪声源 信道译码 信源译码 收信者 字调制 源 调 图1.1.1 数字通信系统模型