基于Matlab的BPSK调制解调系统仿真.docx

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基于Matlab的BPSK调制解调系统仿真

基于Matlab的BPSK调制解调系统仿真

摘要：

数字通信系统是当代通信领域的主流，在社会生活各个方面占据重要地位。

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。

本文通过BPSK的仿真，希望学习到数字通信的基本知识，为以后的学习打下基础。

关键词：

数字信号，BPSK，高斯白噪声，信噪比，误码率

一、背景及动机

（一）数字信号及数字通信

数字信号是其信息是用若干个明确定义的离散值表示的时离散信号。

数字通信是一种用数字信号作为载体来传输信息的通信方式。

数字通信可以传输电报、数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。

与模拟通信相比，数字通信具有许多突出优点：

一抗干扰力强，二通信距离远，三保密性好，四通信设备的制造和维护简便，五能适应各种通信业务的要求，六是便于实现通信网的计算机管理。

（二）数字通信的前景广阔

由于数字信号相比于模拟信号所具有很多优点，数字通信技术在当今通信技术中占据主导地位，各国都在积极发展数字通信。

近年来，我国数字通信得到迅速发展，正朝着高速化、智能化、宽带化和综合化方向迈进。

因此作为当代的大学生了解数字通信技术具有深刻的意义。

二、相关知识

（一）通信系统简介

上图为通信系统的一种简化结构，由图可知，在发送端信息源（也称发终端）的作用是把各种可能的消息转换成原始电信号。

为了使这个原始信号适合在信道中传输，由发送设备对原始信号完成某种变换，然后再送入信道。

信道是只信号传输的通道。

在接收端，接受设备的功能与发送设备的相反，它能从接受信号中恢复出相应的原始信号，而受信者（也称信息宿或收终端）是将复原的原始信号转换成相应的信息。

图中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。

（二）通信系统中的相关概念

信道：

信号的传输媒介和相关的变换装置。

噪声：

即干扰，通信系统中的干扰分为两种，第一是信号在传输时叠加上的噪声，我们称加性干扰；第二是信道传输特性不理想产生的噪声，我们成为乘性干扰。

第一种干扰始终存在，而第二种干扰则随信号的消失而消失。

加性噪声又分为好几种，在通信系统中我们主要研究的是高斯白噪声。

高斯白噪声的特点：

服从高斯分布，且在整个频率范围内具有平坦的功率谱密度。

信噪比：

接收端输出的信号的平均功率与噪声平均功率之比。

在相同的条件下，信噪比越高则称这个系统的通信质量越好（或抗干扰能力越强）

误码率：

错误接受的码元数在传送总码元数中所占的比例，用以评价数字系统传送信息的可靠程度。

（三）数字信号的BPSK调制

一个BPSK信号可以表示成一个矩形脉冲序列与一个正弦载波的乘积。

这就是说在其一码元持续时间内观察，可以得到

BPSK信号的调制方框图BPSK信号的接收方框图

由于是首次接触相关内容，我们选择了在仿真上较容易实现的BPSK相干解调的方式，实质上是输出已调信号与本地载波信号进行记性比较的过程。

三、设计内容

Matlab软件为我们提供了一个高效的通信系统仿真平台，它功能强大，易于上手且提供很多通信系统仿真需要的函数。

于是我们选择了Matlab来进行此次仿真设计。

（一）

仿真系统设计框图

（二）仿真过程演示

1、首先读取原始声音信号source.wav文件，可以在系统中看到其时域和频域图像

2、读入的图像需要编码转换为二进制比特流，才能使用BPSK调制系统处理。

在本系统中，我们以每17个二进制符号为一个数据包，第一位表示正负号，后16为表示模的大小。

下面是其中一个数据包的时域图。

3、编码完成后即可将数据用BPSK调制系统调制，下面即是刚刚那个数据包调制前后的频域图像，可以看见，其频普被搬移了约12kHz。

第一张图为调制前的。

第二张图为调制后的。

4、模拟已调信号在AWGN信道中的传输，再将信号解调，解码，就可以还原出信号。

但是，由于噪声的影响，接收端收到的信号会出现误差。

随着SNR的不同，误差的严重程度也不同，下图展示了随着SNR的改变，我们模拟系统中的信号BER水平曲线，以及与理论曲线的对比。

5、为了更形象地看出在不同SNR中系统的抗干扰性能，下面在5dB和40dB情况下接收端的信号图像进行对比，这两幅图相互之间，以及与前文给出的原信号图像对比，可以看出在5dB情况下，信号受到较严重干扰，但是当信噪比上升至40dB后，干扰被很大地减弱了。

第一幅图为5dB的情况。

第二幅图为40dB的情况。

6、最后对收到的声音信号进行试播，结果也证实了图像给出的差异，5dB时收到的声音中有很大的噪声，使音质很差。

而当信噪比升到40dB,收到的声音信号就十分清晰了，很难分辨出于原声音的差异。

四、得出结论

（１）通过ＭＡＴＬＡＢ的仿真，我们得到了在不同信噪比下的经过调制解调后的误码率曲线，与理论曲线几乎一致。

观察图像可以知道，在信噪比达到10dB以后误码率就几乎就可以忽略，解调信号几乎不受影响。

（2）通过播放原文件和信噪比为5dB和40dB的文件，发现前者明显感觉音质较差，噪声很大，后者几乎与原声音文件没有什么区别。

从这两个结果可以看出BPSK调制解调系统的抗噪声能力较强。

但是，在操作中发现Matlab仿真系统运行时响应时间很长，需要计算机运行很长时间才能完成仿真运算过程。

经过小组成员的分析，我们认为，除了算法导致了系统运算量大以外，BPSK系统本身的信号传输效率也不高，这也印证了通信原理教材中提到的BPSK系统的特点，即抗噪声干扰能力强，但数据传输效率低下。

五、总结及心得体会

（1）通过自学《通信原理》，对通信系统的一些概念与方法有了初步的了解，对数字信号的调制解调过程有了更加深刻的认识，为后续课程的学习打好了基础。

（2）在本次课程设计我们很好的利用了MATLAB对实际通信过程进行模拟仿真，不仅让我们更好地使用这款软件，还帮助理解了相关理论知识。

这次课程设计锻炼了我们用工程性的思维解决实际问题的能力，对我们的发展有着重要的影响。

六、参考文献

[1]通信原理（第五版），吴成柯等，国防工业出版社，2001年

[2]数字通信原理—给予Matlab仿真计算，曾峰，2006年

[3]Matlab实用教程，苏金明阮沈勇，电子工业出版社，2006年

[4]数据通信原理，杨世平等，国防科技大学出版社，2001年

[5]信号与系统（第二版），A.V.奥本海默（美）等，电子工业出版社，2009年

附录：

Matlabcode

（参见final.m文件）