基于BPSK通信系统的设计与仿真

一、BPSK信号调制原理

1.1  系统原理

file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD53.tmp.png图1  BPSK调制系统原理框图

BPSK调制系统的原理框图如图1所示，其中脉冲成形的作用是减少邻道干扰，通常选用升余弦滤波器；加性高斯白噪声模拟信道特性，这是一种简单的模拟；带通滤波器BPF可以滤除有效信号频带以外的噪声，提高信噪比；在实际通信系统中相干载波需要使用锁相环从接收到的已调信号中恢复，这一过程增加了系统的复杂度，同时恢复的载波可能与调制时的载波存在180度的相位偏差，即180°相位反转问题，这使得BPSK系统在实际中无法使用；低通滤波器LPF用于滤除高频分量，提高信噪比；抽样判决所需的同步时钟需要从接收到的信号中恢复，即码元同步，判决门限跟码元的统计特性有关，但一般情况下都为0。

1.2 参数要求：

发送信号码元速率1000波特，载波频率4KHz，采样频率为16KHz。

二、BPSK信号解调原理

BPSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。图2中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为-1。

file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD54.tmp.png

图2  BPSK解调系统原理框图

三、BPSK信号误码率

在AWGN信道下BPSK信号相干解调的理论误码率为：file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD55.tmp.png，其中file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD65.tmp.png为信噪比file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD66.tmp.png。

在大信噪比file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD67.tmp.png条件下，上式可近似为：file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD68.tmp.png

四、仿真结果与分析

4.1  BPSK信号序列的产生

根据BPSK特点，用matlab的randsrc(1，num,[-1,-1])产生1或者-1的均匀分布的随机序列，作为BPSK信号。在本设计中没有加载频，是对序列直接做处理，在序列中中加入不同信噪比的高斯白噪声。

4.2  BPSK信号解调

对经过信道传输的，含有噪声的BPSK信号进行判决，在本设计中判决门限定为0。当信号大于0时判为1，小于0时判为-1，从而恢复出原信号。

4.3  BPSK信号误码率仿真

将信道中的信噪比以1dB步进从0dB到10dB变化，每个信噪比得到一个误码率。原始信息采用100000比特数据，对最后的误码率取以10为底的对数得到误码率理论与仿真图如下：

file:///C:\Users\ADMINI~1.KGH\AppData\Local\Temp\ksohtml\wpsFD79.tmp.png

五、结论

本设计直接在序列的基础上进行加噪处理并得到仿真结果，并没有加载波，所以过程比较简单。从结果来看，基本与理论相近，由于实验所取的数据量有限，所以在信噪比较大时出现的偏差比较大，如果想要结果更好，就应该将原始数据的点数取多。

六、MATLAB源代码

clc;clear all;close all;

num=100000;

for SNR=0:10

data_bpsk=randsrc(1,num,[1,-1]);

snr=1/(10^(SNR/10));

noise=sqrt(snr/2)*(randn(1,num));

receive=data_bpsk+noise;

pe(SNR+1)=0;

for(i=1:num)

if (receive(i)>=0)

r_data(i)=1;

else r_data(i)=-1;

end

end

pe(SNR+1)=(sum(abs((r_data-data_bpsk)/2)))/num;

peb(SNR+1)=0.5*erfc(sqrt(10^(SNR/10)));

end

r=0:10;

semilogy(r,peb,'b-v',r,pe,'m-x');%对y取底为10对数

grid on;legend('理论误码率曲线','仿真误码率曲线');