BPSK和DPSK Matlab仿真

1、1. BPSK調(diào)制1.系統(tǒng)原理圖1 BPSK調(diào)制系統(tǒng)原理框圖BPSK調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，其中脈沖成形的作用是抑制旁瓣，減少鄰道干擾，通常選用升余弦濾波器；加性高斯白噪聲模擬信道特性，這是一種簡單的模擬；帶通濾波器BPF可以濾除有效信號頻帶以外的噪聲，提高信噪比；在實際通信系統(tǒng)中相干載波需要使用鎖相環(huán)從接收到的已調(diào)信號中恢復(fù)，這一過程增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時恢復(fù)的載波可能與調(diào)制時的載波存在180度的相位偏差，即180度相位反轉(zhuǎn)問題，這使得BPSK系統(tǒng)在實際中無法使用；低通濾波器LPF用于濾除高頻分量，提高信噪比；抽樣判決所需的同步時鐘需要從接收到的信號中恢復(fù)，即碼元同步，判決門限跟碼元

2、的統(tǒng)計特性有關(guān)，但一般情況下都為0。2.參數(shù)要求碼元速率2400波特，載波頻率4800Hz，奈奎斯特頻率19200Hz。3.仿真參數(shù)采樣頻率：為碼元速率的16倍，即奈奎斯特頻率為碼元速率的8倍，在計算誤碼率的時，采樣頻率為碼元速率的8倍，即奈奎斯特頻率為碼元速率的4倍。脈沖成形濾波器參數(shù)：脈沖成形濾波器選用FIR型升余弦濾波器，滾降系數(shù)為0.5，階數(shù)為21，調(diào)用MATLAB中的rcosfir函數(shù)來設(shè)計濾波器。低通濾波器：低通濾波器選用FIR型低通濾波器，參數(shù)為：f2=0 0.125 0.4 1; w2= 1 0.95 0.1 0;b2 = fir2(30,f2,w2);調(diào)用fir2函數(shù)來生成。

3、 兩種調(diào)制/解調(diào)方式的各種參數(shù)都相同，后面不再贅述。4.脈沖成形濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率特性 圖2 脈沖成形濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率特性5.低通濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率特性 圖3 低通濾波器的沖擊響應(yīng)和頻率特性 6.仿真過程各點波形：說明：在畫圖時，進(jìn)行了歸一化處理。噪聲的方差為1，隨機序列的幅度為1，調(diào)制加噪后信噪比為-3dB，按照理想情況計算，解調(diào)后信噪比為0dB。 圖2 隨機序列（16個）圖3 脈沖成形后的波形脈沖成形的作用是抑制旁瓣，減少鄰道干擾，在實際通信過程中必不可少，但是為了與理論誤碼率進(jìn)行對比，在后面計算誤碼率時，沒有進(jìn)行脈沖成形。圖4 調(diào)制后波形圖5 加噪后波形 噪聲的方差即平均功

4、率為1，信噪比為0dB，從圖中可以看出，噪聲比較大。圖6 低通濾波后波形圖7 誤碼情況（0dB） 從圖中可以看出在0dB的信噪比情況下有明顯的誤碼出現(xiàn)。2.2DPSK調(diào)制1.系統(tǒng)原理圖8 2DPSK系統(tǒng)原理框圖 與BSPK調(diào)制相比，2DPSK在調(diào)制前要進(jìn)行差分編碼，通過前后相鄰的兩個碼元的相對相位來表征信息，這樣做的好處是，在接收端不需要提取相干載波，也就不存在180度相位反轉(zhuǎn)問題，所以是一種實用的系統(tǒng)。在接收端，對接收到的已調(diào)信號延遲一個碼元間隔Ts，然后與接收信號相乘，再進(jìn)行低通濾波、抽樣判決，這種非相干解調(diào)方式實現(xiàn)簡單，但誤碼率要高于BPSK調(diào)制，這可以通過后面的誤碼率統(tǒng)計看過。2. 仿

5、真過程各點波形：說明：在畫圖時，進(jìn)行了歸一化處理。噪聲的方差為1，隨機序列的幅度為1，調(diào)制加噪后信噪比為-3dB，按照理想情況計算，解調(diào)后信噪比為0dB。圖9 隨機序列（15個）圖10 脈沖成形后的波形圖11 調(diào)制后的波形圖12 加噪后的波形 圖13 移位相乘后波形 非相干解調(diào)的一個重要過程就是對接收到的信號進(jìn)行一個碼元周期的移位，將移位后的信號與接收到的信號相乘。再進(jìn)行低通濾波，然后抽樣判決。圖 14 低通濾波后的波形圖15 誤碼情況（0dB）3.誤碼率在統(tǒng)計誤碼率時，考慮到程序運行時間，碼元個數(shù)為：65536，在高信噪比下統(tǒng)計的誤碼率可信度較低。判決前的信噪比按下式計算：SNR=A2/2

6、，其中A為已調(diào)信號幅度，2 為噪聲方差。BPSK的理論誤碼率為：0.5*erfc(r)，其中r=SNR=A2/2為判決時的信噪比。 2DPSK的理論誤碼率為：0.5*exp(-r)。BPSK在-10dB,-8dB,-6dB,-4dB,-2dB,0dB,2dB,4dB,6dB,8dB,10dB的信噪比下的誤碼率依次為：0.3346252441406250.2932128906250000.2441711425781250.1925964355468750.1409759521484380.08575439453125000.04336547851562500.01483154296875000.

7、003280639648437500.0004882812500000004.57763671875000e-05 2DPSK在-10dB,-8dB,-6dB,-4dB,-2dB,0dB,2dB,4dB,6dB,8dB,10dB的信噪比下的誤碼率依次為： 0.4639047837033650.4448004882887010.4107270923933780.3701380941481650.3099107347219040.2290836957351030.1444266422522320.06889448386358440.02119478141451130.002670328831921

8、870.000183108262760357根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的理論數(shù)據(jù)，繪制的誤碼率曲線如下圖所示： 圖16 誤碼率從圖中可以看出實際仿真數(shù)據(jù)接近理論數(shù)據(jù)，并且在相同的信噪比情況下，BPSK調(diào)制的誤碼率小于2DPSK調(diào)制。附錄：源程序1.BPSK.m% Bpsk調(diào)制，相干解調(diào)% 參數(shù)：% 載波頻率4800Hz，碼元速率2400Hz% 采樣率是載波頻率的4倍，即11920Hz% %Nyquist_Freq=19200;%奈奎斯特速率CW_Freq=4800;%載波頻率Sample_Ratio=0.125;%載波頻率/采樣頻率m=16;%碼元數(shù)目N=2*m/Sample_Ratio;%采樣點

9、數(shù)n=1:1:N;N0=randn(1,N); %噪聲,均值為0，方差為1h0=zeros(1,N);% 21階整形濾波器b1=rcosfir(0.5,10,2/Sample_Ratio,1);% 30階低通濾波器 h2f2=0 0.125 0.4 1; w2= 1 0.95 0.1 0;b2 = fir2(30,f2,w2);% 隨機序列a=rand(1,m);for i=1:m if(a(1,i)>0.5) a(1,i)=1; else a(1,i)=-1; end;end;% 對隨機序列進(jìn)行采樣spread_a=zeros(1,N);k=1;j=0;for i=1:N if(j=N

10、/m) j=0; k=k+1; end j=j+1; spread_a(1,i)=a(1,k);end%脈沖成形fft_spread_a=fft(spread_a,N);fft_b1=fft(b1,N);wave_shape_a=ifft(fft_spread_a.*abs(fft_b1);%功率歸1化energy_sum=0;for i=1:N energy_sum=energy_sum+wave_shape_a(1,i)2;endaverage_power=energy_sum/N;wave_shape_a=wave_shape_a/sqrt(average_power);%功率歸1化%隨

11、機序列%figure(1);subplot(2,1,1);plot(spread_a/max(spread_a),'k');% 隨機序列時域波形title(' 隨機序列時域波形');axis(1 N -1.5 1.5);subplot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_spread_a)/max(abs(fft_spread_a),'k');%隨機序列幅頻特性title(' 隨機序列頻域波形');%整形以后的信號%fft_wave_shape_a=fft(wave_shape_a,N);figur

12、e(2);subplot(2,1,1);plot(wave_shape_a/max(wave_shape_a),'k');% 整形以后的信號時域波形title('脈沖成形后時域波形');subplot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_wave_shape_a)/max(abs(fft_wave_shape_a),'k');%整形以后的信號幅頻特性title('脈沖成形后頻域波形');% 調(diào)制以后生成BPSK信號bpsk_m=zeros(1,N);j=1;k=1;for i=1:N if(j=(N

13、/m+1) j=1; k=k+1; end; bpsk_m(1,i)=wave_shape_a(1,i)*cos(2*pi*Sample_Ratio*i);%調(diào)制 j=j+1;end;%調(diào)制以后的信號%fft_bpsk_m=fft(bpsk_m,N);figure(3);subplot(2,1,1);plot(bpsk_m/max(bpsk_m),'k');% 調(diào)制以后的信號時域波形title('調(diào)制后時域波形');subplot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_bpsk_m)/max(abs(fft_bpsk_m),'

14、;k');%調(diào)制以后的信號幅頻特性title('調(diào)制后頻域波形');% 信號加噪聲，模擬信道bpsk_m=bpsk_m+N0;%加噪以后的信號%fft_bpsk_m=fft(bpsk_m,N);figure(4);subplot(2,1,1);plot(bpsk_m/max(bpsk_m),'k');% 加噪以后的信號時域波形title('加噪后時域波形');subplot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_bpsk_m)/max(abs(fft_bpsk_m),'k');%加噪以后的信號

15、幅頻特性title('加噪后頻域波形');% 相干解調(diào)，用正交本振與信號相乘bpsk_dm=bpsk_m.*cos(2*pi*Sample_Ratio*n);%濾波fft_dm=fft(bpsk_dm,N);fft_b2=fft(b2,N);%N點的FFT變換fft_y1=fft_dm.*(abs(fft_b2);y1=ifft(fft_y1); %低通濾波后得到的信號%濾波以后的信號%figure(5);subplot(2,1,1);plot(y1/max(y1),'k');% 濾波以后的信號時域波形title('濾波后時域波形');subpl

16、ot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_y1)/max(abs(fft_y1),'k');%濾波以后的信號幅頻特性title('濾波后頻域波形');%采樣和判決an=zeros(1,m); for i=1:m an(1,i)=y1(1,N/m*(i-1)+N/(2*m);end;for i=1:m if(an(1,i)>0) % 判決，得到解調(diào)結(jié)果 result(1,i)=1; else result(1,i)=-1; end;end;%誤碼情況%figure(6);plot(result,'ko');ho

17、ld on;plot(a,'kx');axis(1 m -1.5 1.5);legend('判決后','原碼');title('誤碼情況');%3. DPSK.m% dpsk調(diào)制，非相干解調(diào)% 參數(shù)：% 載波頻率4800Hz，碼元速率2400Hz% 采樣率是載波頻率的8倍 %Nyquist_Freq=19200;%奈奎斯特速率CW_Freq=4800;%載波頻率Sample_Ratio=0.125;%載波頻率/采樣頻率m=15;%碼元數(shù)目N=2*(m+1)/Sample_Ratio;%采樣點數(shù)，因為差分編碼后會多出一個碼元，所以是

18、m+1n=1:1:N;N0=randn(1,N); %噪聲,均值為0，方差為1% 21階整形濾波器b1=rcosfir(0.5,10,2/Sample_Ratio,1);% 30階低通濾波器 h2f2=0 0.125 0.4 1; w2= 1 0.95 0.1 0;b2 = fir2(30,f2,w2);% 隨機序列a=rand(1,m);for i=1:m if(a(1,i)>0.5) a(1,i)=1; else a(1,i)=-1; end;end;%差分編碼d_a=zeros(1,m+1);d_a(1,1)=-1;for i=1:m if(a(1,i)=d_a(1,i) d_a(

19、1,i+1)=-1; else d_a(1,i+1)=1; endend% 對原序列進(jìn)行采樣spread_a=zeros(1,N-2/Sample_Ratio);k=1;j=0;for i=1:N-2/Sample_Ratio if(j=2/Sample_Ratio) j=0; k=k+1; end j=j+1; spread_a(1,i)=a(1,k);end% 對差分編碼后的序列進(jìn)行采樣spread_d_a=zeros(1,N);k=1;j=0;for i=1:N if(j=2/Sample_Ratio) j=0; k=k+1; end j=j+1; spread_d_a(1,i)=d_a

20、(1,k);end%脈沖整形fft_spread_d_a=fft(spread_d_a,N);fft_b1=fft(b1,N);wave_shape_d_a=ifft(fft_spread_d_a.*abs(fft_b1);%功率歸1化energy_sum=0;for i=1:N energy_sum=energy_sum+wave_shape_d_a(1,i)2;endaverage_power=energy_sum/N;wave_shape_d_a=wave_shape_d_a/sqrt(average_power);%功率歸1化%隨機序列和差分編碼后的波形%figure(1);subpl

21、ot(2,1,1);plot(spread_a/max(spread_a),'k');% 隨機序列時域波形title(' 隨機序列時域波形');axis(1 N -1.5 1.5);subplot(2,1,2);plot(spread_d_a/max(spread_d_a),'k');%隨機序列幅頻特性title(' 隨機序列差分編碼后波形');axis(1 N -1.5 1.5);%整形以后的信號%fft_wave_shape_d_a=fft(wave_shape_d_a,N);figure(2);subplot(2,1,1);

22、plot(wave_shape_d_a/max(wave_shape_d_a),'k');% 整形以后的信號時域波形title('脈沖成形后時域波形');subplot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_wave_shape_d_a)/max(abs(fft_wave_shape_d_a),'k');%整形以后的信號幅頻特性title('脈沖成形后頻域波形');% 調(diào)制以后生成dpsk信號dpsk_m=zeros(1,N);j=0;k=1;for i=1:N if(j=2/Sample_Ratio

23、) j=1; k=k+1; end dpsk_m(1,i)=wave_shape_d_a(1,i)*cos(2*pi*Sample_Ratio*i);%調(diào)制 j=j+1;end%調(diào)制以后的信號%fft_dpsk_m=fft(dpsk_m,N);figure(3);subplot(2,1,1);plot(dpsk_m/max(dpsk_m),'k');% 調(diào)制以后的信號時域波形title('調(diào)制后時域波形');subplot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_dpsk_m)/max(abs(fft_dpsk_m),'k&#

24、39;);%調(diào)制以后的信號幅頻特性title('調(diào)制后頻域波形');% 信號加噪聲，模擬信道dpsk_m=dpsk_m+N0;%加噪以后的信號%fft_dpsk_m=fft(dpsk_m,N);figure(4);subplot(2,1,1);plot(dpsk_m/max(dpsk_m),'k');% 加噪以后的信號時域波形title('加噪后時域波形');subplot(2,1,2);plot(0:N-1)*2*pi/N,abs(fft_dpsk_m)/max(abs(fft_dpsk_m),'k');%加噪以后的信號幅頻特性title('加噪后頻域波形');% 非相干解調(diào)dpsk_m_shift=zeros(1,N);for i=1:N if(i<=2/Sample_Ratio) dpsk_m_shift(1,i)=0; else dpsk_m_shift(1,i)=dpsk_m(1,i-2/Sample_Ratio); end enddpsk_mul=dpsk_m_shift.*dpsk_m;fft_dpsk_mul=fft(dpsk_mul,N);%濾波fft_b2=fft(b2,N);%N點的FFT變換f