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1、实验报告实验目的1. 掌握BPSK信号调制、相干解调方法；2. 掌握扩频、解扩的方法；3. 掌握BPSK扩频信号误码率计算。实验内容1. BPSK信号的调制；2. BPSK信号扩频；3. 不同信噪比环境下BPSK扩频信号误码率计算，并与理论误码率曲线对比。实验原理BPSK信号调制原理1. 系统原理高斯白噪声图5 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抑制旁瓣，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
2、的己调信号中恢复，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。2. 参数要求码元速率1000波特，载波频率4KHz，采样频率为16KHz。BPSK信号扩频原理通信理论和通信技术的研究，是围绕着通信系统的有效性和可靠性这两个基 本问题展开的，所以有效性和可靠性是设计和评价一个通信系统的主要性能指标。通信系统的有效性，是指通信系统传输信息
3、效率的高低。这个问题是讨论怎 样以最合理、最经济的方法传输最大数量的信息。在模拟通信系统中，多路复用 技术可提高系统的有效性。显然，信道复用程度越高，系统传输信息的有效性就 越好。在数字通信系统中，由于传输的是数字信号，因此传输的有效性是用传输 速率来衡量的。通信系统的可靠性，是指通信系统可靠地传输信息。由于信息在传输过程中 受到干扰，收到的信息与发出的信息并不完全相同。可靠性就是用来衡量收到信 息与发出信息的符合程度。因此，可靠性决定于系统抵抗干扰的性能，也就是说， 通信系统的可靠性决定于通信系统的抗干扰性能。在模拟通信系统中，传输的可 靠性是用整个系统的输出信噪比来衡量的。在数字通信系统中
4、，传输的可靠性是 用信息传输的差错率来描述的。扩展频谱通信由于具有很强的抗干扰能力，首先在军用通信系统中得到了应 用。近年来，扩展频谱通信技术的理论和应用发展非常迅速，在民用通信系统中 也得到了广泛的应用。扩频通信是扩展频谱通信的简称。我们知道，频谱是电信号的频域描述。承 载各种信息(如语音、图象、数据等)的信号一般都是以时域来表示的，即信息 信号可表示为一个时间的函数f(t)。信号的时域表示式f(t)可以用傅立叶变换得 到其频域表示式F(f)。频域和时域的关系由式(1-1)确定：F (f )=产 f (t)e -j2 n dtsf (t) =8 F(f)esdf(1-1)-s函数f (t)的
5、傅立叶变换存在的充分条件是f (t)满足狄里赫莱(Dirichlet)条件， 或在区间(一8, +8)内绝对可积，即J-S!f (t)dt必须为有限值。扩展频谱通信系统是指待传输信息信号的频谱用某个特定的扩频函数(与待 传输的信息信号f (t)无关)扩展后成为宽频带信号，然后送入信道中传输；在接 收端再利用相应的技术或手段将其扩展了的频谱压缩，恢复为原来待传输信息信 号的带宽，从而到达传输信息目的的通信系统。也就是说在传输同样信息信号时 所需要的射频带宽，远远超过被传输信息信号所必需的最小的带宽。扩展频谱后 射频信号的带宽至少是信息信号带宽的几百倍、几千倍甚至几万倍。信息已不再 是决定射频信号
6、带宽的一个重要因素，射频信号的带宽主要由扩频函数来决定。由此可见，扩频通信系统有以下两个特点：(1) 传输信号的带宽远远大于被传输的原始信息信号的带宽；(2) 传输信号的带宽主要由扩频函数决定，此扩频函数通常是伪随机(伪噪 声)编码信号。以上两个特点有时也称为判断扩频通信系统的准则。扩频通信系统最大的特点是其具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径 干扰的能力。这里我们先定性地说明一下扩频通信系统具有抗干扰能力的理论依 据。扩频通信的基本理论根据是信息理论中香农(C - E - Shannon)的信道容量公 式C = F + S(1-2)式中：C信道容量，b/s；B信道带宽，Hz；S信号功率，
7、W；N噪声功率，W。香农公式表明了一个信道无差错地传输信息的能力同存在于信道中的信噪 比以及用于传输信息的信道带宽之间的关系。令C是希望具有的信道容量，即要求的信息速率，对(1-2)式进行变换(1-3)=1.44ln 1 + BS 1对于干扰环境中的典型情况，当N时，用幕级数展开(1-3)式，并略去 高次项得(1-4)(1-5)S =1.44 B NNB = 0.7C S由式(1-4)和(1-5)可看出，对于任意给定的噪声信号功率比N/S，只要增加 用于传输信息的带宽B，就可以增加在信道中无差错地传输信息的速率C。或者 说在信道中当传输系统的信号噪声功率比S /N下降时，可以用增加系统传输带
8、宽B的办法来保持信道容量C不变。或者说对于任意给定的信号噪声功率比S / N，可以用增大系统的传输带宽来获得较低的信息差错率。若 N / S=100(20dB)，C = 3kb/s，则当 B = 0.7x100 x 3 = 210kHz 时，就可以 正常的传送信息，进行可靠的通信了。这就说明了增加信道带宽B，可以在低的信噪比的情况下，信道仍可在相同 的容量下传送信息。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要相应的增加信号带宽 也能保持可靠的通信。如系统工作在干扰噪声比信号大100倍的信道上，信息速 率R = C = 3kb/s，则信息必须在B = 210kHz带宽下传输，才能保证可靠的通信。扩频通信
9、系统正是利用这一原理，用高速率的扩频码来扩展待传输信息信号 带宽的手段，来达到提高系统抗干扰能力的目的。扩频通信系统的带宽比常规通 信系统的带宽大几百倍乃至几万倍，所以在相同信息传输速率和相同信号功率的 条件下，具有较强的抗干扰的能力。香农在其文章中指出，在高斯噪声的干扰情况下，在受限平均功率的信道上， 实现有效和可靠通信的最佳信号是具有白噪声统计特性的信号。这是因为高斯白噪声信号具有理想的自相关特性，其功率谱密度函数为-8 f 8(1-6)对应的自相关函数为NR(T) = M S(f )ej2 f df = i3(T)2一3(1-7)其中：T为时延，8 (T )定义为(1-8)白噪声的自相关
10、函数具有8 (T)函数的特点，说明它具有尖锐的自相关特性。但是对于白噪声信号的产生、加工和复制，迄今为止仍存在着许多技术问题和困 难。然而人们已经找到了一些易于产生又便于加工和控制的伪噪声码序列，它们 的统计特性近似于或逼近于高斯白噪声的统计特性。伪噪声序列的理论在本书以后的章节中要专门讲述，这里仅简略引用其统计 特性，借以说明扩频通信系统的实质。通常伪噪声序列是一周期序列。假设某种伪噪声序列的周期(长度)为N，且 码元C都是二元域上的元素。一个周期(或称长度)为N，码元为C的 伪噪声二元序列J的归一化自相关函是一周期为N的周期函数，可以表示为(1-9)(1-10)R (T ) = R (T
11、) * 文 8 (T - kN)k=一3其中R (T)为伪噪声二元序列R 一个周期内的表示式c ci i +TT = 0T。0R (T)=Ni=1I11=0)=1;%判决z(z0)=0;z=z(Fd/2:Fd:sig_len);% 抽样wuma=z-bits;c=find(wuma=0);wumalv(j+10)/0.5+1)=length(c)/bit_len;k=sqrt(10气/10);lilun(j+10)/0.5+1)=0.5*erfc(k);end%由于噪声不是加载在调制信号上，而是加载基带信号上， %因此抽样判决的信噪比比带通滤波器后的信噪比大三个dB figuresemilogy(-13:0.5:10,wumalv,r*);hold on;semilogy(-10:0.5:10,lilun(1:length(-10:0.5:10);hold off;grid on;title(误码率);legend(仿真误码率,理论误码率)
