移动通信原理第6次课-第6章BPSK数字调制
BPSK的调制与解调
79 01001111
π/4 -0.707
38 00100110
3π/8 -0.924
11 00001010
π/2 -1.000
1
00000001
5π/8 -0.924
11 00001010
3π/4 -0.707
38 00100110
7π/8 -0.383
79 01001111
π
0.000
128 10000000
9π/8 0.383
177 10110000
5π/4 0.707
218 11011001
11π/8 0.924
245 11110101
3π/2 1.000
255 11111111
13π/8 0.924
245 11110101
7π/4 0.707
218 11011001
15π/8 0.383
177 10110000
1. BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制
二进制相移键控（BPSK）就是根据数字基带信号的两 个电平，使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位 调制方法。通常，两个载波相位相差π弧度，故有时又称为 反相键控PSK。以二进制调相为例，取码元为“0”时，调制 后载波与未调载波同相；取码元为“1”时，调制后载波与 未调载波反相；“1”和“0”时调制后载波相位差π。
2021/3/10
6
用FPGA实现BPSK的调制与 解调
对同相和反向正弦波进行16倍频采样，然后量化编码，
得到如下两个表格： 表1：对正相正弦波进行量化
A
sinA
C
D
0
0.000
128 10000000
BPSK数字调制
相移键控的基本原理 • 载波信号的函数式为： Sk(t)=cos(wc+φk)
这里， 振幅取归一化值1；wc是载波频率，为常数；φk是受 数字信号控制的相位，它有有限的M个不同取值，每个相位携 带的信息量I = log 2 M (bit)。 • 例如，当M=2，φk的每一相位携带1bit信息：0或1；当M=4， φk的每一相位携带2bit信息：00、01、10或11；当M=8，φk 的每一相位携带3bit信息：000、001、010、011、100、101、 110或111。 • 在发送端，数字调制器输出的载波信号相位将随输入不同的 数字信号而改变。对于一个数字信号，Sk(t)的相位φk将取一 个特定的值与之对应。
• BPSK信号的功率谱密度如下图所示。 • 设数字信号的bit周期是Tb, 数字信号速 率为1/Tb（bps）。 • 如图,BPSK信号的带宽为: 2fb= 2/Tb (Hz) 。 • 频带利用率为：(1/Tb)/ 2fb=0.5 (bps/Hz)。
2） 差分二相移相键控 • DBPSK可以有效避免BPSK的相位模糊，克服 接收数据反相问题。 DBPSK调制原理 • 先将基带数字信号转换成差分码，方法是出现 基带数字信号1，差分码脉冲前沿跳变；出现 基带数字信号0，差分码脉冲前沿不跳变。然 后利用差分码对载波进行BPSK调制。原理图 和波形图如下：
DBPSK解调原理 • DBPSK解调不需要用与发端同步的载波，这 种解调方法称为非相干解调。前一个码元周期 内的载波经过延时一个码元周期后与当前接收 的码元周期内的载波进行模二加(逻辑乘)。如 果它们的相位相反，结果为逻辑1；如果它们 的相位相同，结果为逻辑0。 • DBPSK信号的带宽与BPSK的相同为， 2fb= 2/Tb (Hz) 。
移动通信原理第6次课-第6章BPSK数字调制
第6章 数字调制技术
6.1 关于数字调制的概念
• 下图表明了一个两电位数字信号序列经过短短几十米 双绞线传输后的衰减情况。
6.1.2 数字调制基本原理 • 通常余弦波信号表示为： • s(t) = a(t)cos[w(t)+j(t)] • 其中，t是时间； a(t)是幅度；w(t)是角 频率； j(t)是相位。 • 数字调制就是用基带数字信号0和1去控 制余弦信号的幅度、角频率和/或相位的 变化。随着余弦波在无线信道里传输，基 带数字信号也传输了出去。因此，这种余 弦波被称为载波；它被基带数字信号调制 后成为调制信号。
• 由于一般信道都是通频带有限的带通信道， 脉冲信号中的高频成分将受到严重衰减， 信号前沿由陡峭变得平缓，幅度也受到衰 减，数字信号将严重变形 。这些不良变化 将导致接收机在对数字信号识别时出错。 • 上述在短距离上直接传输数字信号的方法 叫做基带传输。 • 如果需要在长距离的有线信道和无线信道 上传输数字信号必须采用频带传输技术， 即由高频载波信号来载荷数字信号，这就 是数字调制。
• 分别调制载波幅度、频率和相位的2ASK(振幅 键控)、2FSK(频移键控)和2PSK(相移键控) 调 制波形如下：
6.1.3 数字调制的分类
• 数字调制的分类如下表： 不恒定 ASK（幅度键控） 包络 QAM（正交幅度键控） MQAM（星座调制） 数 字 FSK BFSK(二进制频移键控) 调 (频移键控) MFSK(多进制频移键控) 制
数字信号控制的相位，它有有限的M个不同取值，每个相位携 带的信息量I = log 2 M (bit)。 • 例如，当M=2，φk的每一相位携带1bit信息：0或1；当M=4， φk的每一相位携带2bit信息：00、01、10或11；当M=8，φk 的每一相位携带3bit信息：000、001、010、011、100、101、 110或111。 • 在发送端，数字调制器输出的载波信号相位将随输入不同的 数字信号而改变。对于一个数字信号，Sk(t)的相位φk将取一 个特定的值与之对应。
《移动通信--BPSK调制与解调》报告
基于hackrf 的BPSK 信号调制与解调的实现一.实现目标:1.在GRC 平台下,调制出BPSK 信号,并通过hackraf 进行发送；2.根据HackRF 接收到的BPSK 信号,在GRC 平台下进行解调；二.实现过程:1.BPSK 信号的调制：1）调制基本原理：相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。
在BPSK 中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”，因此BPSK 信号的时域表达式为：其中，n ϕ表示第n 个符号的绝对相位：0 0 1 n ϕπ⎧⎪⎨⎪⎩=发送时发送时因此，BPSK 信号的时域表达式可以改写为：cos P e = -cos 1-PBPSK c c A w t A w t ⎧⎪⎨⎪⎩（）概率（）概率典型波形如图1-1所示。
由于表示信号的两种码元的波形相同，极性相反，故BPSK 信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即=e ()cos()BPSK c s t w t 其中这里，()g t 是脉冲宽度为s T 的单个矩形脉冲，而n a 的统计特性为= 1 P a -1 1-Pn ⎧⎪⎨⎪⎩ 概率概率即发送二进制符号“0”时(a n 取+1)()BPSK e t 取0相位；发送二进制符号“1”时(a n 取-1)()BPSK e t 取π相位。
这种以载波的不同相位直接去表示相应的二进制数字信号的调制方式，成为二进制绝对相移方式。
cos()BPSK c n e A t ωϕ=+()()n s ns t a g t nT =-∑图1-12）根据BPSK 信号调制原理，在GRC 下运用模块搭建流程图如图1-2所示，得到的输出信号即为BPSK 信号：图1-2BPSK 调制数字基带信号()(1,1,1,1,1,1,1,1,1, 1......)m t =-----与载波信号0sin()w t 直接相乘（GRC 流程图中要注意数字基带信号码元宽度与载波信号频率的匹配设置）得到调制的BPSK 信号0()()sin()r t m t w t =，将BPSK 信号()r t 送入hackrf 经上变频发送出去。
6 移动通信原理 第六章 移动通信数字调制解调技术
第6章移动通信数字调制解调技术6.1 概述一．调制的概念将待传送的基带信号加到高频载波上进行传输的过程。
其简单模型可以表示为：载波二．调制的作用1．提高传输性能。
低频信号如话音，直接传输时损耗比较大，不事宜长距离传输，通过调制能有效的解决传输问题。
2．容易辐射。
对于一些无线通信往往要求天线的尺寸和发射信号的波长在同一数量级，天线的长度为1/4波长，如果将基带信号直接通过天线发射，那么天线的长度将是几十至几百公里的数量级，这是不现实的。
3．实现多路复用。
调制技术反映到频域上就是频带的搬移，通过调制将基带信号搬移到合适的位置，那么在一个较宽的信道中就可以同时传输多路信号，习惯上称为FDM。
4．提高系统的性能。
例如抗干扰能力，不同的调制方式具有不同的抗噪声能力，FM对信噪比的改善就比较大。
三．调制的分类调制是基带信号加到载波上的过程，而基带信号m(t)可以是模拟信号也可以是数字信号，而载波c(t)可以是连续波（通常称为正弦波），也可以是脉冲波形。
当c(t)为正弦波时，m(t)可以改变其幅度、频率或相位中的某一个或两个参数。
这样组合起来就会形成多种调制方式。
现归纳如下：四．蜂窝移动通信系统中的调制技术五．移动通信对数字调制技术的要求 1．数字调制的性能指标数字调制的性能指标通常通过功率有效性ηp （Power Efficiency ）和带宽有效性ηB (Spectral Efficiency)来反映。
(1) 功率有效性功率有效性ηp 是反映调制技术在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力, 可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比：bp E N η=(2)带宽有效性带宽有效性ηB 是反映调制技术在一定的频带内数字有效性的能力, 可表述成在给定带宽条件下每赫兹的数据通过率：((/))B R b s Hz Bη=在数字系统设计中，经常需要在带功率有效性和宽有效性之间折中。
2．移动信道的基本特征(1) 带宽有限。
BPSK调制原理
原理：2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。
假设前后相邻码元的载波相位差为•"，可定义一种数字信息与."之间的关系为；0,表示数字信息“0”“一［兀，表示数字信息“1则一组二进制数字信息与其对应的2DPSK言号的载波相位关系如下表所示二进制数字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 02DPSK信号相位：0 二 0 0 0 二二或（兀）0兀兀00 0兀0 0数字信息与之间的关系也可以定义为..”0,表示数字信息“1△ e = <5，表示数字信息“0”2DPSK言号调制过程波形如图1所示。
10 0 1 0 1 1 0绝对码1110 0 10 0可以看出，2DPSK言号的实现方法可以采用：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。
2DPSK言号调制器原理图如图2所示。
开关电路图2 2DPSK信号调制器原理图其中码变换即差分编码器如图3所示。
在差分编码器中：｛a n｝为二进制绝对码序列，｛d n｝为差分编码序列。
D触发器用于将序列延迟一个码兀间隔，在SystemView中此延迟环节一般可不采用D触发器，而是采用操作库中的延迟图符块”a n图3差分编码器二进制差分相位键控(2DPSK的解调1、实验目的:(1)了解2DPSK系统解调的电路组成、工作原理和特点;(2)掌握2DPSK系统解调过程信号波形的特点；(3)熟悉系统中信号功率谱的特点。
2、实验内容:以2DPSK乍为系统输入信号，码速率Rb= 10kbit/s。
(1)采用相干解调法实现2DPSK勺解调，分别观察系统各点波形。
(2)获取主要信号的功率谱密度。
3、实验原理：相干解调法：2DPSK言号可以采用相干解调方式(极性比较法)，对2DPSK言号进行相干解调, 恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。
移动通信原理BPSK数字调制要点
6.1.1 数字调制相关概念
• 数字调制是将数字基带信号与正弦(或余弦)载波信号相乘 调制成为中心频率很高的频带信号。其基本原理是用数字 基带信号0和1去控制载波的一个参量。若控制载波的幅度， 称为振幅键控ASK；若控制载波的频率，称为频移键控 FSK；若控制载波的相位，称为相移键控PSK，若同时控 制载波的幅度和相位两个参量，称为幅度相位调制，又称 为正交幅度调制QAM。
• 典型的扩频通信系统方框图如下。
• 我们在前面已经学习了信源编码、扩频加扰部分， 下面继续学习数字调制。
• 扩频信号是数字信号，是不能直接上无线信道传输 的。必须将数字信号调制到正弦或余弦模拟信号上 才能上无线信道传输。
第6章 数字调制技术
6.1 关于数字调制的概念
• 下图表明了一个两电位数字信号序列经过短短几十米 双绞线传输后的衰减情况。
另外在实际相移键控调制方式中，为了降低已调信号的峰平比， 又引入了偏移QPSK(OQPSK)、π/4-DQPSK、正交复四相移键 控CQPSK，以及混合相移键控HPSK等等。
• 在二进制调制之中，为了彻底消除由于相位跃变带来的峰平比 增加和频带扩展，又引入了有记忆的非线性连续相位调制CPM， 最小频移键控MSK，GMSK(高斯型MSK)以及平滑调频TFM等。
不恒定 ASK（幅度键控） 包络 QAM（正交幅度键控）
数
MQAM（星座调制）
字 调 制
FSK (频移键控)
BFSK(二进制频移键控) MFSK(多进制频移键控)
BPSK(二相相移键控)
恒定 包络
PSK (相移键控)
DPSK(差分二相相移键控) QPSK(正交(四相)相移键
OQPSK(偏 移QPSK)p/4QPSK Nhomakorabea控)
bpsk调制 升余弦 相关解调
BPSK调制、升余弦和相关解调是数字通信中常见的调制和解调技术。
本文将从理论和实际应用的角度介绍这三个主题，以帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、BPSK调制1. BPSK调制是一种基带调制技术，全称为二进制相移键控调制（Binary Phase Shift Keying）。
它通过改变载波信号的相位来传输数字信息。
具体来说，当数字为0时，载波信号的相位不变；当数字为1时，载波信号的相位反转180度。
这样就可以在相位上进行二进制编码。
2. BPSK调制的优点是简单直观，适用于频谱效率要求不高的情况。
在实际应用中，BPSK调制常用于低速数据传输、卫星通信和短波通信等场景。
3. 在无线传感网中，由于节点之间的距离较近、数据传输速率较低，可以采用BPSK调制来实现简单可靠的通信。
二、升余弦滚降滤波器1. 在数字通信中，为了尽可能减小传输信号的带宽，减小信道间的干扰，常常采用升余弦滚降滤波器（R本人sed Cosine Filter）来进行信号的滤波和调制。
2. 升余弦滚降滤波器的频率响应在频率为0附近有较好的抑制作用，可以有效地控制信号的带宽。
其滚降特性也能够减小信号在频率间隔内的干扰，提高信号的抗干扰能力。
3. 实际应用中，升余弦滚降滤波器常用于QPSK、16QAM等多种调制方式，尤其适用于要求频谱效率高、抗干扰能力强的场景。
三、相关解调1. 相关解调是指在接收端利用发送端已知的信号来解调接收到的信号。
通过计算接收信号和已知信号的相关性，可以还原发送信号。
2. 相关解调在数字通信中有着广泛的应用，特别是在多路径传输、信道干扰较大的高速数据传输场景中效果明显。
相对于其他解调方法，相关解调在抗噪声和多径干扰方面有明显的优势。
3. GPS定位系统中采用的CDMA技术就采用了相关解调的原理，来实现对传输信号的解调和定位。
BPSK调制、升余弦滚降滤波器和相关解调是数字通信领域中重要的技术手段，它们在不同的场景中发挥着重要的作用。
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• 由于一般信道都是通频带有限的带通信道， 脉冲信号中的高频成分将受到严重衰减， 信号前沿由陡峭变得平缓，幅度也受到衰 减，数字信号将严重变形 。这些不良变化 将导致接收机在对数字信号识别时出错。 • 上述在短距离上直接传输数字信号的方法 叫做基带传输。 • 如果需要在长距离的有线信道和无线信道 上传输数字信号必须采用频带传输技术， 即由高频载波信号来载荷数字信号，这就 是数字调制。
另外在实际相移键控调制方式中，为了降低已调信号的峰平比， 又引入了偏移QPSK(OQPSK)、π/4-DQPSK、正交复四相移键 控CQPSK，以及混合相移键控HPSK等等。
• 在二进制调制之中，为了彻底消除由于相位跃变带来的峰平比 增加和频带扩展，又引入了有记忆的非线性连续相位调制CPM， 最小频移键控MSK，GMSK(高斯型MSK)以及平滑调频TFM等。 • 上述各类调制中仅有后一类，即CPM，MSK，GMSK和TFM属 于有记忆的非线性调制，其余各类调制均属于无记忆的线性调 制。
• 分别调制载波幅度、频率和相位的2ASK(振幅 键控)、2FSK(频移键控)和2PSK(相移键控) 调 制波形如下：
6.1.3 数字调制的分类
• 数字调制的分类如下表： 不恒定 ASK（幅度键控） 包络 QAM（正交幅度键控） MQAM（星座调制） 数 字 FSK BFSK(二进制频移键控) 调 (频移键控) MFSK(多进制频移键控) 制
1、振幅键控ASK • 2ASK向多进制发展，产生了正交振幅调制（QAM， Quadrature Amplitude Modulation）、多进制 正交振幅调制（MQAM， Mutiple QAM）。 • 由于多径传播衰落对载波幅度的影响，在1G和2G移动 通信系统中均未采用。在3G移动通信系统中采用了 MQAM，例如16QAM和64QAM。 2、频移键控FSK • 1G移动通信系统的业务和信令都采用2FSK调制方式， 由于相邻码元相位不连续，频率跳变引起较大的旁瓣功 率，频谱效率低，只能应用于低速传输系统。 • 在2FSK发展的基础上，产生了多进制频移键控 （MFSK）。例如，高斯最小频移键控（GMSK， Gauss –Minimum Shift Keying）有效地克服了2FSK 的缺点，应用在GSM和GPRS移动通信系统中。
6.1.2 数字调制基本原理 • 通常余弦波信号表示为： • s(t) = a(t)cos[w(t)+j(t)] • 其中，t是时间； a(t)是幅度；w(t)是角 频率； j(t)是相位。 • 数字调制就是用基带数字信号0和1去控 制余弦信号的幅度、角频率和/或相位的 变化。随着余弦波在无线信道里传输，基 带数字信号也传输了出去。因此，这种余 弦波被称为载波；它被基带数字信号调制 后成为调制信号。
2）抗干扰 • 调制信号频谱的主瓣窄，具有快速滚降特性， 既不易受到其他信号的干扰，对其他信号的干 扰也小。 3）提高有效性 • 当采用多进制调制时，单位频带内的数据传输 速率（bps/Hz）提高，提高了频带利用率，也 就是提高了通信系统的有效性。 • 对于具体的数字调制技术来说，除了应当具有 上述的三种基本作用而外，还应当在工程上容 易实现，峰平比性能优良。
• 上述调制中最基本的调制为2ASK、2FSK、BPSK， 后面将重点分析它们。 6.1.2 数字调制的作用 1.频谱搬移 • 数字调制的基本作用就是用数字信号调制适合在无线 信道上传输的射频载波，使其频谱向高端搬移。 • 例如，首先用基带数字信号调制一个70MHz中频载波, 然后再将调制后的中频信号频谱搬移至相应的发射频 段。
3、相移键控PSK • 开始是2PSK，在此基础上发展产生了DPSK、 QPSK( Quadrature Phase Shift Keying)、OQPSK (Offset QPSK)、π/4-QPSK。这些数字调制方式广泛 应用在3G移动通信系统中。 4、有记忆非线性连续相位调制 • 在二进制调制中，为了彻底消除相位跃变带来的峰平 比增加和频带扩展，引入了有记忆的非线性连续相位 调制(Continuous Phase Modulation, CPM)、最小 频移键控(Minimum Shift Keying，MSK)、 GMSK(高斯滤波MSK)、及平滑调频(Timed Frequency Modulation )。 GMSK应用于GSM数字 移动通信系统中。
6.1.1 数字调制相关概念
• 数字调制是将数字基带信号与正弦(或余弦)载波信号相乘 调制成为中心频率很高的频带信号。其基本原理是用数字 基带信号0和1去控制载波的一个参量。若控制载波的幅度， 称为振幅键控ASK；若控制载波的频率，称为频移键控 FSK；若控制载波的相位，称为相移键控PSK，若同时控 制载波的幅度和相位两个参量，称为幅度相位调制，又称 为正交幅度调制QAM。 • 由一位二进制0和1对载波进行的数字调制，有时候叫做二 进制调制；由多位0和1组成的二进制序列对载波进行的数 字调制，也可叫做多进制调制，例如：MASK、MFSK、 MPSK和MQAM调制。 • 在实际的相移键控方式中，为了克服在接收端产生的相位 模糊度，往往将绝对相移改为相对相移DPSK以及DQPSK。
• 典型的扩频通信系统方框图如下。 • 我们在前面已经学习了信源编码、扩频加扰部分， 下面继续学习数字调制。 • 扩频信号是数字信号，是不能直接上无线信道传输 的。必须将数字信号调制到正弦或余弦模拟信号上 才能上无线信道传输。
第6章 数字调制技术
6.1 关于数字调制的概念
• 下图表明了一个两电位数字信号序列经过短短几十米 双绞线传输后的衰减情况。
恒定 包络
BPSK(二相相移键控) PSK DPSK(差分二相相移键控) (相移键控) QPSK(正交(四相)相移键控) MPSK(多进制相移键控)
CPM (连续相位调制)
OQPSK(偏 移QPSK) p/4QPSK DQPSK(差 分QPSK)
MSK(最小频移键控) GMSK(高斯滤波MSK) TFM(平滑调频)