1.2 BPSK 简介

1.2.1 BPSK的概念及分类

BPSK (Binary Phase Shift Keying)，把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏

离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。

移相键控分为绝对移相和相对移相两种。以未调载波的相位作为基准的相位调制叫作绝对移相。

以二进制调相为例，取码元为“1”时，调制后载波与未调载波同相；取码元为“0”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180°。

1.3 BPSK信号的产生

就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此BPSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。

BPSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。

BPSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。

由于BPSK信号实际上是以一个固定初相的未调载波为参考的，因此，解调时必须有与此同频同相的同步载波。如果同步载波的相位发生变化，如0相位变为π相位或π相位变为0相位，则恢复的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”，从而造成错误的恢复。这种因为本地参考载波倒相，而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒π”现象或“反向工作”现象。绝对移相的主要缺点是容易产生相位模糊，造成反向工作。这也是它实际应用较少的主要原因。

1.4 BPSK调制

1.4.1 调制的概念

调制（modulation)就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息

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的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。 1.4.2 调制的种类

调制的种类很多，分类方法也不一致。按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制(如对非相干光调制)等。调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。脉冲调制也可以按类似的方法分类。此外还有复合调制和多重调制等。不同的调制方式有不同的特点和性能。

1.4.3 调制的作用

调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信 号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。 1.4.4 调制方式

在通信中，我们常常采用的调制方式有以下几种：

1、模拟调制：用连续变化的信号去调制一个高频正弦波，主要有：

1) 幅度调制（调幅AM、双边带DSB、单边带SSB、残留边带VSB以及独立边带ISB）； 2) 角度调制（调频FM，调相PM）两种。因为相位的变化率就是频率，所以调相波和调频波是密切相关的；

2、数字调制：用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过称成为数字调制，主要有：

1) 振幅键控ASK； 2) 频率键控FSK； 3) 相位键控PSK；

3、脉冲调制：用脉冲序列作为载波，主要有：

1) 脉冲幅度调制（PAM：Pulse Amplitude Modulation）。 2) 脉宽调制（PDM：Pulse Duration Modulation）。 3) 脉位调制（PPM：Pulse Position Modulation）。

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1.4.5 BPSK的调制原理

二进制移相键控是用二进制数字信号0和1去控制载波的两个相位0和π的方法。在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制1和0。因此，2PSK信号的时域表达式为：

e2PSK(t)?Acos(?ct??n) ⑶

式中，?n表示第n个符号的绝对相位：

⑷ ?n??1”时??,发送“因此，上式可以改写为

0”时?0，发送“?Acos?ct,概率为P ⑸ e2PSK(t)????Acos?ct,概率为1?P由于两种码元的波形相同，极性相反，故BPSK信号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的相乘：

e2PSK(t)?s?t?cos?ct ⑹

式中

s(t)??ang(t?nTs) ⑺

n这里s(t)为双极性全占空(非归零)矩形脉冲序列，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性：

概率为P?1, an?? ⑻

??1,概率为1?P

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图1.4.5 BPSK信号的波形示例

1.5 BPSK的解调

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采用相干解调法来解调信号。

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，再进行抽样判决，判决器是按极性进行判决，得到最终的二进制信息。具体波形如下图：

图1.5 BPSK各点时间波形

1.6 高斯噪声

1.6.1 高斯白噪声

高斯白噪声：如果一个噪声，它的幅度分布服从高斯分布，而它的功率谱密度又是均匀分布的，则称它为高斯白噪声。热噪声和散粒噪声是高斯白噪声。所谓高斯白噪声中的高斯是指概率分布是正态函数，而白噪声是指它的二阶矩不相关，一阶矩为常数，是指先后信号在时间上的相关性。这是考查一个信号的两个不同方面的问题。

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二、设计思路

2.1系统总体设计

2.1.1总体的系统设计方案如图2.1.1所示：

产生数字基带信号

BPSK调制 加入高斯白噪声 BPSK解调 计算误码率

图2.1.1 系统方案图

BPSK(Binary Phase Shift Keying)是二进制相移键控，它是一种相位调制算法。相位调制

（调相）是频率调制（调频）的一种演变，载波的相位被调整用于把数字信息的比特编码到每一词相位改变（相移）。

数字带通传输中一般利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控分别可以获得振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。

就总体而言，信道应看作一个线性系统，满足线性叠加原理。信号在信道中传输，存在衰耗和时延，信道中总是存在噪声，信号在实际信道中传输，将会产生失真，任何信道都有一定的频率带宽，信道不可能传送功率无限大的信号。

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