经典重学：BPSK调制解调器系列文章
- 作者优秀
- 优秀教师/博士学历/特邀专家/独家讲师
- 平台推荐
- 内容稀缺
本文摘要：（由ai生成）
本文介绍了BPSK调制解调器的MATLAB编程教学，强调通信基础知识的重要性。作者分享了编程示例，鼓励通过实践理解通信原理，并讨论了AI在工科领域的应用。作者还提及了持续学习和提问的重要性，并承诺更新系列文章以助掌握通信知识。最后，文章包含傅里叶变换教学内容，展示了MATLAB中实现信号频谱分析的方法。
很多年写了一篇关于BPSK调制解调器的教学文章，传阅者过万，好评如潮。标题中的经典二字为自评，相对而言，自视为鼓励。然后慢慢的形成了系列。大约八年之后，再次写作此文，只为能帮助更多的人，尤其是初学通信知识的人，还有那些为考研奋战的学子们。这次写的文章简介，不仅有文字，有代码，还会加入讲解视频，这所作的一切就是让大家更加容易的把握通信知识。一起肯下通信专业道路上最开始啃也是难啃和最值得啃的大骨头—通信仿真！
为什么要写这个话题？自认为最满意的答案是：这是我们通信专业的基础，也是我们学习通信内容的基石中最厚重的一块。唯有掌握透彻，才能不断往上构建通信高层建筑！在二十多年的学习工作过程中，我深刻体会到基础知识对于科研的重要性。将基础知识真正地搞透，会让我们后续的科研提速，所以学习本系列会有着事半功倍的效果。网上这类文章太少了，要么是纯理论仿真，要么是知识点割裂的讲。于是我就花了两年时间将这个系列写全了，理论结合实践，文章中还穿插各种工程实践。如果大家付费阅读了，请务必仔细学习本文的所有内容。写出好文章不是一件容易的事，也请大家珍惜，建议收藏。2024年2月26日，考研成绩公布。我的学生考的不理想，我也跟着神伤，希望这篇文章能够给学《通信原理》的学生们带来一些启发！本文需要付费五毛才能阅读完整，这样设置的目的只是希望文章不能被复 制，敬请谅解！
写作是困难时期的自我救赎。当年本人生病的时候，确实曾思考下半辈子该怎么活？生病也许会让自己失去工作，但不能让自己失去活下去的勇气。于是在那个手和脑不听使唤的特殊时期，我的写作却变得更加的勤奋。磨难也许会让人变的坚强！小时候就有写日记的习惯，坚持了很多年。等到工作了以后，就将工作内容和生活佚事一起记录了下来。待到离职时，已经累积了厚厚的五本笔记，记载了十多年的工作经历和人生故事。正因为有这个习惯，所以工作过程中所写的代码和文档都会事无巨细地保留了下来，同时使得程序中的注释非常的齐全，文档的内容也非常的完备。这就为我以后回归校园专注于传播知识打下了坚实的基础。有了这些存粮，我的店铺开张起来就会货源充足，一开就是七年。在公 众 号里面已经展示了程序和工程文档，后续还会逐渐增加公开频次。我和写作有一种神圣关系，我的写作是在履行某种义务。索尔仁尼琴的这句话一直在激励我。经典知识可以重学，还需要反复重学。在对经典文章回味的同时，依旧可以发现新的知识点。笔者力求将知识点讲得更加深入浅出，致力于让电子、通信领域的工科学子们更加快速和通透的掌握基础理论，助力后续的科研学习过程。科研兴国！掌握基础知识十分重要，这也是笔者的教学重点，也是自己的学习经验。不好高骛远是我教学的宗旨，教学中的务实态度使得我对基础知识的讲解层次不断提升，再结合自身的工作经验，自认可以讲透BPSK调制解调器！一起来学习专业内容吧！浓缩的都是精华！一篇文章就可以让你对《通信原理》不再抗拒！本文长达两万多字，如果大家仔细读完全部内容，肯定受益匪浅！在教学过程中，本人就是依据这幅图逐步的展开讲解通信知识的，讲解过程中把其中涉及的模块的功能在不断地细化，然后就形成了一系列课程。这些框图来自于樊老的《通信原理》，也是很多学校的教材。要想搞懂调制解调器就得从这个入手！要学的通透，就要看这个模型的仿真程序！哪里找？2024年1月，和学生在考研后进行了长时间交流。交流什么？学习方法！专业课的知识点可以考的非常灵活，不能指望靠背题目过关！我所教的学生中普遍存在“死学”的现象，硬是把工科学习变成了文科学习，危害无穷！这种学生即使考上研究生，也不会走入研究之路！这是我在课堂上一直告诫的！可惜的是听进去的同学很少很好！好在有互联网让我的知识可以传承，我要学习陈志新老师！不忘初衷，后续还会增加或者更新文章。数字信号要想在信道中传输，必须在发射机的基带部分进行脉冲成形，将数字信号转换成脉冲信号；脉冲信号到达接收机后，在基带部分进行采样判决，将数字信号恢复出来。脉冲成型的作用主要有两个，一个是形成带限信号，还有一个就是实现无 码间干扰的传输。后者理解起来会有些难度，至少当年我学的时候就有很多困惑。这是通信知识中的难点！本系列文章从PSK调制方式讲起，这是本人的精心安排。在上个世纪的2G时代，移动通信系统用的是GMSK调制方式（后续会详细讲解这类调制技术）。当要实现高速数据传输的时候。系统采用了8PSK。然后到了3G的时候开始转向了QAM。随着卫星通信的发展，PSK调制方式必然再次进入大家的视野。最近华为手机的卫星通信功能让大家眼前一亮，这遥遥领先的背后支撑就是PSK调制解调技术。QAM调制方式现在是地面移动通信的主流，这方面的知识也离不开PSK调制方式，因为它是PSK和ASK的结合体。所以我决定从PSK调制方式开始讲起。写这样的文章是为力求让大家能够通过理解程序读懂半本《通信原理》。付费方式的文章必然会有干货，不然会被大家骂。作为一个知识分子。不可能只是为了钱而写文章，还要为名，一个传播知识的工程师之名。如果你想让我到这个资格，那就请你读完文章后，在文章的下面写出留言，对我推荐的文章点评一番，教学相长。有了初步的通信系统概念，我们就一起看看框图中的调制和解调该如何完成。这部分内容可以组成最简通信系统，写出这样的系统程序就能涵盖大部分《通信原理》的知识。一些非常重要的知识点，比如信噪比、比特信噪比、等效换算、采样定理、滚降成型滤波器、匹配滤波、最佳采样、误码率性能等，都将在程序中一一涉及。通过程序来消化这些知识点，会有直观的感受，理解后会恍然大悟，再做题就会有解题思路。原来这个概念应该这么用！！！现在就开始进行详细讲解。本人在仿真秀网站上有一个系列课程，专门讲解通信系统仿真，很多读者给予了很高的评价。精心打造数年的通信专业课程！这种课程和讲解方式结合了实际工作中的需要，不再单纯是依靠书本中的知识进行加，所以它是承接本科学习和研究生学习的桥梁。我为此付出了很多努力。当初在编排这个课程的时候，确实想告诉大家，工科需要实践，想学好工科更需要多多实践，纯理论的学习无益于后续考研能力的发展。在公 众 号“通信工程师专辑”里，这个系列沿着由简到难的脉络写，不断的添加和实际环境相契合的模块，使得程序涉及的知识点逐渐增加，这样的学习让人不至于一开始就对通信产生恐惧。提问：用MATLAB编写BPSK调制解调器程序，含有载波！回答：在MATLAB中编写一个包含载波的BPSK（二进制相移键控）调制解调程序，你需要执行以下步骤：1. 生成随机比特流：首先，你需要生成一个随机的二进制数据流，这将是我们调制到载波上的信号。2. BPSK调制：根据比特流的值，改变载波的相位。对于BPSK，如果比特为0，相位不变（比如0弧度）；如果比特为1，相位变化180度（比如π弧度）。3. 添加高斯白噪声：在传输过程中，信号可能会受到噪声的影响。为了模拟这种情况，可以在调制后的信号上添加高斯白噪声。4. 信号在信道中传输：这里我们假设信号已经通过一个理想的信道传输。5. BPSK解调：在接收端，通过比较接收信号与原始载波的相位差来判断原始比特是0还是1。6. 性能评估：最后，可以通过比较解调后的比特流与原始比特流来评估系统的性能，例如计算误码率。以下是一个简单的MATLAB代码示例，实现了上述BPSK调制解调过程：data = randi([0 1], 1, N);basebandSignal = cos(2*pi*载波频率*t);modulatedSignal = basebandSignal .* (2*data - 1);noise = (1/snr) * (randn(size(modulatedSignal)) + 1j*randn(size(modulatedSignal)));modulatedSignalNoisy = modulatedSignal + noise;% 信号传输（这里我们假设信号已经通过一个理想的信道传输）receivedData = real(acos(modulatedSignalNoisy./basebandSignal));decisions = (receivedData > pi/4) + 1;[~, ber] = biterr(data, decisions);fprintf('误码率为: %f\n', ber);plot(t, real(modulatedSignal));plot(t, real(modulatedSignalNoisy));这段代码首先生成了一个随机的二进制数据流，然后通过改变载波的相位进行BPSK调制。接着，向调制后的信号中添加了高斯白噪声，模拟信号在传输过程中受到的干扰。最后，通过解调过程恢复原始的比特流，并计算了误码率。同时，代码还绘制了调制信号和带噪声的调制信号的图形，以便于观察信号的变化。点评：程序不靠谱，文字总结明显是堆积，但效果远好于程序！程序能用吗？请看下面的视频！不过下面这篇文章的代码是基本可用的，你会发现代码和本人写的相似度很高啊，可惜的是滤波器用错了！抄袭在互联网上是杜绝不了的，唯有靠自己不断的努力才能保持领先！大家可以将本代码和下面的第二篇中的代码比对一下就清楚了。为何又说是基本可用的呢？因为还是有错误的！问题出在rcosdesign的使用上！
学习过程中可以留言提问！我肯定会解答！这种互动会带动你思考！主动学习的效果是最好的！我也在课堂上严格要求大家学习，但效果甚微，甚至引起学生的方案！但我能怎么办？学生们不学，受伤的是家长和自己。我只是受很小的伤，所以我依旧在坚持！再来看看ChatGPT的答题能力。2024年4月，本人开始正式使用ChatGPT3.5。filename = 'your_file.txt'; % 替换成你的文件名data = load(filename); % 假设数据是以文本形式存储的，如果是其他格式，请相应修改读取方法% 假设数据是一维的，如果是二维数据，需要根据实际情况进行调整signal = data(:, 1); % 假设第一列是信号数据Fs = 1000; % 采样频率，根据实际情况修改L = length(signal); % 信号长度Y = fft(signal); % 进行傅里叶变换P1 = P2(1:L/2+1); % 仅取正频率部分P1(2:end-1) = 2*P1(2:end-1); % 偶数倍频部分需乘以2f = Fs*(0:(L/2))/L; % 构建频率向量% 如果你希望查看双边频谱，可以使用以下代码绘制：% f = Fs*(-L/2:(L/2)-1)/L; % 构建频率向量请确保替换文件名 'your_file.txt' 为你实际的文件名，并根据你的数据格式进行相应的调整。此代码假设文件中的数据是一维的，如果数据是二维的，你需要根据文件中的数据结构进行适当的更改。此外，采样频率 Fs 也需要根据实际情况进行调整。- 解释傅里叶变换的基本概念，包括将信号分解为频谱成分的过程。
2. 傅里叶变换在 MATLAB 中的应用（10分钟）- 介绍 MATLAB 中的
fft 函数，以及如何使用它进行傅里叶变换。 - 演示如何使用
fft 函数对一个简单的信号进行傅里叶变换，并绘制其频谱图。
- 指导学生如何使用 MATLAB 读取包含信号数据的文件。
- 学生在自己的计算机上尝试读取文件并进行傅里叶变换，解决可能出现的问题。
- 探讨频谱图在信号处理和频域分析中的应用，例如频率成分的识别和滤波器设计等。
- 学生根据提供的文本文件，自行读取数据并进行傅里叶变换。
- 学生分享他们的实践经验和遇到的问题，并与其他同学讨论解决方案。
- 要求学生在家中使用 MATLAB 进行更多的练习，尝试使用不同的信号数据进行傅里叶变换，并理解其频谱图的特征。
baseband_signal = zeros(1,length(t)*N); baseband_signal((i-1)*length(t)+1:i*length(t)) = data(i)*cos(2*pi*fc*t);power_signal = mean(baseband_signal.^2);power_noise = power_signal / SNR;noise = sqrt(power_noise) * randn(1,length(baseband_signal));received_signal = baseband_signal + noise;demodulated_data = zeros(1,N); demodulated_data(i) = sign(sum(received_signal((i-1)*length(t)+1:i*length(t)) .* cos(2*pi*fc*t)));BER = sum(abs(demodulated_data - data)) / N;disp(['信噪比为 ' num2str(SNR_dB) ' dB 时，误码率为 ' num2str(BER)]);点评：回答的依旧不准确，因为解调端没有滤波器，不过从程序的完整度和契合度来看，要比国内的好用一些的！暂时在工科方面，AI还要走很长的路！暂时不用担心自己会失业！在本系列文章中，通信的实用知识点会多次出现，还做了删减和引导，让大家能够在学完本文后，建立里系统概念，了解系统涉及的多方面知识。2024年3月，准备继续增加本系列的文章，一年增加一篇，力争篇篇都是精品。难度也随之上升！后续的文章非常适合企业的研发人员阅读学习。在学校里讲解，也许绪论的内容就是全部，但这和工作所需的要求相距十万八千里。纯理论的仿真只能对书本的知识做个概括性的补充，对考研的帮助都微乎其微。滚降成型滤波器的加入是仿真程序的第一个难点。程序里面有好几个滤波器呢？怎么区分它们的作用？很多学生在本科期间没有学好数字滤波器的知识，再结合通信的应用，确实会处于“懵”的状态！好在本系列文章重点讲解这个难点，所以只要弄懂文章，自然难点不难。我有几位学生在学习这方面的知识点时会有很多疑问，这是思考的体现。好事！只要坚持学下去，肯定可以把一些难点和不懂的点都搞清楚。当初我在学的时候也有这样的情况。经过了十年，终于把那些通信里面基本的知识点都搞清楚。我想这个十年是通过不断的学习和实践才获取的解惑。我希望我的学生和看这篇文章的读者们都能有这个坚持的意义。人与人之间最大的差距是坚持，最小的差距是智商。这句话送给你我共勉。先看看学生在理论学习中会有哪些问题？最怕没问题！这意味着没有思考，至少没有深入思考！我的学生在准备“二战”了，终于开始思考了，于是公 众号文章下面的问题多了起来，这是好事。学习能力的提升离不开提问。但你如果只是在记忆知识，那哪来的问题呢？再次强调：善于提问是一种好的学习方式。众所周知，码间串扰和噪声是传输系统中的两个影响误码性能的因素！这些知识点在程序中如何体现呢？在写调制解调器程序的时候，最开始在发送端就要遇到成形滤波器！这个滤波器该如何设计呢？这涉及到课本《通信原理》的6.4章节，也会涉及课本《数字信号处理》的FIR滤波器章节。
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