GNU Radio系列教程(八):初级篇之GNU Radio GRC BPSK调制解调

本文是在“GNU Radio系列教程(七):初级篇之GNU Radio GRC PSK调制解调”的基础上,给出BPSK调制解调的实例。BPSK与QPSK的主要区别在于每个符号的比特位数,QPSK是一个符号2个比特,BPSK是一个符号1个比特。

需要具备的基础知识:

(1)GNU Radio系列教程(二):初级篇之GNU Radio介绍

(2)GNU Radio系列教程(六):初级篇之GNU Radio GRC 硬件使用实例之信号频谱分析

(3)GNU Radio系列教程(七):初级篇之GNU Radio GRC PSK调制解调

目录

一、发射一个BPSK信号

二、加上信道仿真

三、时钟恢复

四、多径效应消除

五、相位矫正和频率微调

六、解码

七、有用链接


一、发射一个BPSK信号

下图与生成QPSK信号的最

在进行BPSK调制解调实验时,GNU Radio提供了一种灵活的软件定义无线电(SDR)实现方式。通过GNU Radio Companion(GRC),可以快速搭建基于模块化的流程图来完成信号处理任务。以下是关于如何使用GNU Radio实现BPSK调制解调的详细说明。 ### BPSK调制的基本原理 BPSK(Binary Phase Shift Keying)是一种相位调制技术,其中每个符号携带1个比特的信息。发送端将二进制数据映射为两个不同的相位状态:0° 和 180°,分别表示逻辑“0”和“1”。调制过程通常包括以下步骤: 1. **数据源生成**:生成伪随机二进制序列作为输入数据。 2. **差分编码**(可选):用于防止相位模糊问题。 3. **星座映射**:将二进制数据转换为复数信号点,例如“0”对应 +1,“1”对应 -1。 4. **脉冲成形滤波器**:减少码间干扰(ISI),常用的是升余弦滤波器(RRC)。 5. **载波调制**:将基带信号上变频到指定频率。 ### GNU RadioBPSK调制的实现方法 在GNU Radio Companion中构建一个简单的BPSK调制系统,可以按照以下步骤操作: #### 调制部分 - 使用 **Random Source** 模块生成二进制数据流(byte类型)。 - 将数据送入 **Unpacked to Packed** 模块,将其打包为字节格式。 - 接下来,使用 **Constellation Modulator** 模块,选择 BPSK 星座图(可自定义)。也可以直接使用 **PSK Mod** 模块并设置 M=2 来实现 BPSK。 - 添加 **Rational Resampler** 或 **Repeat** 模块以增加每个符号的采样点数,便于后续滤波。 - 插入 **Low Pass Filter** 或 **Root Raised Cosine Filter** 进行脉冲成形。 - 最后使用 **Throttle** 模块控制数据速率,并连接到 **QT GUI Time Sink / FFT Sink** 查看时域或频域输出。 ```python # 示例代码片段(Python) from gnuradio import blocks, digital, filter bpsk_mod = digital.constellation_modulator_bc( constellation=digital.constellation_bpsk(), differential=False ) ``` #### 解调部分 - 接收端首先需要进行匹配滤波,使用与发送端相同的根升余弦滤波器。 - 然后通过 **Costas Loop** 或 **Clock Recovery MM** 模块恢复载波和时钟同步。 - 使用 **Constellation Demodulator** 或 **PSK Demod** 模块进行解调。 - 可视化解调后的数据,并与原始数据对比验证误码率(BER)性能。 ```python bpsk_demod = digital.constellation_decoder_cb( constellation=digital.constellation_bpsk() ) ``` ### 参数设置建议 - **Symbol Rate**:根据实际通信需求设定波特率,如1 kbaud、10 kbaud等。 - **Sample per Symbol (sps)**:一般设为4或更高的整数倍,以满足奈奎斯特定理要求。 - **Filter Taps**:使用 `firdes.root_raised_cosine()` 函数设计根升余弦滤波器系数。 - **Noise Level**:测试系统抗噪能力时,可添加 **Add Noise** 模块模拟信道噪声。 ### 实验注意事项 - 在仿真环境中应确保所有模块的采样率一致,避免出现采样率不匹配导致的错误。 - 同步是关键环节,尤其是载波同步和定时同步,若未正确实现将严重影响解调性能。 - 可以使用 **QT GUI Scope Sink** 观察眼图,判断是否成功消除 ISI 干扰。 ---
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