gmsk系统仿真解析

目录第1章绪论........................................错误!未定义书签。第2章GMSK调制与解调系统..........................................12.1GMSK系统的介绍..............................................22.2GMSK系统的设计原理..........................................32.2.1GMSK调制原理..........................................32.2.2GMSK解调原理..........................................3第3章GMSK系统功能模块设计与结果分析..............................43.1GMSK系统的功能模块设计......................................43.1.1信号发生模块...........................................43.1.2调制与解调模块.........................................53.1.3波形观察模块...........................................83.2GMSK系统结果分析...........................................113.2.1GMSK调制与解调波形...................................113.2.2GMSK调制信号眼图.....................................15第4章总结.......................................................17参考文献..........................................................181第1章绪论GMSK系统让基带信号先经过高斯滤波器滤波，使基带信号形成高斯脉冲，之后进行MSK调制。由于滤波形成的高斯脉冲包络无陡峭的边沿，亦无拐点，所以经调制后的已调波相位路径在MSK的基础上进一步得到平滑，它把MSK信号的相位路径的尖角平滑掉了，因此频谱特性优于MSK和FSK。GMSK已确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式。本课程设计主要研究高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制与解调系统的设计与实现，同时仿真结果验证了其正确性。课程设计中先介绍GMSK调制与解调系统的原理，然后在Matlab的Simulink中逐个实现信号发生模块、调制与解调模块、误码率计算模块和波形观察模块的建立。然后通过Simulink建立系统模型进行仿真和实验调试。最后通过对GMSK系统调制、解调信号的波形、频谱图、眼图的分析验证了GMSK系统良好的性能。第2章GMSK调制与解调系统2.1GMSK系统的介绍高斯滤波最小频移键控（GaussianFilteredMinimumShiftKeying-GMSK）调制技术是从MSK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss滤波器（预调制滤波器）进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的信号频2谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移动通信体制就是使用GMSK调制方式。2.2GMSK系统的设计原理GMSK系统主要由信号产生模块、信号调制模块、信道、信号解调模块、误码率计算模块组成。在图形观察方面还包含频谱仪、示波器和眼图绘制模块。本系统由信号产生模块产生一个二进制序列，再经过调制器进行调制，之后便将调制信号送入信道，经过解调器解调得到解调信号。为计算系统误码率，则在调制器后加一误码率计算模块，计算误码率。GMSK系统原理框图如图2.1所示：图2.1GMSK调制与解调系统原理框图在设计中，选用贝努力二进制序列产生器来产生器（BernoulliBinaryGenerator）产生一个二进制序列，将序列送入GMSK基带调制器模块（GMSKModulatorBaseband）中得到已调信号，再将已调信号送入一个加性高斯白噪声信道。解调阶段则将通过加性高斯白噪声信道的信号输入GMSK基带解调器模块（GMSKDemodulatorBaseband）中。然后用示波器观察解调波形并与源信号波形进行比较。因为已调信号是一复合信号，所以要用complextoMagnitude-Angle模块，再用示波器分别观察其幅度与相角。另外还用频谱仪观察了已调信号的频谱。信号产生模块信号调制模块高斯信道信号解调模块示波器频谱仪32.2.1GMSK调制原理调制原理图如图2.2所示，图中滤波器是高斯低通滤波器，它的输出直接对VCO进行调制，以保持已调包络恒定和相位连续。图2.2GMSK调制原理图为了使输出频谱密集，前段滤波器必须具有以下待性：1.窄带和尖锐的截止特性，以抑制FM调制器输入信号中的高频分量；2.脉冲响应过冲量小，以防止FM调制器瞬时频偏过大；3.保持滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应pi/2的相移。以使调制指数为0.5。前置滤波器以高斯型最能满足上述条件，这也是高斯滤波器最小移频键控(GMSK)的由来。2.2.2GMSK解调原理GMSK本是MSK的一种，而MSK又是是FSK的一种，因此，GMSK检波也可以采用FSK检波器，即包络检波及同步检波。而GMSK还可以采用时延检波，但每种检波器的误码率不同。GMSK非相干解调原理图如图2.3，图中是采用FM鉴频器（斜率鉴频器或相位鉴频器）再加判别电路，实现GMSK数据的解调输出。图2.3GMSK解调原理图高斯低通滤波器频率调制器（VOC）已调信号发出信号GMSK信号带通滤波器限幅器鉴频器判决器数据4如图2.4为GMSK调制解调系统的SimuLink仿真模型，整个系统主要包括五大模块：随机信号发生模块、GMSK调制模块、信道、GMSK解调模块、频谱仪观察模块。所选库模块模型如图2.4中所示。图2.4系统SimuLink仿真模型图第3章GMSK系统功能模块设计与结果分析3.1GMSK系统的功能模块设计3.1.1信号发生模块因为GMSK信号只需满足非归零数字信号即可，本设计中选用（BernoulliBinaryGenerator）来产生一个二进制序列作为输入信号。该模块的参数设计这只主要包括以下几个。其中probabilityofazero设置为50.5表示产生的二进制序列中0出现的概率为0.5；Initialseed为61表示随机数种子为61；sampletime为0.001表示抽样时间即每个符号的持续时间为0.001s。当仿真时间固定时，可以通过改变sampletime参数来改变码元个数。例如仿真时间为10s，若sampletime为1/1000，则码元个数为10000。图3.1信号发生模块参数设置3.1.2调制与解调模块图3.2GMSK调制解调模块GMSKModulatorBaseband为GMSK基带调制模块，其inputtype参数设为6Bit表示表示模块的输入信号时二进制信号（0或1）。BTproduct为0.3表示带宽和码元宽度的乘积。其中B是高斯低通滤波器的归一化3dB带宽，T是码元长度。当B·T=∞时，GMSK调制信号就变成MSK调制信号。BT=0.3是GSM采用的调制方式。Plushlength则是脉冲长度即GMSK调制器中高斯低通滤波器的周期，设为4。Symbolprehistory表示GMSK调制器在仿真开始前的输入符号，设为1。Phaseoffset设为0，表示GMSK基带调制信号的初始相位为0。Samplepersymbol为1表示每一个输入符号对应的GMSK调制器产生的输出信号的抽样点数为1。AWGNChannel为加性高斯白噪声模块，高斯白噪声信道的Mode参数（操作模式）设置为Signaltonoise(SNR),表示信道模块是根据信噪比SNR确定高斯白噪声的功率，这时需要确定两个参数：信噪比和周期。GMSKDemodulatorBaseband是GMSK基带解调器。其前六项参数与GMSK调制器相同，并设置的值也相同。最后一项为回溯长度TracebackLength,设为变量7。图3.3调制模块参数设置7图3.4信道模块参数设置图3.5解调模块参数设置83.1.3波形观察模块调制、解调信号观察模块如图所示：图3.6调制信号观察模块因为GMSK调制信号是一个复合信号，所以只用示波器（Scope）无法观察到调制波形，所以在调制信号和示波器间加一转换模块Complextomagnitude-angle将调制信号分别在幅度和相角两方面来观察。将Complextomagnitude-angleoutput的output参数设为magnitudeandangle,表示同时输出调制信号的幅度和相角。示波器scope1的numberofaxes为2表明有纵坐标个数为2；timerange表示时间轴的显示范围，设为auto,表示时间轴的显示范围为整个仿真时间段。TickTabels设为bottomaxisonly时，只显示各个纵坐标以及最下面的横坐标的标签。9图3.7调制信号波形观察模块参数设置调制信号频谱观察模块如图所示：图3.8GMSK调制信号频谱观察模块设置了坐标Y的范围为0到10。10图3.9调制信号频谱观察模块参数设置眼图观察模块如图所示：图3.10眼图观察模块11图3.11眼图观察模块参数设置3.2GMSK系统结果分析3.2.1GMSK调制与解调波形12图3.12调制信号幅度与相角波形由于调制信号时一个复合信号，不能直接由示波器观察，通过一complextomagnitude-angle模块将调制信号分为幅度和相角两个变量来观察。通过幅度的波形（上）和相角波形（下）验证了GMSK的幅度不变，由相角波形来看，相角连续，与理论符合。13图3.13GMSK基带信号与解调信号由图3.2中基带信号（上）与解调信号波形（下）比较可得，其由起始码元到最后一个码元，发现调制信号波形从第四个码元开始与基带信号完全符合，说明系统的调制性能较好，基本实现了解调的目的——将调制信号还原为基带信号。14图3.14BT=0.3的GMSK调制信号频谱由图3.3可知，除了顶端稍显尖锐和不够圆滑，实验所得频谱图的主瓣与理论频谱近似。153.2.2GMSK调制信号眼图图3.15BT=0.3分析：由图中混乱的线条可知，BT=0.3时，眼图“眼睛”睁开较大，但存在过零点失真，存在码间串扰。16图3.16BT=0.7的眼图分析：图3.15和图3.16相比，图3.16更为清晰，眼睛的睁大程度也更大，且眼图端正，说明码间串扰较小。综上所述，BT值越小，码间串扰越大，这也是GMSK系统的缺陷。17第4章总结我们在构建数字通信系统的模型后，利用计算机仿真作为分析手段，对在不同的通信环境下设计方案的误码性能进行定量分析，用来对各调制，解调方案性能进行评估。对GMSK良好的性能有了更感性的认识。第一星期内，注意进行了资料查询及建模任务。先将各模块参数设为常数。对调制解调波形进行观察，分析实际波形和理论波形间的差距以及产生误差的原因。依次采用分布进行的方式，逐步实现系统所需各个功能。调试过程采用的也是相同的方法。每搭建一个功能模块就先进行仿真，调试待得到满意结果后再进行下一个功能模块的搭建和调试。并在不断出现错误的过程中学会了应用matlab的系统帮助。应用simulink进行仿真大大的减少了电路仿真的繁