gmsk系統(tǒng)仿真解析

gmsk系統(tǒng)仿真解析gmsk系統(tǒng)仿真解析gmsk系統(tǒng)仿真解析gmsk系統(tǒng)仿真解析編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話(huà)：傳真:郵編: 目錄 第1章緒論 1第2章GMSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng) 1GMSK系統(tǒng)的介紹 2GMSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 3GMSK調(diào)制原理 3GMSK解調(diào)原理 3第3章GMSK系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 4GMSK系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì) 4信號(hào)發(fā)生模塊 4調(diào)制與解調(diào)模塊 5波形觀察模塊 8GMSK系統(tǒng)結(jié)果分析 11GMSK調(diào)制與解調(diào)波形 11GMSK調(diào)制信號(hào)眼圖 15第4章總結(jié) 17參考文獻(xiàn) 18第1章緒論GMSK系統(tǒng)讓基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)高斯濾波器濾波，使基帶信號(hào)形成高斯脈沖，之后進(jìn)行MSK調(diào)制。由于濾波形成的高斯脈沖包絡(luò)無(wú)陡峭的邊沿，亦無(wú)拐點(diǎn)，所以經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到平滑，它把MSK信號(hào)的相位路徑的尖角平滑掉了，因此頻譜特性?xún)?yōu)于MSK和FSK。GMSK已確定為歐洲新一代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式。本課程設(shè)計(jì)主要研究高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，同時(shí)仿真結(jié)果驗(yàn)證了其正確性。課程設(shè)計(jì)中先介紹GMSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的原理，然后在Matlab的Simulink中逐個(gè)實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生模塊、調(diào)制與解調(diào)模塊、誤碼率計(jì)算模塊和波形觀察模塊的建立。然后通過(guò)Simulink建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)調(diào)試。最后通過(guò)對(duì)GMSK系統(tǒng)調(diào)制、解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖、眼圖的分析驗(yàn)證了GMSK系統(tǒng)良好的性能。第2章GMSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)GMSK系統(tǒng)的介紹高斯濾波最小頻移鍵控（GaussianFilteredMinimumShiftKeying-GMSK）調(diào)制技術(shù)是從MSK調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)字調(diào)制方式，其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流送交頻率調(diào)制器前先通過(guò)一個(gè)Gauss濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波，以減小兩個(gè)不同頻率的載波切換時(shí)的跳變能量，使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)頻道間距可以變得更緊密。由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號(hào)在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過(guò)濾，因此GSMK調(diào)制的信號(hào)頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛使用，如現(xiàn)在廣泛使用的GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移動(dòng)通信體制就是使用GMSK調(diào)制方式。GMSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理GMSK系統(tǒng)主要由信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)調(diào)制模塊、信道、信號(hào)解調(diào)模塊、誤碼率計(jì)算模塊組成。在圖形觀察方面還包含頻譜儀、示波器和眼圖繪制模塊。本系統(tǒng)由信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列，再經(jīng)過(guò)調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，之后便將調(diào)制信號(hào)送入信道，經(jīng)過(guò)解調(diào)器解調(diào)得到解調(diào)信號(hào)。為計(jì)算系統(tǒng)誤碼率，則在調(diào)制器后加一誤碼率計(jì)算模塊，計(jì)算誤碼率。GMSK系統(tǒng)原理框圖如圖所示：高斯信道信號(hào)調(diào)制模塊信號(hào)產(chǎn)生模塊高斯信道信號(hào)調(diào)制模塊信號(hào)產(chǎn)生模塊頻譜儀信號(hào)解調(diào)模塊示波器頻譜儀信號(hào)解調(diào)模塊示波器圖GMSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)原理框圖在設(shè)計(jì)中，選用貝努力二進(jìn)制序列產(chǎn)生器來(lái)產(chǎn)生器（BernoulliBinaryGenerator）產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列，將序列送入GMSK基帶調(diào)制器模塊（GMSKModulatorBaseband）中得到已調(diào)信號(hào)，再將已調(diào)信號(hào)送入一個(gè)加性高斯白噪聲信道。解調(diào)階段則將通過(guò)加性高斯白噪聲信道的信號(hào)輸入GMSK基帶解調(diào)器模塊（GMSKDemodulatorBaseband）中。然后用示波器觀察解調(diào)波形并與源信號(hào)波形進(jìn)行比較。因?yàn)橐颜{(diào)信號(hào)是一復(fù)合信號(hào)，所以要用complextoMagnitude-Angle模塊，再用示波器分別觀察其幅度與相角。另外還用頻譜儀觀察了已調(diào)信號(hào)的頻譜。GMSK調(diào)制原理調(diào)制原理圖如圖所示，圖中濾波器是高斯低通濾波器，它的輸出直接對(duì)VCO進(jìn)行調(diào)制，以保持已調(diào)包絡(luò)恒定和相位連續(xù)。已調(diào)信號(hào)頻率調(diào)制器已調(diào)信號(hào)頻率調(diào)制器（VOC）高斯低通濾波器發(fā)出信號(hào) 發(fā)出信號(hào)圖GMSK調(diào)制原理圖為了使輸出頻譜密集，前段濾波器必須具有以下待性：1.窄帶和尖銳的截止特性，以抑制FM調(diào)制器輸入信號(hào)中的高頻分量；2.脈沖響應(yīng)過(guò)沖量小，以防止FM調(diào)制器瞬時(shí)頻偏過(guò)大；3.保持濾波器輸出脈沖響應(yīng)曲線(xiàn)下的面積對(duì)應(yīng)pi/2的相移。以使調(diào)制指數(shù)為。前置濾波器以高斯型最能滿(mǎn)足上述條件，這也是高斯濾波器最小移頻鍵控(GMSK)的由來(lái)。GMSK解調(diào)原理GMSK本是MSK的一種，而MSK又是是FSK的一種，因此，GMSK檢波也可以采用FSK檢波器，即包絡(luò)檢波及同步檢波。而GMSK還可以采用時(shí)延檢波，但每種檢波器的誤碼率不同。GMSK非相干解調(diào)原理圖如圖，圖中是采用FM鑒頻器（斜率鑒頻器或相位鑒頻器）再加判別電路，實(shí)現(xiàn)GMSK數(shù)據(jù)的解調(diào)輸出。限幅器判決器鑒頻器帶通濾波器GMSK信號(hào)限幅器判決器鑒頻器帶通濾波器GMSK信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)圖GMSK解調(diào)原理圖如圖為GMSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的SimuLink仿真模型，整個(gè)系統(tǒng)主要包括五大模塊：隨機(jī)信號(hào)發(fā)生模塊、GMSK調(diào)制模塊、信道、GMSK解調(diào)模塊、頻譜儀觀察模塊。所選庫(kù)模塊模型如圖中所示。圖系統(tǒng)SimuLink仿真模型圖第3章GMSK系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)與結(jié)果分析GMSK系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生模塊因?yàn)镚MSK信號(hào)只需滿(mǎn)足非歸零數(shù)字信號(hào)即可，本設(shè)計(jì)中選用（BernoulliBinaryGenerator）來(lái)產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列作為輸入信號(hào)。該模塊的參數(shù)設(shè)計(jì)這只主要包括以下幾個(gè)。其中probabilityofazero設(shè)置為表示產(chǎn)生的二進(jìn)制序列中0出現(xiàn)的概率為；Initialseed為61表示隨機(jī)數(shù)種子為61；sampletime為表示抽樣時(shí)間即每個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間為。當(dāng)仿真時(shí)間固定時(shí)，可以通過(guò)改變sampletime參數(shù)來(lái)改變碼元個(gè)數(shù)。例如仿真時(shí)間為10s，若sampletime為1/1000，則碼元個(gè)數(shù)為10000。圖信號(hào)發(fā)生模塊參數(shù)設(shè)置調(diào)制與解調(diào)模塊圖GMSK調(diào)制解調(diào)模塊GMSKModulatorBaseband為GMSK基帶調(diào)制模塊，其inputtype參數(shù)設(shè)為Bit表示表示模塊的輸入信號(hào)時(shí)二進(jìn)制信號(hào)（0或1）。BTproduct為表示帶寬和碼元寬度的乘積。其中B是高斯低通濾波器的歸一化3dB帶寬，T是碼元長(zhǎng)度。當(dāng)B·T=∞時(shí)，GMSK調(diào)制信號(hào)就變成MSK調(diào)制信號(hào)。BT=是GSM采用的調(diào)制方式。Plushlength則是脈沖長(zhǎng)度即GMSK調(diào)制器中高斯低通濾波器的周期，設(shè)為4。Symbolprehistory表示GMSK調(diào)制器在仿真開(kāi)始前的輸入符號(hào)，設(shè)為1。Phaseoffset設(shè)為0，表示GMSK基帶調(diào)制信號(hào)的初始相位為0。Samplepersymbol為1表示每一個(gè)輸入符號(hào)對(duì)應(yīng)的GMSK調(diào)制器產(chǎn)生的輸出信號(hào)的抽樣點(diǎn)數(shù)為1。AWGNChannel為加性高斯白噪聲模塊，高斯白噪聲信道的Mode參數(shù)（操作模式）設(shè)置為Signaltonoise(SNR),表示信道模塊是根據(jù)信噪比SNR確定高斯白噪聲的功率，這時(shí)需要確定兩個(gè)參數(shù)：信噪比和周期。GMSKDemodulatorBaseband是GMSK基帶解調(diào)器。其前六項(xiàng)參數(shù)與GMSK調(diào)制器相同，并設(shè)置的值也相同。最后一項(xiàng)為回溯長(zhǎng)度TracebackLength,設(shè)為變量7。圖調(diào)制模塊參數(shù)設(shè)置圖信道模塊參數(shù)設(shè)置圖解調(diào)模塊參數(shù)設(shè)置波形觀察模塊調(diào)制、解調(diào)信號(hào)觀察模塊如圖所示：圖調(diào)制信號(hào)觀察模塊因?yàn)镚MSK調(diào)制信號(hào)是一個(gè)復(fù)合信號(hào)，所以只用示波器（Scope）無(wú)法觀察到調(diào)制波形，所以在調(diào)制信號(hào)和示波器間加一轉(zhuǎn)換模塊Complextomagnitude-angle將調(diào)制信號(hào)分別在幅度和相角兩方面來(lái)觀察。將Complextomagnitude-angleoutput的output參數(shù)設(shè)為magnitudeandangle,表示同時(shí)輸出調(diào)制信號(hào)的幅度和相角。示波器scope1的numberofaxes為2表明有縱坐標(biāo)個(gè)數(shù)為2；timerange表示時(shí)間軸的顯示范圍，設(shè)為auto,表示時(shí)間軸的顯示范圍為整個(gè)仿真時(shí)間段。TickTabels設(shè)為bottomaxisonly時(shí)，只顯示各個(gè)縱坐標(biāo)以及最下面的橫坐標(biāo)的標(biāo)簽。 圖調(diào)制信號(hào)波形觀察模塊參數(shù)設(shè)置調(diào)制信號(hào)頻譜觀察模塊如圖所示：圖GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜觀察模塊設(shè)置了坐標(biāo)Y的范圍為0到10。圖調(diào)制信號(hào)頻譜觀察模塊參數(shù)設(shè)置眼圖觀察模塊如圖所示：圖眼圖觀察模塊圖眼圖觀察模塊參數(shù)設(shè)置GMSK系統(tǒng)結(jié)果分析GMSK調(diào)制與解調(diào)波形圖調(diào)制信號(hào)幅度與相角波形由于調(diào)制信號(hào)時(shí)一個(gè)復(fù)合信號(hào)，不能直接由示波器觀察，通過(guò)一complextomagnitude-angle模塊將調(diào)制信號(hào)分為幅度和相角兩個(gè)變量來(lái)觀察。通過(guò)幅度的波形（上）和相角波形（下）驗(yàn)證了GMSK的幅度不變，由相角波形來(lái)看，相角連續(xù)，與理論符合。圖GMSK基帶信號(hào)與解調(diào)信號(hào)由圖中基帶信號(hào)（上）與解調(diào)信號(hào)波形（下）比較可得，其由起始碼元到最后一個(gè)碼元，發(fā)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)波形從第四個(gè)碼元開(kāi)始與基帶信號(hào)完全符合，說(shuō)明系統(tǒng)的調(diào)制性能較好，基本實(shí)現(xiàn)了解調(diào)的目的——將調(diào)制信號(hào)還原為基帶信號(hào)。圖BT=的GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜由圖可知，除了頂端稍顯尖銳和不夠圓滑，實(shí)驗(yàn)所得頻譜圖的主瓣與理論頻譜近似。GMSK調(diào)制信號(hào)眼圖圖BT=分析：由圖中混亂的線(xiàn)條可知，BT=時(shí)，眼圖“眼睛”睜開(kāi)較大，但存在過(guò)零點(diǎn)失真，存在碼間串?dāng)_。圖BT=的眼圖

分析：圖和圖相比，圖更為清晰，眼睛的睜大程度也更大，且眼圖端正，說(shuō)明碼間串?dāng)_較小。綜上所述，BT值越小，碼間串?dāng)_越大，這也是GMSK系統(tǒng)的缺陷。第4章總結(jié)我們?cè)跇?gòu)建數(shù)字通信系統(tǒng)的模型后，利用計(jì)算機(jī)仿真作為分析手段，對(duì)在不同的通信環(huán)境下設(shè)計(jì)方案的誤碼性能進(jìn)行定量分析，用來(lái)對(duì)各調(diào)制，解調(diào)方案性能進(jìn)行評(píng)估。對(duì)GMSK良好的性能有了更感性的認(rèn)識(shí)。第一星期內(nèi)，注意進(jìn)行了資料查詢(xún)及建模任務(wù)。先將各模塊參數(shù)設(shè)為常數(shù)。對(duì)調(diào)制解調(diào)波形進(jìn)行觀察，分析實(shí)際波形和理論波形間的差距以及產(chǎn)生誤差的原因。依次采用分布進(jìn)行的方式，逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需各個(gè)功能。調(diào)試過(guò)程采用的也是相同的方法。每搭建一個(gè)功能模塊就先進(jìn)行仿真，調(diào)試待得到滿(mǎn)意結(jié)果后再進(jìn)行下一個(gè)功能模塊的搭建和調(diào)試。并在不斷出現(xiàn)錯(cuò)誤的過(guò)程中