基于simulink的gmsk仿真Word下载.doc
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2011-2012学年第2学期 第17周-20周
题目
内容及要求
设计要求:
(1)掌握GMSK的原理和Simulink仿真基本方法;
(2)通过SIMULINK对BT=0.3的GMSK调制解调系统进行仿真;
(3)观察调制信号和已调信号波形;
(4)改变BT参数,分析调制性能和BT参数的关系。
进度安排
17周:
查找资料,进行系统软件方案设计;
18周:
软件的分模块调试;
19周:
系统联调;
20周:
设计结果验收,报告初稿的撰写。
学生姓名:
指导时间2011.6~2011.7
指导地点:
E楼610室
任务下达
2011年6月13日
任务完成
2011年7月8日
考核方式
1.评阅□ 2.答辩□3.实际操作□ 4.其它□
指导教师
系(部)主任
付崇芳
摘要:
随着现代通信技术的发展,移动通信技术得到快速发展,许多优秀的调制技术应运而生,其中高斯最小频移键控(GMSK)技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法,它具有良好的功率谱特性和较好的抗干扰性能,特别适用于无线通信和卫星通信,目前,很多通信标准都采用了GMSK技术,例如,GSM,DECT等。
本文首先介绍了MSK的一般原理,接着对GMSK的调制原理和几种调制方法进行了阐述,然后,重点研究了GMSK的几种差分解调方法并进行了比较,最后用Matlab软件中的simulink进行仿真,结果表明GMSK具有包络恒定、相位连续、频道干扰小、误码率较低等优点。
关键词:
高斯最小频移键控;
调制;
差分解调;
Matlab;
simulink
目录
第一章设计要求 1
1.1设计内容 1
1.2设计要求 1
第二章系统的组成及设计原理 2
第三章系统功能模块设计 5
3.1信号发生模块 5
3.2调制、解调模块 5
3.3误码率计算器 6
3.4波形观察模块 7
3.4.1调制、解调信号观察模块 7
3.4.2调制信号频谱观察模块 7
3.4.3眼图观察模块 8
第四章系统调试与结果分析 9
4.1实验调试 9
4.2结果分析 10
4.2.1GMSK调制与解调波形 10
4.2.2GMSK调制信号眼图 13
结论 16
参考文献 17
附录一:
程序 18
附录二:
GMSK调制解调建模图 18
18
第一章设计要求
1.1设计内容:
通过SIMULINK对BT=0.3的GMSK调制系统进行仿真。
1.2设计要求:
第二章系统的组成及设计原理
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。
信道
解调模块
误码率计算模块
频谱仪
示波器
调制模块
信号产生模块
图2.1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,将信噪比设为一个变量,用于绘制信噪比——误码率曲线。
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,其后接一误码率统计模块(ErrorRateCalculation),且误码率统计模块另一输入端接至源信号处。
而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。
GMSK调制
调制原理图如图2.2,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。
非归零数字序列
高斯低通滤波器
频率调制器
(VCO)
GMSK已调信号
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丁pi/2的相移。
以使调制指数为1/2。
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。
GMSK解调
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。
带通滤波器
限幅器
鉴频器
判决器
数据
GMSK信号
图2.3GMSK解调原理图
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、误码率统计模块。
所选库模块如图2.4中所示。
图2.4系统SimuLink仿真模型图
第三章系统功能模块设计
3.1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。
输出
图3.1GMSK信号产生器
该模块的参数设计这只主要包括以下几个。
其中probabilityofazero设置为0.5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1/1000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。
GMSK解调信号
3.2调制、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Bit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。
而将SNR参数设为一个变量xSNR是为了在m文件中编程,计算不同信噪比下的误码率,改变SNR即改变信道信噪比。
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Tracebacklength,在m文件通过改变其值,可以观察回溯长度对调制性能的影响。
3.3误码率计算模块
基带信号
图3.3误码率计算模块
Receivedely(接收端时延)设置为回溯长度加一,表示接收端输入的数据滞后发送端数据TracebackLength+1个输入数据;
Computationdelay(计算时延)设为0,表示错误率统计模块不忽略最初的任何输入数据。
Computationmode(计算模式)设置为Entireframe(帧计算模块),表示错误率统计模块对发送端和接收端的所有数据进行统计。
Outputdata(输出数据)设为workspace,表示竟统计数据输出到工作区。
Variablename(变量名)则是设置m文件中要返回的参数的名称,设为xErrorRate。
3.4波形观察模块
3.4.1调制、解调信号观察模块
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。
GMSK调制信号
图3.4调制信号观察模块
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。
图3.5解调信号观察模块
3.4.2调制信号频谱观察模块
图3.6GMSK调制信号频谱观察模块
设置了坐标Y的范围为0到7,X的范围为[-FS,FS],Amplitudescaling表示幅度计算,选择一般模式即以V为单位进行计算。
但Y坐标标记Y-axistitle设为magnitude,dB转换为dB形式。
3.4.3眼图观察模块
图3.7