基于simulink的gmsk仿真.doc

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专业课程设计报告

题目：

基于Matlab的基带GMSK的仿真研究

姓名：

陈国强

专业：

通信工程

班级学号：

09042112

同组人：

指导老师：

夏思满

南昌航空大学信息工程学院

2012年6月20日

专业课程设计任务书

2011－2012学年第2学期　第17周－20周

题目

基于Matlab的基带GMSK的仿真研究

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

夏思满

系（部）主任

付崇芳

基于Matlab的基带GMSK的仿真研究

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：

（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。

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。

GMSK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

GMSK信号

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

GMSK解调信号

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