毕业设计（论文）-移动通信中的数字调制技术的研究与仿真实现.doc

1移动通信中的数字调制技术的研究与仿真实现 计算机学院通信工程专业2004级5班 指导教师：摘 要: 在数字通信系统中，全数字接收机已经得到了广泛的应用。利用数字化方法设计通信系统中的调制解调技术是实际应用中的一项重要技术。最小高斯频移键控(gmsk)是一种典型的连续相位调制方式，具有包络恒定、频谱紧凑、抗干扰能力强等特点，可有效降低邻道干扰，提高非线性功率放大器的效率，已在移动通信（如gsm系统）、航天测控等场合得到广泛应用。传统方法设计的gmsk调制解调器不能很好满足全数字化接收机可编程、多模式等需要。论文重点研究利用全数字化技术设计gmsk 调制解调器，以便更广泛地使用gmsk 调制解调技术。关键词： 移动通信 高斯最小频移键控 仿真。mobile communications in the digital modulation technology research and simulationkuangzhihuacomputer college communications engineeringgrade 2004 instructor:tianminabstract: in digital communication systems, all-digital receivers become more popular. it hasbecome an important technology that realizes the modulator and demodulator ofcommunication system in digitalization method. minimum gaussian frequency shiftkeying (gmsk) is a typical continuous phase modulation method, which has thecharacteristics of constant envelope, compact spectrum, and anti-jamming performance.gmsk can effectively reduce inter-channel interference, improve the efficiency of non-linear power amplifier, and has been widely used in mobile communications system(such as gsm system) and others systems. the modulator and demodulator designed intraditional method can not meet the need of programmable, multi-mode for all digital receivers.the thesis focuses on the study on digitialization of gmsk modem. keywords: mobile communication gaussian minimum shift keying simulation1 绪论 移动通信一般是指通信双方至少有一方在移动的情况下进行信息传输和交换。我们常见的移动通信系统有蜂窝移动通信系统，寻呼系统，移动卫星通信系统，移动集群通信系统和无绳电话系统等。现代无线通信起源于19世纪赫兹的电磁波辐射实验，使人们认识到电磁波和电磁波能量是可以控制发射的。1928年，一名purdue大学的学生发明了工作于2 mhz的超外差无线电接收机，开始应用于底特律警察局。20世纪30年代全世界的移动通信系统都还采用幅度调制，30年代晚期，出现了第一个调频移动通信系统。二次大战极大地促进了移动通信的发展，1949年，美国联邦通信委员会（fcc，federalcommunications commission）正式确认移动通信是一种新的电信业务。在调频移动通信发展的初期，fm系统占有120 khz的射频带宽，用于发射具有3 khz的语音信号。为了提高频谱效率，1950年fcc把射频带宽降为60 khz，1956年，fcc又在uhf波段上将信道带宽降为50khz。20世纪60年代，由于fm技术的发展，信道带宽降为30 khz，同时，可以在一个通信区域使用2个相邻信道。到了中期，模拟fm系统的频谱效率已提高到了第二次世界大战末期的4倍。 在移动通信系统中，目前使用的数字信号调制技术主要是对ask,fsk和psk基本数字调制技术的改进或综合，常使用两种数字调制方式：线性调制技术和恒包络调制技术。线性调制主要包括了：psk，qpsk，dqpsk和多电平psk等。这里所谓的线性是指这类调制技术要求通信设备从频率变换到放大和发射过程中保持充分的线性。这种方式可以获得较高的频谱利用率。恒包络调制主要包括msk，gmsk，gfsk和tfm等。这类调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求，但频谱利用率通常低于线性调制技术。本文介绍了移动通信系统的相关概念、移动通信系统中的几种典型调制技术，并利用matlab仿真工具对几种主要的调制技术进行了仿真验证，最后对仿真结果进行分析。全文共分五章：第一章为绪论。介绍了通信仿真研究的实际意义和作用，通信仿真的研究现状课题研究背景并对本文的内容进行了安排和规划。第二章是移动通信系统的介绍。介绍了移动通信发展的历史以及几种常用的方式。第三章是数字通信系统的各种调制和解调方法的介绍。数字通信有多种调制方法，在幅度调制中，主要介绍了ask的原理、公式、调制解调方法和框图以及ask信号功率和误码率；在频率调制中，分别介绍了bfsk、msk、gmsk三种方法的原理、调制解调方法和框图以及相对应的信号功率和误码率，其中后两种是从fsk基础上发展起来的改进方法；在相位调制中，主要介绍了bpsk、qpsk、oqpsk三种调制方法的原理、调制解调方法的框图以及对应的误码率等内容。第四章为通信仿真概念和通信仿真相关软件的介绍。从通信仿真的一般概念入手，接着介绍仿真方法的三个步骤即仿真建模、仿真运行和仿真分析。随后对通信仿真软件matlab进行了介绍，包括matlab的仿真功能、作用及一般的使用方法，以及相比较其他仿真软件mtalab的特点和优势。此外，还介绍了matlab软件中的simulink和通信工具包的使用。最后对用matlab或者simulink建立仿真模型的几种方法做了说明。第五章是数字通信系统的仿真设计。第六章为总结部分及对未来工作的展望。 2 移动通信21移动通信的发展概况移动通信系统到目前大致经历了以下几个阶段：第一代移动通信系统：1971年2月，fcc接收bell公司建立蜂窝移动通信系统hcmts的建议，在850 mhz频段提供了 40 mhz频谱资源。hcmts在1978年安装，1983年开始商业服务。hcmts的建立在多个方面发展了蜂窝移动通信技术，并在20世纪80年代演变成了美国模拟系统的国家标准此同时，基于不同标准的其他模拟蜂窝移动通信系统也得到了很大的发展，具有代表性的是英国的tacs、日本的namts、北欧的nmt。第一代移动通信系统的主要技术是模拟调频、频分多址，以模拟方式工作，使用频段为800900 mhz。第二代移动通信系统：90年代起，随着数字技术的发展，加上模拟系统在扩充信道容量时所遇到的系统精确控制、昂贵的系统投资以及抗干扰等问题，一些世界性的标准委员会选择了将数字系统作为第二代移动通信系统的基准。数字技术的引进最大的优点是他的抗干扰能力和潜在的大容量，dsp的发展使一些新的无线应用开始出现，如电子邮件、移动商务、金融管理等。国际上进入商用的数字蜂窝系统主要有欧洲的gsm、美国的damps(is-54，现在的is-136)和cdma(is-95)、日本的pdc(个人数字蜂窝系统)。第三代移动通信系统：由于第二代移动通信系统仍存在业务单一、无法实现全球互联，90年代中后期，人们开始了第三代移动通信系统的研究，欲使其实现：全球统一的标准、具有多媒体传输能力、增加分组交换业务、增加非对称传输模式、加强数据处理能力、更好的传输质量、提高终端电池使用寿命、更高的频谱效率、更大的信道容量。1998年，itu综合各国际标准化组织提出的建议开始制定和完善第三代移动通信系统标准imt2000。第三代以后的移动通信系统：第三代移动通信系统最初的目标之一是形成统一的标准，从而实现全球漫游，遗憾的是，最终3g还是形成了多种制式并存的局面，并且，随着人们生活、工作空间的日益扩大，不能充分满足人们各方面的需要，于是，在3g尚未大规模商用之时，4g已经出现了。4g采用全数字技术，支持分组交换，将wlan，bluetooth等局域网技术融入广域网中，将提供更高的传输速率和更大的容量，同时，因为采用高度分散的ip网络结构，使得终端具有智能和可扩展性。itu在2000年10月成立了imt-2000and beyond工作组。22移动通信的特点由于移动通信的特殊要求，它和其他种类的通信形式相比，具有以下几个明显的主要特点：（1）移动通信必须利用无线电波进行信息传输。（2）移动通信是在复杂的干扰环境中运行。（3）随着移动业务量的需求与日俱增，移动通信可以利用的频谱资源 非常有限。（4）移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效。（5）移动通信设备（主要是移动台）必须适用于在移动环境中使用。23 移动通信系统的分类移动通信有以下多种分类方法，按使用对象可以分为民用设备和军用设备；按使用环境可以分为陆地通信，海上通信和空中通信；按多址方式可分为频分多址（fdma），时分多址（tdma）和码分多址（cdma）等；按覆盖范围可以分为宽域网和局域网；按业务类型可分为电话网，数据网和综合业务网；按工作方式可分为同频单工，异频单工，异频双工和半双工；按服务范围可分为专用网和公用网；按信号形式可分为模拟网和数字网。24常用的移动通信系统。gsk随着移动通信应用范围的扩大，移动通信系统的类型也越来越多。常用的移动通信系统有： 蜂窝移动通信系统， 无绳电话系统，集群移动通信系统，移动卫星通信系统，分组无线网， gprs，cdma等。3 数字调制技术数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形。所用载波一般是余弦信号，调制信号为数字基带信号。利用基带信号去控制载波的某个参数，就完成了调制。调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位调制。数字信号只有几个离散值，因此调制后的载波参数也只有有限个值，类似于用数字信息控制开关，从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，为此把数字信号的调制方式称为“键控”。数字调制分为调幅、调相和调频三类，分别对应“幅移键控”（ask）、“相移键控”（psk）和“频移键控”（fsk）三种数字调制方式。在“幅移键控”方式中，当“1”出现时接通振幅为a的载波，“0”出现时关断载波，这相当于将原基带信号（脉冲列）频谱搬到了载波的两侧。如果用改变载波频率的方法来传送二进制符号，就是“频移键控”的方法，当“1”出现时是低频，“0”出现时是高频。这时其频谱可以看成码列对低频载波的开关键控加上码列的反码对高频载波的开关键控。如果用“0”和“1”来改变载波的相位，则称为“相移键控”。这时在比特周期的边缘出现相位的跳变，但在间隔中部保留了相位信息。接收端解调通常在其中心点附近进行。一般来说，psk系统的性能要比开关键控fsk系统好，但必须使用同步检波。调制的基本原理是用数字信号对载波的不同参量进行调制，其基本公式如下：载波 s（t） = acos（t+） （2-1）s（t）的参量包括：幅度a、频率、初相位，调制就是要使a、或随数字基带信号的变化而变化。其中ask调制方式是用载波的两个不同振幅表示0和1；fsk调制方式是用载波的两个不同频率表示0和1；而psk调制方式是用载波的起始相位的变化表示0 和1。根据传输信号是二进制信号还是多进制信号和对载波的哪个参数进行调制，可以把数字频带传输分为：二进制、多进制数字振幅键控（ask）二进制、多进制数字频移键控（fsk）二进制、多进制数字相移键控（psk）二进制、多进制差分相移键控（dpsk）除上面所述的二相位、二频率和二幅度系统外，还可以采用各种多相位、多振幅和多频率的方案。在dvb系统中卫星传输采用qpsk，有线传输采用qam方式，地面传输采用cofdm（编码正交频分复用）方式。但ask、psk和fsk这三种数字调制方式仍是最主要的。3.1 ask幅移键控（amplitude shift keying） “幅移键控”又称为“振幅键控”，记为ask。也有称为“开关键控”（通断键控）的，所以又记作ook信号。ask是一种相对简单的调制方式。幅移键控（ask）相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。二进制振幅键控（2ask）， 由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通，它的实际意义是当调制的数字信号为“1”时，传输载波；当调制的数字信号为“0”时，不传输载波。原理如下图所示，其中s（t）为基带矩形脉冲。一般载波信号用余弦信号，而调制信号是把数字序列转换成单极性的基带矩形脉冲序列，而这个通断键控的作用就是把这个输出与载波相乘，就可以把频谱搬移到载波频率附近，实现2ask。载波开关s（t） 图2.1 2ask原理图3.2 fsk频移键控（frequency shift keying）所谓fsk就是用数字信号去调制载波频率，是数字信号传输中用的最早的一种调制方式。此方式实现起来比较容易，抗噪声和抗衰减性能好，稳定可靠，是中低速数据传输最佳选择。频移就是把振幅、相位作为常量，而把频率作为变量，通过频率的变化来实现信号的识别，原理如下图所示。在fsk中传送的信号只有0和1两个，而在m-fsk中则通过m个频率代表m个符号。载波f1载波f2开关s(t)=0图2.2 2fsk原理图3.3 psk相移键控（phase shift keying）在psk调制时，载波的相位随调制信号状态不同而改变。如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，此时它们就处于“同相”状态；如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为“反相”。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，“1”码控制发0度相位，“0”码控制发180度相位。psk相移键控调制技术在数据传输中，尤其是在中速和中高速的数传机（2400bit/s4800bit/s）中得到了广泛的应用。相移键控有很好的抗干扰性,在有衰落的信道中也能获得很好的效果。我们主要讨论二相和四相调相，在实际应用中还有八相及十六相调相。psk也可分为二进制psk（2psk或bit/sk）和多进制psk（mpsk）。在这种调制技术中，载波相位只有0和两种取值，分别对应于调制信号的“0”和“1”。传“1“信号时，发起始相位为的载波；当传“0”信号时，发起始相位为0的载波。2psk的调制原理如图3-28所示。由“0”和“1”表示的二进制调制信号通过电平转换后，变成由“1”和“1”表示的双极性nrz（不归零）信号，然后与载波相乘，即可形成2psk信号。载波移相开关0s（t）=0 图2.3 2psk原理图在mpsk中，最常用的是四相相移键控，即qpsk（quadrature phase shift keying），在卫星信道中传送数字电视信号时采用的就是qpsk调制方式。qpsk调制器如图2.4所示，对比可以看出，它可以看成是由两个2psk调制器构成的。输入的串行二进制信息序列经串并变换后分成两路速率减半的序列，由电平转换器分别产生双极性二电平信号i（t）和q（t），然后对载波acos2fct和asin2fct进行调制，相加后即可得到qpsk信号。psk信号也可以用矢量图表示，矢量图中通常以零度载波相位作为参考相位。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。qpsk是在m=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45，135，225，275。调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成的，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。qpsk中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。电平转换器电平转换器串/并变换二进制信息载波发生器90度移相器已调信号 图2.4 qpsk调制器原理图3.4 qam正交振幅调制（quadrature amplitude modulation）qam（quadrature amplitude modulation）就是用两个调制信号对频率相同、相位正交的两个载波进行调幅，然后将已调信号加在一起进行传输或发射。在ntsc制和pal制中形成色度信号时，用的就是正交调幅方式将两个色差信号调制到色度副载波上。 qam也可用于数字调制。数字qam有4qam、8qam、16qam、32qam等调制方式。其中，16qam和32qam广泛用于数字有线电视系统。下面以16qam为例介绍其原理。 如图作为调制信号的输入二进制数据流经过串并变换后变成四路并行数据流。这四路数据两两结合，分别进入两个电平转换器，转换成两路4电平数据。例如，00转换成3，01转换成1，10转换成1，11转换成3。这两路4电平数据g1（t）和g2（t）分别对载波cos2fct和sin2fct进行调制，然后相加，即可得到16qam信号。串并变换4电平转换器4电平转换器acos2fctasin2fct输入数据g2(t)（t）g1(t)（t）16qam 图2.5 16qam 调制器框图qam调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。在美国，正交调幅通常用在地面微波链路，不用于国内卫星，欧洲的电缆数字电视采用qam调制，而加拿大的卫星采用正交调幅。qam是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，qam星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，目前qam星座点最高已可达256qam。 psk只利用了载波的相位，它所有的星座点只能分布在半径相同的圆周上。当星座点较多时，星座点之间的最小距离就会很密，非常容易受到噪声干扰的影响。调制技术的可靠性可由相邻星座点之间的最小距离来衡量，最小距离越大，抵抗噪声等干扰的能力越强，当然前提是信号的平均功率相同。当噪声等干扰的幅度小于最小距离的1/2时，解调器不会错判，即不会传输误码；当噪声等干扰的幅度大于最小距离的1/2时，将传输误码。因此psk一般只用在8psk以下，常用的是bit/sk和qpsk。当星座点进一步增加时，即需要更高的频带利用率时，就要采用qam调制。在psk中i信号和q信号互相不独立，为了得到恒定的包络信号，它们的数值是受到限制的，这是psk信号的基本特性。如果去掉这一限制，就得到正交幅度调制qam。作为一个特例，当每个正交信号只有两个数值时，qam与4-psk完全相同。当m4时qam的信号星座呈正方形分布，而不再像psk那样沿着一个固定的圆周分布。oqpskoqpsk是在常规qpsk的基础上发展起来的。在qpsk调制中，当输入的二进制信号由00变成11或者由01变成10时，qpsk调制信号的相位翻转，这种翻转在很大程度上削弱了qpsk调制的抗噪声性能，甚至出现反相点的突变，可能导致出现零包络，这对于由识别相位进行解码是非常不利的。另外，qpsk信号功率谱也会扩展，而造成信号限带失真，或邻道干扰，或符号间干扰，改进方法是利用偏移正交调相oqpsk信号。作为qpsk调制的一种改进方式，oqpsk产生的调制信号避免了180度的相位直接跳转，最多只能翻转/2。oqpsk与qpsk调制的区别主要在于：oqpsk调制时经过串并变换分成的两路数据，要相互错开或偏移一个信息间隔t（符号间隔的一半），再进行正交调制，以合成输出信号。这样的结果时输出已调信号的相位变化仅限于/2，而不存在的突变，从而减小了包络的起伏。并且oqpsk信号的功率谱与qpsk信号相同。 coswt双极性nrz串并/2移相输入 oqpsk信号延时t图2.6 oqpsk信号调制框图3.5 最小频移键控（msk） oqpsk虽然消除了qpsk信号中的l80相位突变，但并没有从根本上解决包络起伏问题。一种能够产生恒定msk是2fsk的一种特殊情况，它具有正交信号的最小频差，在相邻符号交界处相位保持连续。在一个码元时间 内，这类连续相位fsk（cpfsk）可表示为： （2-2）当为时间的连续函数时，已调波相位在所有时间上是连续的。若传0码时载频为 ，传1码时载频为 ，它们相对于未调载波 的偏移为 ，上式又可写为： （2-3）其中，由上两式，可以看出，在一个码元时间内，相角，式中， 为初相角，取决于过去码元调制的结果，它的选择要防止相位的任何不连续性。对于fsk信号，当 （ 为整数）时，就认为它是正交的。为了提高频带利用率，要小，当 1时， 达最小值，有或者称为调制指数。 由此可得，频偏 ，频差 它等于码元速率l/ 之半，这是正交信号的最小频差。cpfsk的这种特殊选择称为最小频移键控（msk）。 （2-4）假定=0，则： （2-5）若还假定“”号对应于l码，“”号对应于0码，将代人式（2-4），得 （2-6） （2-7）利用三角等式展开上式，并注意到，有 （2-8）式中；。由式（5-140）看出，msk信号可采取正交调制的方法产生，如图2-7所示。当两支路码元互相偏离时，恰好使和错开1/4周期，这保证了msk信号相位的连续性。与产生过程相对应，msk信号可采取正交相干解调的方法恢复原信息码串并变换输入/2/2/2延迟tbcost/2tb 图2.7 msk的调制框图3.6 高斯最小频移键控（gmsk）高斯滤波最小频移键控，是gsm系统采用的调制方式。数字调制解调技术是数字峰窝移动通信系统空中接口的重要组成部分。gmsk是从msk(最小移频键控)发展起来的一种技术。msk调制实际上是调制指数为0.5的二进制调频，具有包络恒定、占用相对较窄的带宽和能进行相干解调的优点。但是msk的带外辐射较高，影响了频谱效率。为了抑制带外辐射、压缩信号功率，可在msk调制器前加入预调制滤波器。gmsk调制是在msk（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。gmsk提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。 预调制滤波器msk调制器 图2.8 gmsk信号产生原理为了有效地抑制msk信号的带外功率辐射，预调制滤波器应具有以下特性： (1) 带宽窄并且具有陡峭的截止特性； (2) 脉冲响应的过冲较小； (3) 滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于/2的相移。 其中条件(1)是为了抑制高频分量；条件(2)是为了防止过大的瞬时频偏；条件(3)是为了使调制指数为0.5。 gmsk基本原理 gmsk的基本原理是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。gmsk已确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式。高斯滤波器的频率传输函数为： （2-9） 式中是与滤波器3db带宽b有关的一个系数，其冲激响应为： （2-10）假设输入数据流为二进制非归零信号，传输速率为 。为码元宽度，其数学表示式为： （2-11）式中：或-1,其概率分别为 。gmsk是角度调制信号，已调信号写作： （2-12）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，相位轨迹如图2.9所示。由图可以看出，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。图 2.9 gmsk的相位轨迹实际中克服上述缺点的办法是采用锁相环路（pll）调制器，如图。它由/2相移bpsk调制器之后接一个pll构成。其中/2bpsk的作用是保证每个码元的相位均变化/2，而pll对bpsk的相位突变进行平滑，使得在码元转换点相位连续，没有尖角。低通滤波器环路滤波器vcogmsk信号解调可采用与msk信号相同的正交相干解调方式。实现这种正交相干解调的关键是恢复参考载波和时钟。4仿真工具matlab介绍matlab是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它的交互式集成界面能够帮助用户快速的完成数值分析、矩阵运算、数字信号处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。广泛用于当今的航空航天、汽车制造、电子通信、医学研究、财经研究和高等教育等领域。matlab语言采用与数学表达相同的形式，不需要传统的程序设计语言，因而不像其他高级语言那样难于掌握。一般来说，用户可以在极短的时间内掌握matlab的基础知识，并且能够初步的应用matlab解决简单的问题。由于matlab的这些特性，它已经成为科研工具和工程仿真中的高效助手。4.1 matlab的简介matlab的首创者是cleve moler 博士，在20世纪70年代中期。他与合作伙伴开发出了当时在矩阵计算方面具有相当水平的两个软件包linpack（线性代数软件包）和eispack（解特征值问题的软件包），这是用fortran语言编写完成的。在70年代末到80年代初，cleve moler 博士利用这两个软件包，开发出了最早的matlab（matrix laboratory），即“矩阵实验室”。1984年，math works 公司正式宣告成立，同年将matlab推向市场。1922年，math works 公司推出了具有划时代意义的matlab4.0版本，并在1993年推出了matlab4.0的微机版，由于它可以在microsoft的windows操作系统下运行，从而迅速拓宽了matlab的应用范围。从matlab5.0和simulink2.0版本开始。实现了真正的32位运算，数值计算更加快速，图形的处理更为有效，用户界面更加直观友好。1997年推出了matlab5.1版本，现在，最新的matlab6.0版本也在市场上流行开来。随着版本的升高，matlab的功能不断加强，例如matlab6.0版本不同于此前版本的最突出之处是：向用户提供前所未有的、成系列的交互式工作界面。而如今我们正使用的是matlab6.5版本，还有matlab7.0版本等。matlab具有以下特点：(1) 起点高(2) 人机界面适合科技人员(3) 强大而简易的作图功能(4) 智能化程度高(5) 功能丰富，可扩张性强4.2 simulink简介 simulink是mathworks公司开发的一个有重要影响力的软件产品，它的前身是simulab，产生于20世纪90年代初，以工具库的形式挂接在matlab5.3上，后改名为simulink。simulink不能独立运行，只能在相应的matlab环境中运行。simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散或者两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样速率的多速率系统。它为用户提供了用方框图进行建模的图形化的用户界面（gui），可以用鼠标点击和拖拉模块的图标建模，采用这种结构化模型就像用笔和纸来画一样容易。在simulink环境中，用户摆脱可深奥数学推演的压力和繁琐编程的困扰，可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时观察系统行为的变化。与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，它更具有直观、方便、灵活的优点。此外，matlab自身所带的所有应用工具箱，同样适用于simulink环境中，这就大大扩展了simulink的适用范围，也使simulink进入到许多专业领域，成为科学计算和动态系统仿真的有力工具。由于matlab 和simulink是集成在一起的，因此用户可以在这两种环境中对自己的模型进行仿真、分析和修改。simulink是matlab提供的动态仿真工具，它采用模块组合的方法来创建动态系统的计算机模型，其最耀眼的特点就是它的开放性允许用户制定自己的模块和模块库。simulink提供了一种函数规则s函数，它可以是一个m文件、c语言程序或者其他的高级语言程序，simulink模块通过一定的语法规则来调用用户自己编写的s函数，实现其特定的功能。s函数的引入使得simulink更加充实，处理能力更加强大。gsmk技术是gsm通信系统中使用的调制技术，具有较好的功率频谱特性，较忧的误码性能，特别通信系统中使用的调制技术，具有较好的功率频谱特性，较忧的误码性是带外辐射小的特点，很适用于工作在vhf和uhf频段的移动通信系统。本文将在第五章中利用是带外辐射小的特点，很适用于工作在vhf和uhf频段的移动通信系统。本文将在matlab 中的simulink 模块库对gmsk技术进行仿真验证，并和其它几种调制技术进行比较。,5 gmsk仿真的实现5.1 仿真建模在评价通信系统的质量时, 往往要涉及通信系统传输的有效性和可靠性。对于数字通信系统, 有效性和可靠性实际上是传输速率和差错率。根据传输速率的不同, 差错率也有两种表述方法, 即误码率和误信率(误比特率)。为了测试gmsk调制系统的误码率, 根据gmsk 系统特征, 搭建matlab 仿真系统(gmskl.mdl) 如图。该仿真系统由信源、gmsk调制、gmsk解调、随机信道以及测试系统组成。信源产生一个随机二进制数字信号,通过调制系统得到调制信号,调制系统将基带信号调制,得到功率谱搬移的调制信号;随机信道是一模拟的白高斯信道(其噪声功率谱密度在带宽中是常数,概率分布符合高斯分布) ;最后通过gmsk 解调到达测试系统。解调与调制是相反的过程,得到与发送端对应的基带信号。测试系统是子系统,它实现的是gmsk 调制系统的误码率的计算,在系统同步的条件下,把信源信号和接收信号同时送入测试系统,比较源信号和接收信号,就可以得到整个gmsk调制系统的误码率。 图 5.1 gmsk仿真模块的建立5.2仿真实验 编写程序，并将程序的文件名命为gmsklmain.m，以便构成ms文件，用来实现仿真，见图5.2。图5.2 构建gmsk的s函数gsmk模块具体的参数设置如下图5.3中所示。图5.3 gsmk模块具体的参数设置运行程序得到仿真波形。 图5.4 当bt=0.5时得到的仿真波形图5.5 当bt=0.25时得到的仿真波形 5.3 分析结果不严格地讲，数字键控信号的相位变化越光滑，传输同等符号速率的信号占用带宽越小。psk等信号由于存在相位突变，所以带宽占用较大;msk信号虽然相位变化连续，但其相位的一阶导数变化不连续，所以带宽占用较psk信号小，比gmsk大;gmsk信号的相位无穷阶可导，所以信号占用带宽最小。此外，这几种信号在带外的功率衰减速率是不同的，按衰减速率从大到小排列，依次是gmsk、msk、psk。也就是说gmsk信号的功率更多地集中在一个较小的带宽内，从而使得该信号对其他相邻频点的信号干扰最小。除去相位变化的光滑度，影响调相信号带宽的还有调制指数、码间干扰的大小等因素。正是由于有了上述特点，在一些需要频分复用的场合，gmsk成了一种较为合适也较为常见的选择。gmsk是由msk演变来的一种简单的二进制调制方法。在gmsk中，将调制的不归零(nrz)数据通过预调制高斯脉冲成形滤波器，使其频谱上的旁瓣水平进一步降低。基带的高斯脉冲成形技术平滑了msk信号的相位曲线，因此稳定了信号的频率变化。这使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低。预调制高斯滤波器将全响应信号(即每一基带符号占据一个比特周期t)转换为部分响应信号，每一发射符号占据几个比特周期。然后由于脉冲成形并不会引起平均相位曲线的偏离，gmsk信号可以作为msk信号的相干检测，或者作为一个简单的fsk信号进行非相干检测。gmsk由于具有极好的功率效率(因为恒包络）和极好的频谱效率。gmsk信号的频谱特性的改善是通过降低误码率性能换来的前置滤波器的带宽越窄,即bt值越小,输出功率谱就越紧凑,误码率性能就变得越差。 在参数选择时,当bt=0.25 时, gmsk调制信号具有较理想的性能。由于gmsk不仅保留了msk的优点,而且频谱在主瓣以外衰减得更快,且邻路干扰小,因此在要求信号带外辐射功率限制严格的gsm移动通信系统中是合理和必需的。对二进制调制系统