gmsk系统仿真解析

1、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 181OMSK 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

2、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，所以经调制后的己调波相位路径在 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 FSKoGMSK 己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 Simulmk 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 Simulmk 建立系统模型进行仿真和实验调试

3、。最后通过对 OMSK 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（GaussianFilteredMinimumSluftKeying-GMSK）调制技术是从 MSK 调制的基础上发展起來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

4、，因此 GSMK 调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移2动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM(GlobalSystemforMobileconununication)移动通信体制就是使用 GMSK 调制方式。2.2GMSK系统的设计原理OMSK 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

5、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來产生器(BernoulliBinaiyGeneiatoi)产生一个二进制序列， 将序列送入 GMSK 基带调制器模块(GMSKModulatorBaseband)中得到己调信号，再将己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。因为己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。

6、另外还用频谱仪观察了己调信号的频谱。2. 2.1GMSK 调制原理3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，以保持己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)的由來。2.2.2GMSK 解调原理GMSK 本

7、是 MSK 的一种，而 MSK 乂是是 FSK 的一种，因此，GMSK 检波也可以釆用 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 OMSK 数据的解调输出。图2.3GMSK解调原理图4如图 2.4 为 GMSK 调制解调系统的 SimuLiiik 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SmiuLink仿真模型图第3

8、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儿个。其中 piobabilityofazeio 设置为SpectrumAnal/zerEyeDiagram50.5 表示产生的二进制序列中 0 出现的概率为 0.5；Lutialseed 为 61 表示随机数种子为61：sampletune 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

9、通过改变 sampletime 参数來改变码元个数。例如仿真时间为 10s,若sampletime 为 1/1000,则码元个数为 10000。绍SourceBlockParameters:BemoulliBinaryGeneratorBernoulliBinaryGeneratorGenerateaBernoullirandombinarynuinberTogenerateavectoroutput,specifytheprobabilityasavectorFramebasedoutputsInterpretvectorparantetersas1DOutputdatatype:doubl

10、eOKCancelHelpApply图3.1信号发生模块参数设置3.1.2调制与解调模块GMSKModulatorBaseband 为 GMSK 基带调制模块,BernoulliBinaryGMSKGMSKBernoulliBinaryGeneratorGMSKModulatorBaseband图3.2GMSK调制解调模块GMSKGMSKGMSKDemodulatorBasebandScope其 inputtype 参数设为AWGNChannel6Bit 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

11、化 3dB 带宽，T 是码元长度。当 BT=8 时，GMSK 调制信号就变成 MSK 调制信号。BT=0.3 是 GSM 釆用的调制方式。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 4oSymbolprehistoiy 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。AWGNChaimel 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）

12、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。GMSKDemodulatoiBaseband 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I怙FunctionBlockParameters:AWGNChannelAWGNChannel(mask)(link)AddwhitEGaussiannoisetotheinputsignal.Theinputsignalcanberea

13、lorcomplexThisblocksupportsmultiohanne1processingIVhenusingeitherofthevariancemodeswithcon)nlexinputs,thevariancevaluesareequallydividedanongtherealandim7aginarycomponentsoftheinputsignalParametersInputprocessing:|Columnsaschannels(frniebasd)Initialseed:67Mode:Signaltonoiseratio(SNR)SNR(dB):0KCancel

14、HelpApply图3.4信道模块参数设置图3.5解调模块参数设置3.1.3波形观察模块调制、解调信号观察模块如图所示:8ComplextoScopelMagnitude-Angle图3.6调制信号观察模块因为 OMSK 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 Complextomagmtude-angle 将调制信号分别在幅度和相角两方面來观察。将 Complextomagnitude-angleoutput的 output参数设为 magiutudeandangle,表示同时输出调制信号的幅度和相角。示波器 scope1

15、 的 numberofaxes 为 2 表明有纵坐标个数为 2；tunerange 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 的范圉为 0 到 10。调制信号B-FFTSpectrumScopel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/Visuals-SpectrumProperties;Spec

16、trumAnalyzerEyeDiagram4Visuals-EyeDiagramProperties.：EyeDiagram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MScopel口回I邑g 回因第馬 Si-%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complextomagmtude-angle 模块将调制信号分为幅度和相角两个变量來观察。通过幅度的波形（上）和相角波形（下）验证了 GMSK 的幅度不变，由相角波形來看，相角连续，与理论符合。AScope(=3回lMil邑钱回厘I因馬馬I日卞图3.

17、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一一将调制信号还原为基带信号。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。2-10080-4040-200Frequency(Hz)9 9 8 8 6 6 5 5呂Emp3.2.2GMSK 调制信号眼图MEyeDiagramFileIoolsViewSimulationHelpT=1000图3.15BT

18、=O.3分析：由图中混乱的线条可知，BT二0.3时，眼图“眼睛”睁开较大，但存在过零点失真，存在码间串扰。864202468864202468oooooooo-0-0-04-0-0-04IDpw-dLUVoseqpu-IDpw-dLUVoseqpu-BxW3Ready612TimeFileToolsViewSimulationHelpo012345678TiimeX103ReadyT=10.00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。MEyeDiagram回IMS|864202468864