基于MATLAB的GMSK系统的设计仿真

1、课程设计报告问题：基于matlab的gmsk系统设计与仿真学生姓名：学生学号：部门：全职：会话：指导教师：基于matlab的gmsk系统设计与仿真1课程设计挑战和要求1.1课程设计的挑战(1)深化对gmsk基本理论知识的理解。(2)培养独立进行科学研究的能力和编程能力；(3)通过simulink模拟gmsk调制系统。1.2课程设计要求(1)观察纪宁波段信号和解调信号波形。(2)观察曹征的信号谱。(3)分析了调制性能与bt参数的关系。(4)与msk系统的比较。1.3课程设计研究基础调制结构图在图1中，滤波器是高斯低通滤波器，其直接调制vco以保持调整后的包络常数和相位连续性。图1 gmsk调制结

2、构要使输出频谱密集，前过滤器必须具有以下大气特性：窄带和尖锐阻塞特性，抑制调频调制器输入信号的高频成分；为了防止调频调制器瞬时频率偏差过大，脉冲响应冲激杨怡较小。3.保持与滤波器输出冲激响应曲线下区域相对应的pi/2的相移。调制指数是1/2。前置过滤器是gauss类型，最好地满足上述条件，这也是gauss过滤器的最小频移键控(gmsk)的原因。gmsk是msk的一种，msk是fsk的一种，因此gmsk探测器也可以使用fsk探测器，即包络检测和同步检测。gmsk可以使用延迟检测功能，但每个检测器的误码率不同。我们构建了数字通信系统模型后，使用计算机仿真作为分析手段，定量分析了徐璐不同通信环境下设

3、计的误差性能，评估了各调制和解调方案的性能。gmsk信号广泛应用于移动通信系统，因为其频率潜在效率和一定包络特性很好。高斯最小频移键控(gmsk)由于带外辐射较低，因此可以使用具有良好频谱使用、恒定包络的特性的高能效c类放大器。由于这种优良的特性，作为一种高效的数字调制方案，广泛应用于各种通信系统和标准。如上所述，gmsk有广泛的应用程序。因此，自20世纪80年代该技术问世以来，很多研究者对其调制及解调方式进行了研究。gmsk郑智薰干扰解调电路图在图2中使用fm鉴频器(斜率鉴频器或相位鉴频器)实现gmsk数据的解调输出。图2 gmsk解调结构2 gmsk系统设计2.1信号发生模块在此设计中，g

4、msk信号用于生成二进制序列作为输入信号，因为只需满足非零数字信号即可。图3 gmsk信号发生器模块的参数设计主要包括：其中，如果probability of a zero设置为0.5，则生成的二进制序列中出现0的概率为0.5。如果初始种子为61，则随机数种子为61。如果samplecome为1/1000，则采样时间，即每个符号的持续时间为0.001s。模拟时间固定后，可以通过更改samplecome参数来更改关键点元素的数量。例如，如果模拟时间为10s，sample time为1/1000，则代码元素数为10000。如图4所示。图4设置bernoulli binary generator参数

5、2.2调制解调器模块图5 gmsk调制解调模块gmsk模块基板是gmsk基带调制模块，当input type参数设置为bit以指示模块的输入信号时，它表示二进制信号(0或1)。bt product为0.3表示带宽和代码元素宽度的乘积。其中b是高斯低通滤波器的规范化3db带宽，t是代码元素长度。如果bt=，则gmsk调制信号将成为msk调制信号。bt=0.3是gsm中使用的调制。plushrength是gmsk调制器高斯低通滤波器周期的脉冲长度，设置为4。symbol prehistory表示gmsk调制器在模拟开始之前的输入符号，并且设置为1。如果“相位偏移”设置为0，则gmsk基带调制信号的

6、初始相位为零。如果采样per symbol为1，则每个输入符号对应的gmsk调制器生成的输出信号的采样点数为1。如图6所示。awgn通道是加性高斯白噪声模块，高斯白噪声通道的mode参数设置为signal to noise(snr)。即，信道模块应根据信噪比snr确定高斯白噪声的功率，此时确定信噪比和周期两个参数。将snr参数设定为变数xsnr会在m档案中进行程式设计，以计算不同信噪比下的位元错误率，变更snr会变更频道信噪比。如图7所示。gmsk demodulator baseband是gmsk基带调制解调器。前六个参数与gmsk调制器相同，并设置相同的值。最后一个项目是追踪长度追踪长度(

7、traceback length)，设定为变数追踪长度(tracebacklength)。您可以变更m档案中的值，以查看回溯长度对调制效能的影响。如图8所示。图6设置gmsk modulator baseband参数图7设置awgn通道参数图8设置gmsk demodulator baseband参数2.3位错误率计算模块图9位错误率计算模块receive dely(接收端延迟)设置为回溯长度1，这意味着接收端输入的数据将向发送端数据trace backlength滞后一个输入数据。如果“computation delay(计算延迟)”设置为0，错误率统计模块不会忽略初始输入数据。comput

8、ation mode设置为entire frame(帧计算模块)，这意味着错误率统计模块将统计发送方和接收方的所有数据。“输出数据”(output data)设置为workspace，表示统计数据将输出到工作区。通过设置m文件中要返回的参数的名称，将“变量名称”设置为xerrorrate。如图10所示。图10设置error rate calculation参数2.4波形观测模块2.4.1调制、解调信号观测模块由于gmsk调制信号是复合信号，因此只有示波器(scope)不能观察调制波形，因此在调制信号和示波器之间添加转换模块complex to magnitude-angle后，调制信号将分别在

9、振幅和相位各方面进行观察。图11调制信号观测模块complex to magnitude-将angleoutput的output参数设置为magnitude and angle时，将输出调制信号的振幅和相位角度。如果示波器scope1的number of axes为2，则纵坐标数为2。time range表示时间轴线的显示范围，设定为auto表示时间轴线是整个模拟时间区段。tick tabels设定为bottom axis only时，仅显示每个纵座标和底部横座标的标签。如图12所示。图12 complex to magnitude-angle参数设置图13解调信号观测模块2.4.2调制信号频

10、谱观测模块图14 gmsk调制信号频谱观测模块如果坐标y的范围为0到7，x的范围为-fs，fs，则amplitude scaling表示步长计算，如果选择“正常”模式，则以v为单位计算。但是，y坐标标记y-axis title设置为magnitude，db转换为db。如图15所示。图15设置spectrum scope参数2.4.3眼睛地图观测模块图16 gmsk调制解调信号眼图观测模块offset(sample)参数表示在开始绘制眼睛形状之前，matlab必须忽略的取样点数。symbols per trace表示每个直径的符号数，每个曲线变为“直径”。traces displayed是要显示

11、的路径数。new traces per display是每次重新显示时显示的路径数。如图17所示。图17设置discrete-time eye diagram scope参数2.4.4星座观测模块图18 gmsk调制和解调星座观测模块星座图显示了信号在空间中对齐的分步，即噪声环境中信号之间的最小距离。2.4.5 gmsk系统设计模拟模型图图19 gmsk系统设计仿真模型图3 gmsk系统与msk系统性能比较3.1 msk系统设计最小频移键控(msk)是2fsk的增强调制技术，具有连续波形、稳定相位、最小带宽和严格正交性。以下是msk每个系统的模块简介。相应的参数设置参考gmsk参数设置。3.1

12、.1信号发生模块图20 msk信号发生器3.1.2调制解调模块图21 msk调制解调模块3.1.3位错误率计算模块图22位错误率计算模块3.1.4 msk系统设计模拟模型图图23 msk系统设计仿真模型图3.2 gmsk系统设计图24 gmsk系统设计3.3 gmsk调制模拟错误性能的m文件代码图25 gmsk调制模拟错误性能m文件3.4比较gmsk系统和msk系统性能的m文件代码图26 gmsk系统与msk系统性能比较的m文件4 gmsk系统模拟4.1模拟系统模拟使用模型而不是实际系统进行测试。构造和运行这些物理系统的模型，以研究系统的特性而不破坏实际系统环境的方法。仿真工作的目的是采用基于

13、系统模型合理配置评价系统性能的有效体系。通常我们可以按公式计算。使用计算机进行波形级模拟；或者，使用硬件配置原型进行测量，以评估通信系统性能。使用基于公式的方法，可以彻底理解设计参数和系统性能之间的关系。但是，除了一些理想、过于简化的情况外，单靠解决方法来评估通信系统的性能是非常困难的。根据设计原型时获得的测量数。当然，销售性能是正确可靠的方法。但是缺点是需要很多时间，费用高，不灵活。这在早期设计阶段看起来也有些不妥。使用基于计算机仿真的性能评估方法，几乎可以对任何详细程度的要求建模。可以轻松地将数学和经验模型结合起来，将正在测量的设备的特性和实际信号结合到分析和设计中。在大多数情况下，计算机

14、模拟是系统分析的更好的方法，但是，尤其是大多数具有随机性的复杂系统无法使用精确的数学模型通过分析方法解决，模拟往往成为解决这些问题的有力工具。但是模拟在实际应用中还不够。例如，建构和验证模拟模型可能需要很长时间。在早期设计中，复杂的模型可能难以识别。系统模型中经常有很多随机变量，在系统仿真中受采样数的限制，从而限制了仿真的精度。这些缺点只能通过仔细选择建模和模拟技术来缓解。本文使用matlab simulink模拟。4.2 gmsk调制和解调波形图27 gmsk调制信号幅度和相位角波形调制信号是复合信号，不能由示波器直接观察，调制信号通过complex to magnitude-angle模块

15、分为幅度和相位角度两个变量进行观察。通过振幅的波形(上)和摊销波形(下)，gmsk的振幅保持不变，从摊销波形来看，摊销是连续的，与理论一致的。所以图形基本上是正确的。在图28中，将基带信号(上)与解调信号波形(下)进行比较，可以看到从起始代码元素到最后代码元素的调制信号波形与从第四代码元素到基带信号完全一致，这意味着系统的调制性能良好，基本上理解调制的目的3354将调制信号还原为基带信号。图28 gmsk纪宁频带信号和解调信号图29 bt=0.3 gmsk调制信号频谱简而言之，任何信号(满足一定数学条件)都可以通过傅立叶变换分解为一个直流组件和多个正弦的和。每个正弦信号都有其自己的频率和振幅，

16、从而可以将频率值作为水平轴，振幅值作为垂直轴，将这些多个正弦信号的振幅绘制到相应的频率上，从而创建信号的幅频分布图，即频谱图。图30 bt=0.5的gmsk调制信号频谱实验得到的光谱的主瓣与理论光谱近似，但顶部有点尖锐，不光滑。图31 bt=0.9 gmsk调制信号频谱通过比较图29、图30和图31中的频谱，bt=0.3和bt=0.9具有gmsk调制频谱，没有太大区别，并且可以确定gmsk调制信号的频谱与随bt的减少而压缩的理论结果不匹配，因此系统中的某些参数设置不太合理，可能导致错误结果。4.3 gmsk调制信号眼图图32 bt=0.1 gmsk调制信号眼睛图眼睛图的“眼睛”展开的大小反映了代码间串扰的强弱。眼睛越大，眼睛图形越整齐，表示代码之间的串扰越小。相反，代码之间的串扰越大。如果存在噪波，噪波将叠加在信号上，观察到的眼睛图形的线跟踪将变暗。如果代码之间的串扰同时存在，则“眼睛”打开得更小。没有代码躺着的时候的眼神，原来干净整齐的细线变成了更模糊的带子，不能断定。噪音越大，线路轨道越宽，越模糊。代码之间的串扰越大，眼球图就越不准确。眼球图提供