基于simulink的gmsk仿真

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；simulink1目录第一章设计要求......................................11.1设计内容................................................11.2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..................................53.1信号发生模块............................................53.2调制、解调模块..........................................53.3误码率计算器............................................63.4波形观察模块............................................73.4.1调制、解调信号观察模块.............................73.4.2调制信号频谱观察模块...............................73.4.3眼图观察模块.......................................8第四章系统调试与结果分析................................94.1实验调试................................................94.2结果分析................................................104.2.1GMSK调制与解调波形...............................104.2.2GMSK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...............................181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。2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。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。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3GMSK信号数据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。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。图2.3GMSK解调原理图非归零数字序列高斯低通滤波器频率调制器（VCO）GMSK已调信号带通滤波器限幅器判决器鉴频器4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5GMSK解调信号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。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。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GMSK信号输出GMSK信号6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。基带信号GMSK解调信号73.4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。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。GMSK调制信号83.4.3眼图观察模块图3.7GMSK调制信号眼图观察模块Offset(s