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1、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 20 12 年 6 月 20 日 专业 课程设计任务书20 11 20 12 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
2、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 2011.62011.7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
3、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6
4、3.4 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104.2.1 GMSK调制与解调波形104.2.2 GMSK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；
5、（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（Bernoulli Binary Generator）产生一个二进制序列，将序列送
6、入GMSK基带调制器模块（GMSK Modulator Baseband）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（GMSK Demodulator Baseband）中，其后接一误码率统计模块（Error Rate Calculation），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complex to Magnitude-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
7、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2.2 GMSK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pi2的相移。以使调制指数为12。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，
8、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2.3 GMSK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
9、.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（Bernoulli Binary Generator）来产生一个二进制序列作为输入信号。GMSK信号输出图3.1 GMSK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probability of a zero 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；Initial seed 为61表示随机数种子为61；sample time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sample time参数来改变码元个数。例如仿真时间为10s，若sample
10、time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3.2 GMSK调制解调模块GMSK Modulator Baseband为GMSK基带调制模块，其input type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）。BT product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BT=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。Plush length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。Symbol prehistory表示G
11、MSK调制器在仿真开始前的输入符号，设为1。Phase offset 设为0，表示GMSK基带调制信号的初始相位为0。Sample per symbol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。AWGN Channel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Signal to noise(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。GMSK Demodulator Baseb
12、and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Traceback Length,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Receive dely(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；Computation delay(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。Computation mode(计算模式)设置为Entire fr
13、ame(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。Output data(输出数据)设为workspace，表示竟统计数据输出到工作区。Variable name (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Complex to magnitude-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Complex to magn
14、itude-angleoutput的output参数设为magnitude and angle,表示同时输出调制信号的幅度和相角。示波器scope1的number of axes 为2表明有纵坐标个数为2；time range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。Tick Tabels 设为bottom axis only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3.6 GMSK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，Amplitude scaling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-axis title设为magnitude，dB转换为dB形式。3.4.3眼图观察模块图3.7 GMSK调制信号眼图观察
