GSM系統(tǒng)性能的分析與MATALAB仿真

1、淮海工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報告書 課程名稱： 通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì) 題 目： GSM系統(tǒng)性能的分析與 MATLAB仿真 系 （院）： 電子工程學(xué)院 學(xué) 期： 10-11-2 專業(yè)班級： D通信工程081 姓 名： 宗淙 學(xué) 號： 510822114 評語：成績：簽名：日期：1 緒論1.1 研究背景與研究意義（1）學(xué)會MATALAB的使用，掌握MATALAB的程序設(shè)計(jì)方法；（2）掌握GMSK調(diào)制的基本概念、基本理論和基本方法；（3）掌握MATALAB設(shè)計(jì)GSM仿真基本框圖；（4）學(xué)會用MATALAB對信號進(jìn)行分析處理；1.2 課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)（1）目的：使我們在課程設(shè)計(jì)過程中能夠理論聯(lián)系實(shí)際，在

2、實(shí)踐中充分利用所學(xué)理論知識分析和研究設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問題，鞏固和擴(kuò)大所學(xué)知識面，為以后走向工作崗位進(jìn)行設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。（2）任務(wù)：掌握一般通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程、步驟、要求、工作內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法；掌握計(jì)算機(jī)仿真通信系統(tǒng)的方法。訓(xùn)練學(xué)生網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)能力。訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，提高學(xué)生進(jìn)行通信工程設(shè)計(jì)的能力。1.3 可行性分析 從技術(shù)上來看，高斯濾波最小頻移鍵控GMSK調(diào)制技術(shù)是從MSK調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種數(shù)字調(diào)制方式，其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流送交頻率調(diào)制器前先通過一個Gauss濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波，以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得在相同的時間速率頻道時頻道

3、間距可以變得更緊密。由于數(shù)字信號在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過濾，因此GSMK調(diào)制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動通信中得到了廣泛使用，如現(xiàn)在廣泛使用的GSM（Global System for Mobile communication）移動通信體制就是使用GMSK調(diào)制方式。從經(jīng)濟(jì)上來看，如今GMSK調(diào)制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了，各項(xiàng)目成本低，經(jīng)濟(jì)效益高。 2 GSM通信系統(tǒng)2.1 GSM通信系統(tǒng)基本模型 GSM通信系統(tǒng)基本模型如圖2-1所示。信源A律13折線編碼器GMSK調(diào)制信道GMSK解調(diào)A律13折線解碼器圖1 GSM通信系統(tǒng)基本模型噪聲圖2

4、-1 GSM通信系統(tǒng)基本模型信號源：模擬的正旋波語音信號4KHz。A律13折線編碼器：對信號進(jìn)行編碼。GMSK調(diào)制：是在MSK（最小頻移鍵控）調(diào)制器之前插入高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器這樣一種調(diào)制方式。GMSK提高了數(shù)字移動通信的頻譜利用率和通信質(zhì)量。信道：高斯加性白噪聲信道、多徑瑞利（Rayleigh）衰落信道、萊斯（Rician）衰落信道等。GMSK解調(diào)：為GMSK調(diào)制的逆過程。A律13折線解碼器：對信號進(jìn)行解碼。2.2 GSM通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)模擬的正旋波語音信號經(jīng)過GMSK調(diào)制、信道、GMSK解調(diào)過程。在接收端，將得到的數(shù)據(jù)與原始信號源數(shù)據(jù)比較，得到在特定信噪比下的誤碼率。改變系統(tǒng)信噪比，從而

5、得到系統(tǒng)的誤碼率曲線圖，并給出各關(guān)健點(diǎn)信號圖及星座圖。3 GSM通信系統(tǒng)主要模塊3.1 信源/信宿及其編譯碼 A律13折線編碼器信源圖2信源編碼 如圖3-1所示，信源為模擬的正旋波語音信號4KHz；A律13折線編碼器是對信源信號進(jìn)行編碼信宿A律13折線解碼器圖3-2 信宿譯碼圖3-1 信源編碼 如圖3-2所示，A律13折線解碼器是對調(diào)制后的信號進(jìn)行解碼；信宿可以為示波器3.2 調(diào)制/解調(diào) GMSK調(diào)制GMSK解調(diào)圖3-3 調(diào)制解調(diào)如圖3-3所示，GMSK調(diào)制是在MSK（最小頻移鍵控）調(diào)制器之前插入高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器這樣一種調(diào)制方式。GMSK提高了數(shù)字移動通信的頻譜利用率和通信質(zhì)量。GMSK解

6、調(diào)則是GMSK調(diào)制的逆過程。3.4 信道信道可以設(shè)置為高斯加性白噪聲信道、多徑瑞利（Rayleigh）衰落信道、萊斯（Rician）衰落信道等。4 MATLAB對GSM通信系統(tǒng)的仿真4.1 MATLAB主要模塊及參數(shù)設(shè)置下面對信源、A律13折線器、PCM編譯碼器、調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行MATALAB模塊的分析和參數(shù)的設(shè)置信源/信宿及其編譯碼 圖4-1 信源編碼的MATALAB模塊 如圖4-1所示，Signal Generator為信號源；A-Law Compressor為A律13折線壓縮器；DPCM Encoder為PCM編碼器。圖4-2 信宿解碼的MATALAB的模塊 如圖4-2所示，DPCM de

7、coder為PCM解碼器；A-Law Expander為A律13折線擴(kuò)展器；Scope為一示波器，可作為信宿。圖4-3 信源參數(shù)如圖4-3所示，信源波形為正旋波，頻率為4000Hz。圖4-4 A律13折線器參數(shù)如圖4-4所示，A律13折線器的value值設(shè)置為87.6。 圖4-5 PCM編碼器參數(shù)PCM編碼器的各個參數(shù)設(shè)置如圖4-5所示。圖4-6 PCM解碼器參數(shù)PCM解碼器的各個參數(shù)設(shè)置如圖4-6所示。調(diào)制/解調(diào) GMSK的調(diào)制器和解調(diào)器分別如圖4-7和圖4-8。 圖4-7 GMSK調(diào)制的MATALAB模塊圖4-8 GMSK解調(diào)的MATALAB模塊圖4-9 GMSK調(diào)制器的參數(shù) 如圖4-9所

8、示，GMSK調(diào)制器的輸入類型設(shè)置為Bit。圖4-10 GMSK解調(diào)器的參數(shù) 如圖4-10所示，GMSK解調(diào)器的輸出類型也設(shè)置為Bit。 信道圖4-11 信道的MATALAB模塊 如圖4-11所示，AWGN Channel為GSM通信系統(tǒng)中的加性高斯白噪聲信道。圖4-12 加性高斯白噪聲信道的參數(shù) 如圖16所示，將加性高斯白噪聲信道的Initial seed值設(shè)置為18322；再將它的工作模式設(shè)為信噪比。4.2 GSM通信系統(tǒng)的仿真圖和結(jié)果分析無噪聲時系統(tǒng)的仿真框圖如圖4-13所示。圖4-13 無噪聲時系統(tǒng)的仿真框圖 沒有加入噪聲時系統(tǒng)的誤碼率為0。沒有加入噪聲時scope的眼圖和星座圖分別如圖

9、4-14和圖4-15所示。圖4-14 沒有加入噪聲時scope的眼圖圖4-15 沒有加入噪聲時scope的星座圖沒有加入噪聲時scope1的眼圖和星座圖分別如圖4-16和圖4-17所示。圖4-16 沒有加入噪聲時scope1的眼圖圖4-17 沒有加入噪聲時scope1的星座圖4.3 加入噪聲及干擾時系統(tǒng)性能指標(biāo)的變化分析加入噪聲及干擾時系統(tǒng)的仿真加入噪聲及干擾時系統(tǒng)的仿真框圖如圖4-18所示。圖4-18 加入噪聲及干擾時系統(tǒng)的仿真框圖4.3.2結(jié)果分析 加入噪聲時scope的眼圖和星座圖分別如圖4-19和圖4-20所示。圖4-19 加入噪聲時scope的眼圖圖4-20 加入噪聲時scope的星座圖加入噪聲時scope1的眼圖和星座圖分別如圖4-21和圖4-22所示。圖4-21 加入噪聲時scope1的眼圖 圖4-22 加入噪聲時scope1的星座圖同時加入高斯、干擾、瑞利三種噪聲后不同SNR的誤碼率見表4-1。表4-1 同時加入高斯、干擾、瑞利三種噪聲后不同SNR的誤碼率SNR (bit/dB)1053原系統(tǒng)誤碼率000加入高斯白噪聲后系統(tǒng)誤碼率000加入高斯白噪聲及干擾后系統(tǒng)誤碼率00.002170.006816加入高斯白噪聲、干擾及瑞利