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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄118 專心-專注-專業(yè) 第1章 緒論GMSK系統(tǒng)讓基帶信號(hào)先經(jīng)過高斯濾波器濾波,使基帶信號(hào)形成高斯脈沖,之后進(jìn)行MSK調(diào)制。由于濾波形成的高斯脈沖包絡(luò)無陡峭的邊沿,亦無拐點(diǎn),所以經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)波相位路徑在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到平滑,它把MSK信號(hào)的相位路徑的尖角平滑掉了,因此頻譜特性優(yōu)于MSK和FSK。GMSK已確定為歐洲新一代移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式。本課程設(shè)計(jì)主要研究高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),同時(shí)仿真結(jié)果驗(yàn)證了其正確性。課程設(shè)計(jì)中先介紹GMSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的原理,然后在Matlab的Simulink中逐個(gè)實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生模塊

2、、調(diào)制與解調(diào)模塊、誤碼率計(jì)算模塊和波形觀察模塊的建立。然后通過Simulink建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)調(diào)試。最后通過對(duì)GMSK系統(tǒng)調(diào)制、解調(diào)信號(hào)的波形、頻譜圖、眼圖的分析驗(yàn)證了GMSK系統(tǒng)良好的性能。第2章 GMSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)2.1 GMSK系統(tǒng)的介紹高斯濾波最小頻移鍵控(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying - 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(gè)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(gè)不同頻率的載波切換時(shí)的跳變能量,使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)頻道間距可以

3、變得更緊密。由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波,調(diào)制信號(hào)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(hào)頻譜緊湊、誤碼特性好,在數(shù)字移動(dòng)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(dòng)通信體制就是使用GMSK調(diào)制方式。2.2 GMSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理GMSK系統(tǒng)主要由信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)調(diào)制模塊、信道、信號(hào)解調(diào)模塊、誤碼率計(jì)算模塊組成。在圖形觀察方面還包含頻譜儀、示波器和眼圖繪制模塊。本系統(tǒng)由信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列,再經(jīng)過調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制,之后便將調(diào)制信號(hào)送入信道,經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)得到解調(diào)信

4、號(hào)。為計(jì)算系統(tǒng)誤碼率,則在調(diào)制器后加一誤碼率計(jì)算模塊,計(jì)算誤碼率。GMSK系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示: 高斯信道信號(hào)調(diào)制模塊信號(hào)產(chǎn)生模塊 頻譜儀信號(hào)解調(diào)模塊 示波器 圖2.1 GMSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)原理框圖在設(shè)計(jì)中,選用貝努力二進(jìn)制序列產(chǎn)生器來產(chǎn)生器(Bernoulli Binary Generator)產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列,將序列送入GMSK基帶調(diào)制器模塊(GMSK Modulator Baseband)中得到已調(diào)信號(hào),再將已調(diào)信號(hào)送入一個(gè)加性高斯白噪聲信道。解調(diào)階段則將通過加性高斯白噪聲信道的信號(hào)輸入GMSK基帶解調(diào)器模塊(GMSK Demodulator Baseband)中。然后用示波器

5、觀察解調(diào)波形并與源信號(hào)波形進(jìn)行比較。因?yàn)橐颜{(diào)信號(hào)是一復(fù)合信號(hào),所以要用complex to Magnitude-Angle 模塊,再用示波器分別觀察其幅度與相角。另外還用頻譜儀觀察了已調(diào)信號(hào)的頻譜。2.2.1 GMSK調(diào)制原理調(diào)制原理圖如圖2.2所示,圖中濾波器是高斯低通濾波器,它的輸出直接對(duì)VCO進(jìn)行調(diào)制,以保持已調(diào)包絡(luò)恒定和相位連續(xù)。 已調(diào)信號(hào)頻率調(diào)制器 (VOC) 高斯低通 濾波器 發(fā)出信號(hào)圖2.2 GMSK調(diào)制原理圖為了使輸出頻譜密集,前段濾波器必須具有以下待性:1.窄帶和尖銳的截止特性,以抑制FM調(diào)制器輸入信號(hào)中的高頻分量;2.脈沖響應(yīng)過沖量小,以防止FM調(diào)制器瞬時(shí)頻偏過大;3.保持

6、濾波器輸出脈沖響應(yīng)曲線下的面積對(duì)應(yīng)pi/2的相移。以使調(diào)制指數(shù)為0.5。前置濾波器以高斯型最能滿足上述條件,這也是高斯濾波器最小移頻鍵控(GMSK)的由來。2.2.2 GMSK解調(diào)原理GMSK本是MSK的一種,而MSK又是是FSK的一種,因此,GMSK檢波也可以采用FSK檢波器,即包絡(luò)檢波及同步檢波。而GMSK還可以采用時(shí)延檢波,但每種檢波器的誤碼率不同。GMSK非相干解調(diào)原理圖如圖2.3,圖中是采用FM鑒頻器(斜率鑒頻器或相位鑒頻器)再加判別電路,實(shí)現(xiàn)GMSK數(shù)據(jù)的解調(diào)輸出。限幅器判決器鑒頻器帶通濾波器GMSK信號(hào) 數(shù)據(jù) 圖2.3 GMSK解調(diào)原理圖如圖2.4為GMSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simu

7、Link仿真模型,整個(gè)系統(tǒng)主要包括五大模塊:隨機(jī)信號(hào)發(fā)生模塊、GMSK調(diào)制模塊、信道、GMSK解調(diào)模塊、頻譜儀觀察模塊。所選庫模塊模型如圖2.4中所示。圖2.4 系統(tǒng)SimuLink仿真模型圖第3章 GMSK系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)與結(jié)果分析3.1 GMSK系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)3.1.1 信號(hào)發(fā)生模塊因?yàn)镚MSK信號(hào)只需滿足非歸零數(shù)字信號(hào)即可,本設(shè)計(jì)中選用(Bernoulli Binary Generator)來產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列作為輸入信號(hào)。 該模塊的參數(shù)設(shè)計(jì)這只主要包括以下幾個(gè)。其中probability of a zero 設(shè)置為0.5表示產(chǎn)生的二進(jìn)制序列中0出現(xiàn)的概率為0.5;Initial s

8、eed 為61表示隨機(jī)數(shù)種子為61;sample time為0.001表示抽樣時(shí)間即每個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間為0.001s。當(dāng)仿真時(shí)間固定時(shí),可以通過改變sample time參數(shù)來改變碼元個(gè)數(shù)。例如仿真時(shí)間為10s,若sample time為1/1000,則碼元個(gè)數(shù)為10000。 圖3.1 信號(hào)發(fā)生模塊參數(shù)設(shè)置3.1.2 調(diào)制與解調(diào)模塊圖3.2 GMSK調(diào)制解調(diào)模塊GMSK Modulator Baseband為GMSK基帶調(diào)制模塊,其input type參數(shù)設(shè)為Bit表示表示模塊的輸入信號(hào)時(shí)二進(jìn)制信號(hào)(0或1)。BT product為0.3表示帶寬和碼元寬度的乘積。其中B是高斯低通濾波器的歸一化

9、3dB帶寬,T是碼元長度。當(dāng)B·T=時(shí),GMSK調(diào)制信號(hào)就變成MSK調(diào)制信號(hào)。BT=0.3是GSM采用的調(diào)制方式。Plush length則是脈沖長度即GMSK調(diào)制器中高斯低通濾波器的周期,設(shè)為4。Symbol prehistory表示GMSK調(diào)制器在仿真開始前的輸入符號(hào),設(shè)為1。Phase offset 設(shè)為0,表示GMSK基帶調(diào)制信號(hào)的初始相位為0。Sample per symbol為1表示每一個(gè)輸入符號(hào)對(duì)應(yīng)的GMSK調(diào)制器產(chǎn)生的輸出信號(hào)的抽樣點(diǎn)數(shù)為1。AWGN Channel為加性高斯白噪聲模塊,高斯白噪聲信道的Mode參數(shù)(操作模式)設(shè)置為Signal to noise(SN

10、R),表示信道模塊是根據(jù)信噪比SNR確定高斯白噪聲的功率,這時(shí)需要確定兩個(gè)參數(shù):信噪比和周期。GMSK Demodulator Baseband是GMSK基帶解調(diào)器。其前六項(xiàng)參數(shù)與GMSK調(diào)制器相同,并設(shè)置的值也相同。最后一項(xiàng)為回溯長度Traceback Length,設(shè)為變量7。 圖3.3 調(diào)制模塊參數(shù)設(shè)置 圖3.4 信道模塊參數(shù)設(shè)置 圖3.5 解調(diào)模塊參數(shù)設(shè)置 3.1.3波形觀察模塊調(diào)制、解調(diào)信號(hào)觀察模塊如圖所示: 圖3.6 調(diào)制信號(hào)觀察模塊因?yàn)镚MSK調(diào)制信號(hào)是一個(gè)復(fù)合信號(hào),所以只用示波器(Scope)無法觀察到調(diào)制波形,所以在調(diào)制信號(hào)和示波器間加一轉(zhuǎn)換模塊Complex to magn

11、itude-angle將調(diào)制信號(hào)分別在幅度和相角兩方面來觀察。將Complex to magnitude-angleoutput的output參數(shù)設(shè)為magnitude and angle,表示同時(shí)輸出調(diào)制信號(hào)的幅度和相角。示波器scope1的number of axes 為2表明有縱坐標(biāo)個(gè)數(shù)為2;time range表示時(shí)間軸的顯示范圍,設(shè)為auto,表示時(shí)間軸的顯示范圍為整個(gè)仿真時(shí)間段。Tick Tabels 設(shè)為bottom axis only時(shí),只顯示各個(gè)縱坐標(biāo)以及最下面的橫坐標(biāo)的標(biāo)簽。圖3.7 調(diào)制信號(hào)波形觀察模塊參數(shù)設(shè)置調(diào)制信號(hào)頻譜觀察模塊如圖所示:圖3.8 GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜觀

12、察模塊設(shè)置了坐標(biāo)Y的范圍為0到10。 圖3.9 調(diào)制信號(hào)頻譜觀察模塊參數(shù)設(shè)置眼圖觀察模塊如圖所示: 圖3.10 眼圖觀察模塊 圖3.11眼圖觀察模塊參數(shù)設(shè)置3.2 GMSK系統(tǒng)結(jié)果分析3.2.1 GMSK調(diào)制與解調(diào)波形 圖3.12 調(diào)制信號(hào)幅度與相角波形由于調(diào)制信號(hào)時(shí)一個(gè)復(fù)合信號(hào),不能直接由示波器觀察,通過一complex to magnitude-angle模塊將調(diào)制信號(hào)分為幅度和相角兩個(gè)變量來觀察。通過幅度的波形(上)和相角波形(下)驗(yàn)證了GMSK的幅度不變,由相角波形來看,相角連續(xù),與理論符合。圖3.13 GMSK基帶信號(hào)與解調(diào)信號(hào) 由圖3.2中基帶信號(hào)(上)與解調(diào)信號(hào)波形(下)比較可得

13、,其由起始碼元到最后一個(gè)碼元,發(fā)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)波形從第四個(gè)碼元開始與基帶信號(hào)完全符合,說明系統(tǒng)的調(diào)制性能較好,基本實(shí)現(xiàn)了解調(diào)的目的將調(diào)制信號(hào)還原為基帶信號(hào)。圖3.14 BT=0.3的GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜由圖3.3可知,除了頂端稍顯尖銳和不夠圓滑,實(shí)驗(yàn)所得頻譜圖的主瓣與理論頻譜近似。3.2.2 GMSK調(diào)制信號(hào)眼圖 圖3.15 BT=0.3分析:由圖中混亂的線條可知,BT=0.3時(shí),眼圖“眼睛”睜開較大,但存在過零點(diǎn)失真,存在碼間串?dāng)_。 圖3.16 BT=0.7的眼圖 分析:圖3.15和圖3.16相比,圖3.16更為清晰,眼睛的睜大程度也更大,且眼圖端正,說明碼間串?dāng)_較小。綜上所述,BT值越小,碼間

14、串?dāng)_越大,這也是GMSK系統(tǒng)的缺陷。 第4章 總結(jié)我們在構(gòu)建數(shù)字通信系統(tǒng)的模型后,利用計(jì)算機(jī)仿真作為分析手段,對(duì)在不同的通信環(huán)境下設(shè)計(jì)方案的誤碼性能進(jìn)行定量分析,用來對(duì)各調(diào)制,解調(diào)方案性能進(jìn)行評(píng)估。對(duì)GMSK良好的性能有了更感性的認(rèn)識(shí)。第一星期內(nèi),注意進(jìn)行了資料查詢及建模任務(wù)。先將各模塊參數(shù)設(shè)為常數(shù)。對(duì)調(diào)制解調(diào)波形進(jìn)行觀察,分析實(shí)際波形和理論波形間的差距以及產(chǎn)生誤差的原因。依次采用分布進(jìn)行的方式,逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需各個(gè)功能。調(diào)試過程采用的也是相同的方法。每搭建一個(gè)功能模塊就先進(jìn)行仿真,調(diào)試待得到滿意結(jié)果后再進(jìn)行下一個(gè)功能模塊的搭建和調(diào)試。并在不斷出現(xiàn)錯(cuò)誤的過程中學(xué)會(huì)了應(yīng)用matlab的系統(tǒng)幫助。應(yīng)用simulink進(jìn)行仿真大大的減少了電路仿真的繁瑣,其中每個(gè)模塊都包含幾個(gè)電路元

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