根據(jù)MATLAB的GMSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目:基于MATLAB的GMSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)別指導(dǎo)教師基于MATLAB的GMSK系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 1.1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)(1) 加深對(duì)GMSK基本理論知識(shí)的理解。(2) 培養(yǎng)獨(dú)立開展科研的能力和編程能力。(3) 通過(guò)SIMULINK對(duì)GMSK調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1.2課程設(shè)計(jì)的要求(1)觀察基帶信號(hào)和解調(diào)信號(hào)波形。觀察已調(diào)信號(hào)頻譜圖。(3)分析調(diào)制性能和BT參數(shù)的關(guān)系。(4)與MSK系統(tǒng)的對(duì)比。1.3課程設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)調(diào)制原理圖如圖1,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)2。圖1 GMSK調(diào)制原理圖

2、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(guò)沖量小，以防止 FM調(diào)制器瞬時(shí)頻偏過(guò)大;3. 保持濾波器輸出脈沖響應(yīng)曲線下面積對(duì)應(yīng)pi/2的相移。調(diào)制指數(shù)為1/2。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(lái)1。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。我們?cè)跇?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

3、的誤碼性能進(jìn)行定量分析，用來(lái)對(duì)各調(diào)制，解調(diào)方案性 能進(jìn)行評(píng)估。由于 GMSK信號(hào)具有良好的頻潛效率、以及恒包絡(luò)性質(zhì)，因而廣泛的應(yīng) 用于移動(dòng)通信系統(tǒng)。高斯最小頻移鍵控 （GMSK）由于帶外輻射低因而具有很好的頻譜利 用率，其恒包絡(luò)的特性使得其能夠使用功率效率高的 C類放大器。這些優(yōu)良的特性使其作為一種高效的數(shù)字調(diào)制方案被廣泛的運(yùn)用于多種通信系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)之中。如上所述,GMSK有著廣泛的應(yīng)用。因此，從本世紀(jì) 80年代提出該技術(shù)以來(lái)，廣大科研人員進(jìn)行 了大量的針對(duì)其調(diào)制解調(diào)方案的研究。GMSK非相干解調(diào)原理圖如圖2,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

4、出2圖2 GMSK解調(diào)原理圖2 GMSK系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1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 BinaryGenerato）來(lái)產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列作為輸入信號(hào)。t1L rL r-L r-Lr1卜Bct-_IIi Giriv圖3 GMSK信號(hào)產(chǎn)生器該模塊的參數(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 seed為61表示隨機(jī)數(shù)種子為61；sampie time為1/1000表示抽樣時(shí)間即每個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)為 0.00怡 當(dāng)仿真時(shí)間固定時(shí)， 可以通過(guò)

5、改變sample time參數(shù)來(lái)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100003。如圖4所示。號(hào) B fkBrnQj'li ginnry Gen尋ztcrSiaar? -crcriTsr二EnkI：:fnT：r nkac*r7-= Ti?- r iL-tpLzt :pirzfy th訐jtt Lit- =.=± T-=7tzrr at±3二土益=/二二巳丁>rc-L* =.二二=a i-i :二 V=-Zjl.:-CI匚二41: J- 二± :.-匚OK圖 4 Bernoulli Binary Ge

6、nerator參數(shù)設(shè)置2.2調(diào)制解調(diào)模塊圖5 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3dB帶寬，T是碼元長(zhǎng)度。當(dāng)B T=x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(zhǎng)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

7、 offset設(shè)為0，表示GMSK基帶調(diào)制信號(hào)的初始相位為0oSa mp le 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13。如圖6所示。AWGN Channel為加性高斯白噪聲模塊，高斯白噪聲信道的Mode參數(shù)設(shè)置為Signalto noise(SNR)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。而將SNR參數(shù)設(shè)為一個(gè)變量xSNR是為了在m文件中編程,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(zhǎng)度Tr

8、aceback Length,設(shè)為變量Tracebacklength,在m文件通過(guò)改變其值，可以觀察回溯長(zhǎng)度對(duì)調(diào)制性能的影響。如圖8所示。ft| B nrl- rvirrwiirrMn 7i| n-r r Arnrhnnd.nkTDL-二rt匕-' fli 丄斗£= £-_it± ：；i-ir. 七* :±i±i-tiSCJ LclT-匕上4Sr >JT X ,i- “ « :一PX二 1 "Y:匚 ：zf 三丁縣二*-匕3三* Juh* Tldtb ±£ t A= : jtc «

9、 - ¥-=£-：C7 Th* riLTirtsf -f i：f i-i: x* firrLxc -at"j: utJJIJIJIPMHB _t z£a =1：-縣二 z.*-二上二-ZLt- tzs；£-z=_± ti= q_=._it5±- -=z_ -frz-z-iStLUti t： :hifir；m :£:-Ef： ；e -pT i：J- or:號(hào)U T：*- SitC7 = t.P 二注 上:mH rXItoL-I-. al =1JK-z 1參數(shù)設(shè)置圖 6 GMSK Modulator Basebandw

10、ni-1 7學(xué)：47 二二；j« tv ttt iqg二t *;*"：匚二口丄tJt *L£：:：i ;irT f匸 r 卜 R T ，亠rftx . i：-1=4牙 iS斗- ht 亡二廣 i匸：二!：二5；二：； Iks二=1亡=匸；*匕二二二缶；丁£:匸:,v-Tiiri;-二：匚±三27 弓二丁二弓二二 Zi七二二 百 T*_ 山 二二二云二匚 1*7 - f二久4二二二 ZX :nu Lrzfll_ 二二云Ms?-：*?二J. = :<幕3A :i：& -：ftY i：Er5: D丁耳7aQEiJICflJkC 丄圖7

11、AWGN Channel 參數(shù)設(shè)置則是設(shè)置m文件中要返回的參數(shù)的名稱，設(shè)為 xErrorRate。如圖10所示。Jkrk P沖FTii尸E FPJ n-rr«nH Iflfrn' nband.4 匚：:H il tit 匚 3ZC = ： ihC 1 A.Z t K Z 匸自七七.'ir.a' lIt ；I*4 Th- V i： 1 F： i- :it> - V: till -tK* ±1 :j=«-z匕:hp_rt, -r* irru-r it t t ± i-te'cr Ft e-f-hLrpu-le-LRCL

12、-u.it ts i :-±zt:r.-A】- f rL 兀-.匕.ii； . qpj : h i T；： 3t卜:金- . 牛| : fT M .- y y 盒二了 ：二 ' h- f : Hu T:-re n二匕芒匸 zi ±-3zzLj t-5 tzt ztzrLea c±r st二二二：£Lu±_二h a = c : ；1ZE.b-ca:cd lre:nc-size Tbb :i:=fe4亠 purled覽【1" -w-= c-i :2：二J hi Jrab:.rx tjsistse:； I biis t tiers

13、in* siiit :i卜£ igii . st:f a_L上二步；:匚二 tr士. rjH*h八：Ft;*；UJCAt>Iy圖 8 GMSK Demodulator Baseband參數(shù)設(shè)置2.3誤碼率計(jì)算模塊IxE*tc- Fat*Caloulati=nFX圖9誤碼率計(jì)算模塊Receive dely（接收端時(shí)延）設(shè)置為回溯長(zhǎng)度加一，表示接收端輸入的數(shù)據(jù)滯后發(fā)送端數(shù)據(jù)TracebackLength+1個(gè)輸入數(shù)據(jù)；Computation delay（計(jì)算時(shí)延）設(shè)為0,表示錯(cuò)誤率統(tǒng)計(jì)模塊不忽略最初的任何輸入數(shù)據(jù)。Computation mode（計(jì)算模式）設(shè)置為 Entirefr

14、ame（幀計(jì)算模塊），表示錯(cuò)誤率統(tǒng)計(jì)模塊對(duì)發(fā)送端和接收端的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。Out putdata輸出數(shù)據(jù)）設(shè)為works pace,表示竟統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出到工作區(qū)。Variable name （變量名）顯二：mm-張 I咅 E '' z rCfl zul-lir"-ZL-i - ?= imr T=-i 匚蘭 till TiTii-id -T- =7 zz-j:二 t- =壬-iT=Lzr.- th± T_； diti ?! - . . t . JtL Jt _ i c : "士七川二創(chuàng) t :認(rèn) I心:ifIhr 電匚1A：I £叮'

15、;*«&: :fdi二T：CtJZtiL :fi7zxc_: : :ZFr.r = z. Zbzz -s-t: r 二a- tc ztzt - i *:.：=«- "th.* vzr.-jiZE :z* x z - p；T.=.iz±_=r :r izI. :Ci i=;JtJ二二 zjii '匸二三*3 -uz* ci:tiiarz :f ZTazc-:z:cJ tn二n:k* Strz-bi zr -匚 liizitit二"tih- iik dt" sr-r±!51 atffirst|p:zrrr5

16、63;- 士11 r-:zitTazer-0： 7r：yjn圖 10 Error Rate Calculatio n參數(shù)設(shè)置2.4波形觀察模塊241調(diào)制、解調(diào)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(wú)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 magnitude-angle將調(diào)制信號(hào)分別在幅度和相角兩方面來(lái)觀察。圖11調(diào)制信號(hào)觀察模塊將 Comp lex to magn itude-a ngleout put 的 out put 參數(shù)設(shè)為 magn itude and an gle 表示同時(shí)輸出調(diào)制信號(hào)的幅度和相角。示波器sc

17、ope1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)孚 Bio匚応 Pr rar-ipr-?rs'：匚Dnoler to Mgiiluizlp匚ng ft7 7isr ; tLT-s-J- an£ CT rid:qn ?ni- ?w：二: rf teg:*r?hrLFajcH*LpS oc pc圖 12 Comp lex to Magnitude-Angle參數(shù)設(shè)置2.4.3

18、眼圖觀察模塊圖13解調(diào)信號(hào)觀察模塊242調(diào)制信號(hào)頻譜觀察模塊MJ二 TSpCt7FSoccfr圖14 GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜觀察模塊設(shè)置了坐標(biāo)丫的范圍為0到7，X的范圍為-Fs,Fs，Amplitude scaling表示幅度計(jì)算，選擇一般模式即以V為單位進(jìn)行計(jì)算。但Y 坐標(biāo)標(biāo)記 Y-axis title 設(shè)為 magnitude,dB轉(zhuǎn)換為dB形式。如圖15所示。耳 3lozk pmpLEte 廣匚 pectTJi 5 co pmi±d d;:f Lir "ha fahLtdffsrx733=玉 t： = ctc/ 4X：i-t L二F戈： 二西QU： J =二匚圖15 S

19、pectrum Scope參數(shù)設(shè)置圖20 MSK信號(hào)產(chǎn)生器3.1.2調(diào)制解調(diào)模塊Ciicr&Z'c-TirreEyu Ci353n-K c1圖16 GMSK調(diào)制解調(diào)信號(hào)眼圖觀察模塊。Traces dis played 貝U是Offset(sampie參數(shù)表示MATLAB在開始繪制眼圖之前應(yīng)該忽略的抽樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。Symbols per trace表示每徑符號(hào)數(shù)，每條曲線即成為一個(gè)“徑”要顯示的徑數(shù)。New traces per display是每次重新顯示的徑的數(shù)目。如圖 17所示。Q 寫Or #二Ar上m-Li監(jiān) 門：弋門嚴(yán)嚴(yán)可5嚴(yán)Fy- GHGrArT 心 門；、厶?'

20、;Ef- C?S* t- "a-<'' Trk':人i :;$3譏?。憾?£ i 囂丘E匚2兀匚:戡詰匚；« 二兒：S： sr=- i re- £iL二：iW；三二二si ： * = =UC|T 三占 tU- = 三1工匸：32 己三 T-ilLj±z iL£L：_L dl£：21 Lir.z 二土 tlzm iiii.cL：=：二二匚le'：L jZL二二iCi ' ：r二mm；u二 Jr Lti：LJ：=L：三圖 17 Discrete-Time Eye Diagram Sc

21、ope參數(shù)設(shè)置244星座圖觀察模塊PktSocpt星座圖展示了信號(hào)在空間的排列分步，即在噪聲環(huán)境下信號(hào)之間的最小距離。D U釦.It嗨三口二I卜阿三1帶苗Ift©® 鑲B'JCI:il. " dj- ir ：, ryi 卜-irr f 門卩耐時(shí) ecu -iTr11兀石圖19 GMSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真模型圖3 GMSK系統(tǒng)與MSK系統(tǒng)的性能比較 3.1 MSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)最小頻移鍵控(MSK)是恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，是2FSK的改進(jìn)調(diào)制方式，它具有波形連續(xù)，相位穩(wěn)定，帶寬最小并且嚴(yán)格正交的特點(diǎn)。以下是MSK各個(gè)系統(tǒng)的模塊介紹。其參數(shù)設(shè)置參照GMSK參數(shù)設(shè)置4。3.1.

22、1信號(hào)發(fā)生模塊11nEtF“|-B i" 3 丁11Ezmoblli mirgryBis« bard圖23 MSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真模型圖圖21 MSK調(diào)制解調(diào)模塊3.1.3誤碼率計(jì)算模塊3.1.4 MSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真模型圖列 V，i<"ih: rOit 畑Sf 自mil 胡erFtrrfTiJt3 g H尋I藥瞎甩匸 =Et=R'stsC alti,l5iizri圖22誤碼率計(jì)算模塊icsl勺創(chuàng)口>-10.0 unruj.3 S m 0參孫丨號(hào)S園.簽B'«b?r(TcHfJtW氓ady3.2 GMSK系統(tǒng)設(shè)計(jì) "- J

23、B L ：-"V=1 1 0 SFl 4 Fn t ViA S.im jiim Frrms: Tnric HFlr.D I H閶，Q二三電I二上 |】u 0I'Pooal三11團(tuán)固El參 居迥nsod?4 =Rpcy圖24 GMSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3.3 GMSK調(diào)制仿真誤碼性能的 M文件代碼=匚於 T LAHTypo rk'''<e>Tieafiicopi.i!n丈絆(F)編輯E立衣:代単丘© 工MQ)調(diào)試冋軸口 窗口阿勰助fH：蛋K XD d 總電1雪咼無(wú)Q©n "PZIL =xanpiloIiiKO=lZ( 0

24、000 ：2 -x5imula-tir>nTim*= 10.5 -xlnitialSeectSl ;4 -kT r ac eb ickLenf h=4;-x=0iLO;-yi-Jt.T -尹Ah；i -bt* 3;3 -for L=1 :length(x)11 -sSHT-x (0 .1L -Sim (*GI1SK');12 -yl ()-KErri)rRato (1);13 -end14 -bt=0.5;17 -fr L=1 ：lenglh(K)Id -xSNTfx【i) i17 =3ii r CH曲)；li -y：(i)-xEtrorRate fl):1J -end2J -e

25、smiLogytxyljy2, r;21 -sihMICSHRtdBe'J22 -/label (* Symbol Eiict Rate')2J -15cend(bt-0r 3'* bt-0> 5 )腳豐1行1列1槪寫/圖25 GMSK調(diào)制仿真誤碼性能的M文件3.4 GMSK系統(tǒng)與MSK系統(tǒng)的性能比較的 M文件代碼呂 慕斎帚 S, TiLA C?:曲 rkzc m * c. ei）11 回 S3文件f）籬®宜產(chǎn)C單元（Q訓(xùn)試同 瓢Q：宙口 M：糧如H； I E X1 -kEtizL： ia.lSccd=67 ;2 -K Ti a eb achLeng-t

26、 k=4 ;3 -Rh=l：DQn；4 -jr=C： 15;& -yi=x;fl -yg.?-3yBb(.l=2;a -b-t=0.4；9 -如 i=l：lein -xSWK=xCl);11 -sin 廠麗 SF);12 -ylCL)=i!ErrotXate(l);13 -endN -for i=l：1615 -i16 -弗；17 -72CL)=itErrnrRat*(1)；13 -end19 -semiiogy'x, yl,'t: f ZjyiZ20 -KlablC 2HR :tJB)')£1 -ylflib?! ( !;ymhol Etccr R$

27、t22 -23|W牟圖26 GMSK系統(tǒng)與MSK系統(tǒng)的性能比較的 M文件4 GMSK系統(tǒng)仿真 4.1仿真系統(tǒng)仿真是用模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。它是在不破壞真實(shí)系統(tǒng)環(huán)境的情況下,為研究系統(tǒng)的特性而構(gòu)造并運(yùn)行這種真實(shí)系統(tǒng)的模型的方法。仿真工作的目的就是在合理的構(gòu)造系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上， 采用有效的方案對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行評(píng)估。通常我們可以根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算；利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行波形級(jí)的仿真；或者通過(guò)用硬件構(gòu)成樣機(jī)進(jìn)行測(cè)量來(lái)對(duì)通信系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估。用基于公式的方法可以透徹的了解設(shè)計(jì)參數(shù)和系統(tǒng)的性能之間的關(guān)系。但是，除了一些理想的和過(guò)分簡(jiǎn)化的情況外，僅用解析的方法評(píng)估通信系統(tǒng)的性能是非常困難的。據(jù)評(píng)沽性能當(dāng)然是準(zhǔn)確可

28、信的方法。但是，其缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、開銷大、不靈活。這在早期的設(shè)計(jì)階段也顯得有些不合適。而將基于計(jì)算機(jī)仿真的方法用于性能評(píng)價(jià)，幾乎可 以按任意詳細(xì)程度的要求建立模型。而且可以很容易的將數(shù)學(xué)和經(jīng)驗(yàn)的模型結(jié)合起來(lái), 把測(cè)量的器件的特性和實(shí)際信號(hào)都組合到分析和設(shè)計(jì)當(dāng)中去。雖然在許多情況下，計(jì)算 機(jī)仿真是系統(tǒng)分析的一種較好的方法，特別是大多數(shù)具有隨機(jī)性的復(fù)雜系統(tǒng)無(wú)法用準(zhǔn)確 的數(shù)學(xué)模型并用解析方法求解時(shí)，仿真通常成為解決這類問(wèn)題的有力工具。但是，仿真 在實(shí)際應(yīng)用中還仍然不足之處。諸如，構(gòu)造和確認(rèn)仿真模型需要耗費(fèi)較多的時(shí)間：在初 步設(shè)計(jì)中，確認(rèn)復(fù)雜模型，可能會(huì)很困難;系統(tǒng)模型中往往有不少隨機(jī)變量，而在系統(tǒng)仿 真

29、時(shí)，受到樣本量的限制，使得仿真的精度受到限制。這些缺點(diǎn)，只有通過(guò)仔細(xì)的選擇 建模和仿真技術(shù)才能予以緩解。本文采取 MATLAB的Simulink仿真。4.2 GMSK調(diào)制與解調(diào)波形d AII. hIR -.rnnFl圄0 ft 垢517-51L_5.13ricie ulfsel 0圖27 GMSK調(diào)制信號(hào)幅度和相角波形comp lex to由于調(diào)制信號(hào)是一個(gè)復(fù)合信號(hào)，不能直接由示波器觀察，通過(guò)一magnitude-angle模塊將調(diào)制信號(hào)分為幅度和相角兩個(gè)變量來(lái)觀察。通過(guò)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(lái)看，相角連續(xù)，與理論符合。所以圖形基本正確。由圖

30、28中基帶信號(hào)（上）與解調(diào)信號(hào)波形（下）比較可得,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(shuō)明系統(tǒng)的調(diào)制性能較好，基本實(shí)現(xiàn)了解調(diào)的目的一一將調(diào)制信號(hào)還原為基帶信號(hào)。a II 曲 IIPPPIAES 曰a垢圖28 GMSK基帶信號(hào)與解調(diào)信號(hào)H Ol/SoectrjmFile Axjci Cl i3iiMcl&HrI J口 H回H話'HP -mp一二一丘2 J 6 0 QJJ圖29 BT=0.3的GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜簡(jiǎn)單的說(shuō)，任何信號(hào)（滿足一定的數(shù)學(xué)條件），都可以通過(guò)傅里葉變換而分解成一個(gè)直流分量和若干個(gè)正弦信號(hào)的和。每個(gè)正弦信號(hào)都有自己的

31、頻率和幅值，這樣，以頻率值作橫軸，以幅值作縱軸，把上述若干個(gè)正弦信號(hào)的幅值畫在其所對(duì)應(yīng)的頻率上，就 做出了信號(hào)的幅頻分布圖，也就是所謂頻譜圖。Fra-reFrecuency i<Hz|Q Ni :- " >5( ErI p Fr p pAw：t( Ch«itn*lc Window H«lp壬 七 鳥o 8 G£ o CjJ圖30 BT=0.5的GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜實(shí)驗(yàn)所得頻譜圖的主瓣與理論頻譜近似，只是頂端稍顯尖銳，不夠圓滑。ID-J-0 5-D4-0.3-0 2-0. i 00 10.20.30.405Ffane. 1S7Frequenoy

32、 iikH;|s -號(hào)二J 7 專無(wú)明顯差異，與GMSK調(diào)制信號(hào)的頻譜隨著BT的減小而變得緊湊起來(lái)的理論結(jié)果不符圖31 BT=0.9的GMSK調(diào)制信號(hào)頻譜比較圖29、圖30和圖31中頻譜，發(fā)現(xiàn)BT=0.3與BT=0.9得GMSK調(diào)制頻譜，并合，從而驗(yàn)證可能是系統(tǒng)的某些參數(shù)設(shè)置不太合理，導(dǎo)致得不到正確的結(jié)果。4.3 GMSK調(diào)制信號(hào)眼圖=I 回 £3Eye Oiagrim1生0,5G-0.5-11.553 'JOl/CrscrOi'P Tim© Eye 口心日pnr rile Axes Qlidlitd* WVilitloMV Iclp一-dlblv'

33、 u-Tiitb (tn41-%060-U.5J4Tiire (ms)z a串?dāng)_的大小和噪聲的強(qiáng)弱，有助于直觀地了解碼間串?dāng)_和噪聲的影響，評(píng)價(jià)一個(gè)基帶系圖32 BT=0.1時(shí)GMSK調(diào)制信號(hào)眼圖眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱。 眼睛張的越大，且眼圖越端正, 表示碼間串?dāng)_越?。环粗硎敬a間串?dāng)_越大。當(dāng)存在噪聲時(shí)，噪聲將疊加在信號(hào)上，觀察到的眼圖的線跡會(huì)變得模糊不清。若同 時(shí)存在碼間串?dāng)_，“眼睛”將張開得更小。與無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)的眼圖相對(duì)比，原來(lái)清晰端 正的細(xì)線跡，變成了比較模糊的帶狀線，而且很不端正。噪聲越大，線跡越寬，越模糊;碼間串?dāng)_越大，眼圖越不端正。眼圖對(duì)于展示數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)的

34、性能提供了很多有用的信息：可以從中看出碼間統(tǒng)的性能優(yōu)劣；可以指示接受濾波器的調(diào)整，以減少碼間串?dāng)_。(1)最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)在“眼睛”張開最大的時(shí)刻。(2)對(duì)定時(shí)誤差的靈敏度可以由眼圖斜邊的斜率決定。斜率越大，對(duì)定時(shí)誤差就越敏感。(3) 在抽樣時(shí)刻上，眼圖上下兩分支陰影區(qū)的垂直高度，表示最大信號(hào)畸變。(4) 對(duì)于利用信號(hào)過(guò)零點(diǎn)取平均來(lái)得到定時(shí)信息的接受系統(tǒng)，眼圖傾斜分支與橫軸相交的區(qū)域的大小，表示零點(diǎn)位置的變動(dòng)范圍，這個(gè)變動(dòng)范圍的大小對(duì)提取定時(shí)信息有重要的影響。分析：由圖中混亂的線條可知，BT=0.1時(shí)，眼圖“眼睛”睜開很小，失真嚴(yán)重, 系統(tǒng)碼間串?dāng)_較大。EyeUiagiamMd/'DkFy

35、p rkg-mm ropplAle 島牌f Cbinnelc Winro(M Help1.5/ IJ'八圖33 BT=0.3時(shí)GMSK調(diào)制信號(hào)眼圖 朗 熾P呈一任丘屯SEW-U- d gru一-ckJLfv"迢 EeJEQ分析：由圖中混亂的線條可知，BT=0.3時(shí)，眼圖“眼睛”睜開比圖32中大，但存 在過(guò)零點(diǎn)失真，仍然存在碼間串?dāng)_，但比 BT=0.1時(shí)好得多。NTtye UiagiarnTime (rnsj !Mr"/DisrrF*H-rim=匚尸 口冷卯白 0門討Fk Afts Chnnls Window Hflp5 昱ru_-ULIV詰壬匸_xxxx、x/v/A

36、xxxxxxX' 右耆已nlE石nnTime (ms)圖34 BT=0.9時(shí)GMSK調(diào)制信號(hào)眼圖分析：與圖33, 34相比較，圖34中眼圖最為清晰，眼睛睜開程度也較大，且眼圖端正，說(shuō)明碼間串?dāng)_較小。綜合上述分析，可知BT值越小，碼間串?dāng)_越大，這也是GMSK 體制的缺點(diǎn)。4.4 GMSK基帶信號(hào)星座圖GMSK基帶信號(hào)星座圖如下圖所示，分別為信噪比等于16及28時(shí)的星座圖。在通 信科技中星座圖展示了信號(hào)在空間的排列分步，即在噪聲環(huán)境下信號(hào)之間的最小距離。星座圖對(duì)于判斷調(diào)制方式的誤碼率有很直觀的效用。并且，由于頻率調(diào)制時(shí)，其頻率分 量始終隨著基帶信號(hào)的變化而變化，故而其基向量也是不停的變化，

37、而且，此時(shí)在信號(hào) 空間中的分量也為一個(gè)確定的量。所以，對(duì)于頻率調(diào)制一般不討論其星座圖。由圖可以 發(fā)現(xiàn)信噪比越大信號(hào)在空間的排列分布越緊湊。H NG；<；）i 1；：-etc fl imc3|ut 玄】pcLFt* A'-c ChiPnele Window/ Hr papn=JUN -1-三芒UE-月圖35 SNR=16時(shí)GMSK基帶信號(hào)星座圖IH r<Gldiczre：e-7irr e i<a：zer Plot ccp_Fl卩L 毎" Chan rl* Wind口w He中5 0 5 o 型 I二三一-dE丸- 5J右In-ptia ：u Arrii：lim

38、da圖36 SNR=28時(shí)GMSK基帶信號(hào)星座圖4.5 GMSK系統(tǒng)誤碼率曲線在BT=0.3、0.5時(shí)，對(duì)系統(tǒng)誤碼率進(jìn)行仿真。當(dāng) BT=0.3時(shí)，既可以使頻域帶寬很窄, 時(shí)域持續(xù)時(shí)間適當(dāng)，又使時(shí)域信號(hào)容易實(shí)現(xiàn)。H -i '2iu - Li Inic EditInsert Tools Dcstbo p W ndow HulpH 寫 k gQO® 套I DBI 10 bt=0 3 :M-O 5 10"in10'、*4云WSrJR(dRl910圖37 BT=0.3和BT=0.5 GMSK 系統(tǒng)誤碼率曲線仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)在BT=0.5時(shí)的誤碼率要低于BT=0.3時(shí)

39、的誤碼率。這表明GMSK調(diào)制信號(hào)的頻譜隨著BT的減小而變得緊湊的時(shí)候，GMSK調(diào)制信號(hào)的誤碼性能卻變得 越來(lái)越差?？梢?jiàn)，GMSK頻譜特性的改善是以誤碼率性能的下降為代價(jià)的。所以，在使用GMSK調(diào)試方式的時(shí)候，要同時(shí)考慮頻譜和誤碼性能要求，選取適當(dāng)?shù)腂T值。BT=0.3是個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，常用于實(shí)際工程。當(dāng)然GMSK信號(hào)誤碼率不僅取決于信噪比，還與 GMSK調(diào)制器參數(shù)Sample persymbol以及GMSK解調(diào)器參數(shù)Tracebacklength有關(guān)。增大這兩個(gè)參數(shù)值，其誤碼率將會(huì)降低。適當(dāng)改變這些參數(shù)并比較誤碼率性能的變化，從而弄清實(shí)際GMSK系統(tǒng)參數(shù)的確定依據(jù)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)通信系統(tǒng)的建

40、立、通信理論的深入分析研究起到很好的效果。4.6不同BT參數(shù)下的GMSK與MSK比較HI Figure Irik 匚cit View Ingd Teol? Desktep Window HopD浮H昌目丨巨口no-4 GMSKrjisK、:一進(jìn)A9. £ Q 亠、= 匕 v、-J思PC0u -oql-MS11) 124eSMRidB)圖 38 BT=0.2 的 GMSK與MSK比較從圖中可以看出，BT=0.2的性能比BT=0.4的差；BT=0.4的曲線比較接近MSK曲線；MSK曲線的性能較優(yōu)。2&8J E5rjR(d3GMSKMSKJl、 :、 -D浮0孕hl毀負(fù)翳酋丨遅DI

41、SIh 口=ll fij I 於圖39 BT=0.4的GMSK 與MSK比較從原理上說(shuō)，GMSK是MSK的改進(jìn)，GMSK頻譜在主瓣以外比MSK衰減得更快,而鄰路干擾小。但是，GMSK信號(hào)的頻譜特性的改善是通過(guò)降低誤碼率性能換來(lái)的。前 置濾波器的帶寬越窄，即BT值越小，輸出功率頻譜就越緊湊，誤碼率性能就變得越差。當(dāng)BT趨于無(wú)窮時(shí)，GMSK就蛻變?yōu)镸SK。雖然，圖中只比較了 BT=0.2和BT=0.4的曲線，但從趨勢(shì)上來(lái)看，BT的值越大，其曲線將越接近 MSK曲線。5總結(jié)我們?cè)跇?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(lái)對(duì)各調(diào)制，

42、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)。在本次專業(yè)課程設(shè)計(jì)中第一次接觸到 SimuLink，剛開始是一頭霧水毫無(wú)頭緒。后來(lái)經(jīng)過(guò)資料查閱逐漸了解了 SimuLink是MATLAB提供的用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包。設(shè)計(jì)中要求用SimuLink搭建GMSK調(diào)制與解調(diào)模塊、計(jì)算誤碼率, 并且繪制信噪比一一誤碼率曲線。第一星期內(nèi)，主要進(jìn)行了資料查詢及建模任務(wù)，先將各模塊參數(shù)均設(shè)為常數(shù)，對(duì)調(diào)制解調(diào)波形進(jìn)行觀察，分析器實(shí)際波形與理論波形間的差距以及產(chǎn)生誤差的原因。依次 采用分步進(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(guò)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)行下一功能模塊的搭建和調(diào)試。并在不斷出現(xiàn)錯(cuò)誤的過(guò)程中學(xué)會(huì)了應(yīng)用MATLAB的系統(tǒng)幫助。整個(gè)專業(yè)課程設(shè)計(jì)中遇到的最大問(wèn)題就是FFT頻譜儀的參數(shù)設(shè)置及仿真參數(shù)的設(shè)置，總是