最新整理基于MATLAB的GMSK调制解调实验.docx

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最新整理基于MATLAB的GMSK调制解调实验

（完整）基于MATLAB的GMSK调制解调实验

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本科课程设计说明书

题目：

基于Matlab的GMSK调制与解调

院（部）:

信息与电气工程学院

专业:

通信工程

班级：

姓名：

学号：

指导教师:

完成日期：

附录一：

程序

附录二:

建模图

摘要

高斯滤波最小频移键控（GMSK）系统的特点是在MSK（最小移频键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器进行预调制滤波,因此GSMK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移动通信体制就是使用GMSK调制方式。

本文主要在瑞利信道下，通过在Matlab中的Simulink建立仿真模型进行仿真研究。

并通过观察GMSK系统调制、解调信号的的波形、频谱图、眼图和误码率曲线，从而验证GMSK系统较为良好的性能.

关键词：

GMSK，瑞利信道，SimuLink仿真,误码率曲线

第1章设计要求

1.1设计内容：

学习GMSK系统的传输原理，并使用Simulink搭建GMSK系统的调制与解调模块，利用高斯信道模块来模拟信号传输仿真，用示波器观察各点波形，通过与理论波形的对比，验证电路的正确性。

1.2设计要求：

1。

观察基带信号和解调信号波形；

2。

观察已调信号频谱图

3。

分析调制性能和BT参数的关系.

第2章GMSK调制与解调系统

2。

1GMSK系统的介绍

高斯滤波最小频移键控（GaussianFilteredMinimumShiftKeying—GMSK）调制技术是从MSK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss滤波器（预调制滤波器）进行预调制滤波,以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量,使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。

由于数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用,如现在广泛使用的GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移动通信体制就是使用GMSK调制方式。

2。

2GMSK系统的设计原理

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［1]。

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。

GMSK系统原理框图如图2.1所示:

信号产

生模块

频谱仪

示波器

解调模块

信道

调制模块

图2。

1GMSK调制与解调系统原理框图

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,其后接一个误码率统计模块（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。

2。

2.1GMSK调制原理

调制原理图如图2.2所示,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。

高斯低通

滤波器

频率调制器

（VCO）

非归零自序GMSK已调信号

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［2]：

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。

2.2。

2GMSK解调原理

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。

判决器

带通滤波器

鉴频器

限幅器

GMSK信号数据

图2。

3GMSK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。

所选库模块模型如图2。

4中所示。

图2。

4系统SimuLink仿真模型图

第3章GMSK系统功能模块设计与结果分析

3。

1GMSK系统的功能模块设计

3.1。

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［3］。

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200表示随机数种子为200；sampletime为1/10表示抽样时间即每个符号的持续时间为0.1s。

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。

1。

2调制与解调模块

图3。

2GMSK调制解调模块

GMSKModulatorBaseband为GMSK基带调制模块［4］，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16,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。

1.3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ErrorVec。

3。

1.4波形观察模块

调制、解调信号观察模块如图3。

4和图3.5所示：

图3。

4调制信号观察模块

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.

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

调制信号频谱观察模块如图3。

6所示：

图3。

6GMSK调制信号频谱观察模块

设置了坐标Y的范围为—30到5，X的范围为［0,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。

眼图观察模块如图3.7所示：

3.2GMSK系统结果分析

3.2。

1GMSK调制与解调波形

图3。

1GMSK调制信号幅度和相角波形

由于调制信号时一个复合信号，不能直接由示波器观察，通过一complextomagnitude—angle模块将调制信号分为幅度和相角两个变量来观察.通过幅度的波形（上）和相角波形（下）验证了GMSK的幅度不变，由相角波形来看，相角连续，与理论符合.

图3。

2GMSK基带信号与解调信号

由图3.2中基带信号（上）与解调信号波形（下）比较可得，其由起始码元到最后一个码元，发现调制信号波形从第四个码元开始与基带信号完全符合,说明系统的调制性能较好，基本实现了解调的目的-—将调制信号还原为基带信号。

图3.3BT=0.3的GMSK调制信号频谱

由图3.3可知,除了顶端稍显尖锐和不够圆滑,实验所得频谱图的主瓣与理论频谱近似。

3.2。

2GMSK调制信号眼图

图3。

6BT=0.3

分析：

由图中混乱的线条可知，BT=0.3时，眼图“眼睛”睁开较大，但存在过零点失真，存在码间串扰.

图3.8信噪比为0：

10的不同模块的误码率

图3.8中＊标识的是瑞利信道的误码率曲线,近似水平线，可见调制特性非常不好,而其余两条曲线都是通过高斯白噪声信道的误码率，明显的比前者平滑且下降现象明显，说明采用高斯白噪声信道所得调制特性更好；而实线和菱形标识的是分别是GMSK、MSK的误码率曲线，比较可见GMSK调制曲线更为平滑.所以三种方式里面GMSK的调制性能最好。

图3。

9不同BT值时的GMSK误码率曲线

在BT=0。

2、0。

3、0.7时，对系统误码率进行仿真.比较三条曲线，可以看到其差别并不大。

结果表明:

不同BT值的信号调制性能差别不大。

随着信噪比的增大,BT=0。

2与BT=0。

3的系统性能基本一致。

当BT=0。

3时,既可以使频域带宽很窄，时域持续时间适当，又使时域信号容易实现.

第4章结论

GMSK系统让基带信号先经过高斯滤波器滤波，使基带信号形成高斯脉冲,之后进行MSK调制。

由于滤波形成的高斯脉冲包络无陡峭的边沿，亦无拐点,所以经调制后的已调波相位路径在MSK的基础上进一步得到平滑，它把MSK信号的相位路径的尖角平滑掉了，因此频谱特性优于MSK和FSK。

GMSK已确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式.

本文主要研究了高斯滤波最小频移键控（GMSK）调制与解调系统的设计与实现，同时仿真结果验证了其正确性。

文中先介绍GMSK调制与解调系统的原理，然后在Matlab的Simulink中逐个实现信号发生模块、调制与解调模块、误码率计算模块和波形观察模块的建立。

然后通过Simulink建立系统模型进行仿真和实验调试。

最后通过对GMSK系统调制、解调信号的波形、频谱图、眼图和误码率曲线的分析验证了GMSK系统良好的性能。

参考文献

［1］李建东等《移动通信》西安电子科技大学出版社

［2]樊昌信《通信原理教程》电子工业出版社

[3]赵鸿图等《通信原理MATLAB仿真教程》人民邮电出版社

附录一：

程序

%gmsk误码率

x=0:

10；

y=x；

TracebackLength=7;%回溯长度

fori=1:

length（x）

xSNR=x（i）；

sim（'gmsk_error’）；

y（i）=xErrorRate

（1）;％获取误码率

end

semilogy（x,y,'r’）;

gridon；％加网格

holdon；％保留当前图形

%msk误码率

x=0:

10；

y=x;

TracebackLength=4;

fori=1：

length（x）

xSNR=x（i）;

sim（'msk_error’）;

y（i）=xErrorRate

（1）;

end

semilogy（x，y，’bd'）；%bd表示蓝色的菱形

gridon；

holdon；

%瑞丽信道误码率

x=0:

10;

y=x;

TracebackLength=4;

fori=1:

length（x）

xSNR=x（i）;

sim（’ruili_error’）；

y（i）=xErrorRate

（1）；

end

semilogy（x,y,'*'）;％用*绘制误码率曲线

gridon；

xlabel（'高斯信道中的信噪比/dB'）；

ylabel（’误码率'）；

％曲线标识

legend（'gmsk误码率曲线',’msk误码率曲线','＊瑞丽信道误码率曲线'）;

附录二：

建模图