2022年基于MATLAB的GMSK系统的设计仿真.pdf
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1、基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真课程设计报告题目:基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真学生姓名 : 学生学号 : 系别: 专业: 届别: 指导教师 : 基于 MATLAB的 GMSK 系统的设计仿真1 课程设计的任务与要求1、1 课程设计的任务(1)加深对 GMSK 基本理论知识的理解。(2)培养独立开展科研的能力与编程能力。(3)通过 SIMULINK对 GMSK 调制系统进行仿真。1、2 课程设计的要求(1)观察基带信号与解调信号波形。(2)观察已调信号频谱图。(3)分析调制性能与 BT 参数的关系。(4)与 MSK 系统的对比。1、3 课程设计的研究基础调制原
2、理图如图 1,图中滤波器就是高斯低通滤波器,它的输出直接对 VCO进行调制 ,以保持已调包络恒定与相位连续2。高斯低通滤波器频率调制器(VCO)非归零数字序列GMSK已调信号图1 GMSK 调制原理图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真为了使输出频谱密集 ,前段滤波器必须具有以下待性: 1、窄带与尖锐的截止特性 ,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
3、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面积对应pi/2 的相移。调制指数为1/2。前置滤波器以高斯型最能满足上述条件,这也就是高斯滤波器最小移频键控(GMSK) 的由来 1。GMSK 本就是 MSK 的一种 ,而 MSK 又就是就是 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。我们在构建数字通信系统的模型后,利用计算机仿真作为分析手段,对在不同的通信环境下设计方案的误码性能进行定量分析,用来对各调制 ,解调方案性能进行评估。由于GMSK 信号具有良好的频潜效
4、率、以及恒包络性质,因而广泛的应用于移动通信系统。高斯最小频移键控(GMSK)由于带外辐射低因而具有很好的频谱利用率,其恒包络的特性使得其能够使用功率效率高的C 类放大器。这些优良的特性使其作为一种高效的数字调制方案被广泛的运用于多种通信系统与标准之中。如上所述,GMSK 有着广泛的应用。 因此,从本世纪 80 年代提出该技术以来 ,广大科研人员进行了大量的针对其调制解调方案的研究。GMSK 非相干解调原理图如图2,图中就是采用 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2。带通滤波器限幅器GMSK 信号判决器数据图 2 GMSK 解调原理图2 GM
5、SK 系统设计2、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。图 3 GMSK 信号产生器精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真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
6、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 time为 1/1000,则码元个数为 10000 3。如图 4 所示。图 4 Bernoulli Binary Generator参数设置2、2 调制解调模块图 5 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
7、信号时二进制信号(0 或 1)。BT product 为 0、3 表示带宽与码元宽度的乘积。其中B 就是高斯低通滤波器的归一化3dB 带宽,T 就是码元长度。当BT=时,GMSK 调制信号就变成 MSK 调制信号。 BT=0、3 就是 GSM 采用的调制方式。 Plush length 则就是脉冲长度即GMSK 调制器中高斯低通滤波器的周期,设为4。Symbol prehistory 表示 GMSK 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
8、 调制器产生的输出信号的抽样点数为13。如图 6 所示。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真AWGN Channel 为加性高斯白噪声模块 ,高斯白噪声信道的Mode 参数设置为 Signal to noise(SNR),表示信道模块就是根据信噪比SNR 确定高斯白噪声的功率 ,这时需要确定两个参数 :信噪比与周期。而将 SNR 参数设为一个变量xSNR 就是为了在 m 文件中编程 ,
9、计算不同信噪比下的误码率,改变 SNR 即改变信道信噪比。如图7 所示。GMSK Demodulator Baseband 就是 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。如图8所示。图 6 GMSK Modulator Baseband参数设置精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页,共 26 页 -
10、- - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真图 7 AWGN Channel参数设置图 8 GMSK Demodulator Baseband参数设置2、3 误码率计算模块精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真图 9 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 TracebackL
11、ength+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 frame(帧计算模块 ),表示错误率统计模块对发送端与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 )则就是设置m 文件中要返回的参数的名称,设为 xErrorRate。如图 10所示。图 10 Error Rate Calculation参数设置2、4 波形观察模块2、4、1 调制、解调
12、信号观察模块因为 GMSK 调制信号就是一个复合信号,所以只用示波器 (Scope)无法观察到调制波形,所以在调制信号与示波器间加一转换模块Complex to magnitude-angle将调制信号分精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真别在幅度与相角两方面来观察。图 11 调制信号观察模块将 Complex to magnitude-angleoutput的 output 参数设为
13、 magnitude and angle, 表示同时输出调制信号的幅度与相角。 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3。如图 12 所示。图 12 Complex to Magnitude-Angle参数设置图 13 解调信号观察模块2、4、2 调制信号频谱观察模块图 14 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
14、 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。如图 15 所示。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真图 15 Spectrum Scope 参数设置2、4、3 眼图观察模块图 16 GMSK 调制解调信号眼图观察模块Offset
15、(sample)参数表示 MATLAB 在开始绘制眼图之前应该忽略的抽样点的个数。Symbols per trace表示每径符号数 ,每条曲线即成为一个“径” 。Traces displayed 则就是要显示的径数。 New traces per display 就是每次重新显示的径的数目。如图17 所示。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真图 17 Discrete-Time Eye
16、 Diagram Scope参数设置2、4、4 星座图观察模块图 18 GMSK 调制解调星座图观察模块星座图展示了信号在空间的排列分步,即在噪声环境下信号之间的最小距离。2、4、5 GMSK 系统设计仿真模型图图 19 GMSK 系统设计仿真模型图3 GMSK 系统与 MSK 系统的性能比较3、1 MSK 系统设计最小频移键控 (MSK)就是恒定包络调制技术,就是 2FSK 的改进调制方式 ,它具有波形连续 ,相位稳定 ,带宽最小并且严格正交的特点。以下就是MSK 各个系统的模块介绍。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - -
17、- - - - - - -第 9 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真其参数设置参照 GMSK 参数设置4。3、1、1 信号发生模块图 20 MSK 信号产生器3、1、2 调制解调模块图 21 MSK 调制解调模块3、1、3 误码率计算模块图 22 误码率计算模块3、1、4 MSK 系统设计仿真模型图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 G
18、MSK 系统的设计仿真图 23 MSK 系统设计仿真模型图3、2 GMSK 系统设计图 24 GMSK 系统设计图3、3 GMSK 调制仿真误码性能的M 文件代码精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真图 25 GMSK 调制仿真误码性能的M 文件3、4 GMSK 系统与 MSK 系统的性能比较的M 文件代码精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎
19、下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真图 26 GMSK 系统与 MSK 系统的性能比较的M 文件4 GMSK 系统仿真4、1 仿真系统仿真就是用模型代替实际系统进行试验。它就是在不破坏真实系统环境的情况下,为研究系统的特性而构造并运行这种真实系统的模型的方法。仿真工作的目的就就是在合理的构造系统模型的基础上,采用有效的方案对系统的性能进行评估。通常我们可以根据公式进行计算;利用计算机进行波形级的仿真;或者通过用硬件构成样机进行测量来对通信系统性能进行评估。用基于
20、公式的方法可以透彻的了解设计参数与系统的性能之间的关系。但就是 ,除了一些理想的与过分简化的情况外,仅用解析的方法评估通信系统的性能就是非常困难的。根据设计样机时得到的测量数。据评沽性能当然就是准确可信的方法。但就是,其缺点就是费时、开销大、不灵活。这在早期的设计阶段也显得有些不合适。而将基于计算机仿真的方法用于性能评价,几乎精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页,共 26 页 - - - - - - - - - - 基于 MATLAB 的 GMSK 系统的设计仿真可以按任意详细程度的要
- 配套讲稿:
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