GSM移动通信网络的系统仿真研究.doc

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1、GSM移动通信网络的系统仿真研究摘 要： 当前时代，科技迅猛发展，通信系统经历1G、2G、3G时代发展到了现在的4G。 GSM是当前全世界应用最广泛的移动电话标准，它的空中接口采用时分多址技术。GSM标准的广泛应用使用户可以在签署“漫游协定”的移动电话运营商之间轻松漫游。GSM是第二代移动通信系统，因为与之前的标准相比，GSM最大的不同是具有数字式的信令和语音信道。为了使GSM进一步完善，对GSM系统进行必要的设计和仿真是必不可少的。仿真环境在仿真过程中起着掌控全局的作用，Simulink软件凭借着直观化的图形化设计功能，当之无愧的成为最适合本次课题的仿真平台。本次课题的内容是在Simulin

2、k中仿真出GSM通信的全过程和研究其实现的原理。 在系统模型搭建中，对信号传输的全过程进行仿真，添加了在传输过程中信号所受到的干扰，还使用了增强系统的抗干扰能力的编码、调制技术。在Simulink设计窗口中详细设计了信源编码与解码、信道编码与解码、交织与解交织、调制及均衡等模块，并将这些模块统一设置然后连接成一个完整的系统，并使整个系统运行起来。将仿真过程完成之后再分析仿真结果，从而进一步对GSM进行优化和改善。 关键词：GSM网络，系统仿真，Simulink仿真ISimulation of GSM Mobile Communication SystemAbstract：The current

3、 era, the rapid development of science and technology, communication system experience 1G, 2G, 3G era developed to the current 4G. GSM is currently the worlds most widely used mobile phone standard, its air interface using time division multiple access technology. The widespread use of the GSM stand

4、ard allows users to easily roam between mobile phone operators who sign the Roaming Agreement. GSM is the second generation of mobile communication system, because compared with the previous standard, GSM is the biggest difference between the digital signaling and voice channels. In order to further

5、 improve the GSM, the GSM system to the necessary design and simulation is essential. Simulation environment in the simulation process plays a role in the overall control, MATLAB / Simulink software with a visual graphical design capabilities, deserved to become the most suitable for this topic simu

6、lation platform. The content of this topic is Simulink simulation in the whole process of GSM communication and research to achieve its principles. In the system model construction, the whole process of signal transmission simulation, added in the transmission process of the signal received by the i

7、nterference, but also to enhance the systems anti-jamming capability of the encoding, modulation technology. In the Simulink design window, the modules such as source coding and decoding, channel coding and decoding, interleaving and deinterleaving, modulation and equalization are designed in detail

8、, and these modules are set up and then connected into a complete system and the whole system is running The After the simulation process is completed, the simulation results are analyzed to further optimize and improve GSM. Keywords：GSM network，System simulation，Simulink simulation II目 录前 言1第一章 绪论2

9、 1.1 课题研究背景与意义2 1.2 国内外研究现状2 1.3 可行性分析与经济效益、社会效益分析3 1.4 论文内容安排3第二章 GSM系统概述5 2.1 概述5 2.2 GSM系统的结构6 2.3 GSM系统的无线接口7第三章 基于SIMULINK软件的GSM仿真9 3.1 SIMKLINK概述9 3.1.1 Simulink简介9 3.1.2 Simulink建立模型9 3.1.3 子系统及其封装技术10 3.2 GSM系统的流程10 3.2.1 信源与信源编码11 3.2.2 信道与信道编码11 3.2.3 交织12 3.2.4 信号调制12 3.2.5 信宿13 3.3 各模块功能

10、的实现13 3.3.1 信源编解码模块13 3.3.2 信道编解码模块14 3.3.3 交织、解交织模块14 3.3.4 调制、解调模块16 3.3.5 信道建模模块17第四章 GSM系统仿真设计19 4.1 信源编解码模块设计19 4.2 信道编解码模块设计20 4.3 交织、解交织模块设计27 4.4 调制、解调模块设计31 4.5 信道建模模块设计32第五章 仿真结果与分析34 5.1 仿真模型的建立34 5.2 仿真结果与分析35第六章 总结39致谢40参考文献41IV前 言GSM移动通信系统是第二代通信技术， 它使移动通信的格局发生了翻天覆地的改版，让移动通信向前进了一大步，GSM移

11、动通信系统的出现，标志着模拟通信时代已被淘汰，数字化时代正式进入历史舞台。GSM让地球变为地球村，通信全球化，在网络覆盖区域内，各地的用户都能用移动设备通信。当前时代，科技发展迅速，3G、4G的出现不断冲击原有产业，2G时代的GSM也遇到了不同程度的危机和挑战，但危机伴随着生机，GSM可随时代的进步不断完善。因此，深入研究GSM亟待进行。当今时代，科技发展日新月异，用户对现代通信的要求越来越高，这包括通信过程中的无误性、效率性和安全性与通信服务的多元化等。为了实现这一目标，愈来愈多国内外通信工作者都在对其网络系统结构进行仿真与优化。本文首先分析了GSM通信系统信号传输原理，利用Simulink

12、软件的直观化的图形化设计功能，对GSM通信过程进行仿真，省去了写代码程序编写的繁琐，只需要结合实际情况，将simulink的模块设计好并且写好各个元器件的参数，即可开始系统最终的仿真。第一章 绪论1.1 课题研究背景与意义GSM是Global System for Mobile Communication的缩写，中文名叫全球移动通信系统。因为开发数字蜂窝移动系统的机构在欧洲，所以GSM最开始泛指欧数字移动通信系统。发展到现在，GSM已成为当前全世界应用最广泛的移动电话标准，这归功于GSM的数字化技术。GSM标准的广泛应用使用户可以在签署“漫游协定”的移动电话运营商之间轻松漫游并且拥有可靠的通话

13、质量。全世界两百多个国家和地区十亿多人在使用GSM，为了给用户提供更好的服务，我们需要对GSM进行仿真，来发展优化GSM系统的网络结构，使GSM的服务变得多元化，紧跟当今时代科技的发展步伐，达到优化和改善GSM系统的目的。1.2 国内外研究现状欧洲提出的GSM标准在成功应用之后，众多的南美洲国家和亚洲国家也加入其中。GSM的成功应用使它成为了最完善的第二代移动通信系统，GSM广泛应用于全世界绝大多数国家的移动运营商中，全世界蜂窝移动通信设备市场的绝大部分都在使用GSM标准。在GSM的不断发展过程中，它的标准也在持续得到考证，也越来越完备。在1992年我国成功引入GSM系统后，GSM占据了我国大

14、部分通信市场。其稳定的通话质量和可靠的信号证明GSM完全可以承受我国的大量用户。不同频率的GSM900与DCS1800是我国选择的两种GSM网络系统模式。在国外，为了让用户能够平稳地切换2G、3G和4G，主要进行优化升级GSM系统与解决系统中出现的问题，研究如何在2G、3G和4G之间过渡并且使它们协调发展，还有如何在不同通信系统之间切换也是一个需要研究的问题，对GSM移动通信系统的研究也处于一个平稳阶段。1.3 可行性分析与经济效益、社会效益分析模拟语音信号通过GMSK调制，通道，GMSK解调等过程。 将最后传入接收端的信号与最开始传入输入端的信号放在一起对比，以及将各种情况下的误码率进行比较

15、与分析，再将不同信噪比下的误码率连接起来，将其制作成为星座图，便于分析结果。数字调制与模拟调制相比最大的不同是它具有离散取值的特点。从技术的角度来看，高斯最小频移键控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，GMSK）是GSM空中接口的重要组成部分，是从最小频移键控（Minimum Shift Keying，MSK）调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点在于数据流送到调制器前先通过一个高斯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1。在GSM移动通信系统中采用GMSK调制已被广泛应用。对于GSM通信系统，这种调制方式，它具有包络

16、稳定性，功率谱密度集中，带外功率谱密度下降和相邻信道干扰较小的优点。从经济角度看，电信业是国民经济的基础产业，通信市场有着巨大的投资机会和获利空间。从社会角度看，我国使用GSM移动通信系统的用户众多，为了给用户带来更好的通信体验，我们需要对其进行仿真研究。1.4 论文内容安排在本文中，我们使用Simulink软件来设计和模拟GSM系统。主要任务是使用Simulink搭建一个完整的仿真系统，再进行对比分析得出结论。第一章 介绍了GSM的相关信息和本文的内容概要。首先简要介绍GSM的背景和研究意义，然后介绍了GSM的国内外研究现状，最后介绍了GSM的可行性分析与经济效益、社会效益分析。第二章介绍了

17、GSM系统的结构。包括系统的结构和无线接口。第三章介绍了Simulink软件和通信系统的流程以及如何在Simulink中实现各模块。首先对Simulink进行简要的介绍，包括Simulink建模、仿真技术、子系统及其封装技术。然后介绍了GSM系统的原理与结构。最后详细介绍了如何在Simulink中实现GSM中各模块的功能。 第四章介绍了GSM各模块的仿真设计过程。这些模块包括：信源编解码模块，信道编解码模块，调制解调模块，交织解交织模块和信道建模模块。并且对各个模块的原理、实现的技术与过程、设计图、参数设置进行了详细的介绍。第五章介绍并分析仿真结果。将仿真模型统一建立好，开始仿真后得出结果，最

18、后进行分析。第六章总结了整个毕业设计的完成情况。 第二章 GSM系统概述2.1 概述半个世纪以前，移动通信开始发展，发展到后来，完善了移动蜂窝组网技术，系统能容纳大量用户。在上个世纪九十年代，数字移动通信系统诞生了，与此同时，欧洲制定设计的GSM系统出现了，1992年正式开始投入使用。“蜂窝思想”实际起源于一种实现无限系统容量的异想天开的设想。以往将高功率发射机建立在某一地区的最高点而产生的频道利用率有限的问题，在移动通信需求日益增长时显得格外明显，所以在40年代末期，蜂窝思想出现在贝尔系统的计划中，以重新构造移动无线通信系统的覆盖区来解决频率拥堵问题。将城市分成若干个小的类似等边六边形的覆盖

19、区域“小区”，给每个小区中心建立较低功率的发射机“基站”，而基站发射功率由小区半径来决定，这样构成了一种形似蜂窝的网络通信系统2。蜂窝思想的概念如下图1-1所示，图 1-1 蜂窝思想概念图上个世纪八九十年代，电话手机等通信设备发展迅速。发展到今日手机已被普遍的应用于日常生活中，全球各地用户都可以轻松进行通信，各种轻薄手机可以轻松拿在手中。90年代。随着移动通信用户数量的增加，用户对跨地区，跨国漫游以及各种增值服务要求也随之增加，同时数字通信系统发展也日趋成熟，欧洲的移动通信运营商开始考虑发展一种新型的数字移动通信系统，GSM移动系统也就应运而生3。2.2 GSM系统的结构GSM数字移动通信系统

20、主要由移动台（Mobile Station，MS）、无线基站子系统(Base Station Subsystem，BSS)、交换网路子系统（Network Switching Subsystem，NSS）和操作支持子系统（Operations Support System，OSS)四个部分组成。 （1）移动台MS用户设备简称MS，常指手机，即手持型，还有便携型和车载型。无论什么形态，都包含了处理语音信号和收发无线等功能的ME（移动设备）和包含了信息的SIM（用户识别模块）。 （2）基站子系统BSSBSC（基站控制器）和BTS（基站收发信台）为BSS的两个部分，可以管理无线信道和收发无线是连接N

21、SS和MS之间重要的一环。连接BSS与MS的无线接口后，通过无线网络，各个用户之间就可以接收和发送信息资源。 （3）交换网络子系统NSS交换功能是NNS的核心功能 ，还可以实现用户数据的存储管理功能、安全性管理功能、用户移动性管理功能等。为了确保通信过程中的稳定性、安全性、准确性等，NNS与BBS之间的交换使用专业的7号信令协议。 （4）操作支持子系统OSSOSS是一个综合的业务运营和管理平台,它可以管理各个用户和用户的设备，还可以保证网路的安全性。运营商通过OSS来策划商业活动结构体系，促进市场运营，还可以对自身成本进行调控，以至于通过OSS与其他运营商进行竞争，所以说对于运营商来说OSS是

22、至关重要的一个系统，管理层通过OSS来下发决策领导通信系统前进4。系统网络结构如图2-1所示，图2-1 GSM网络系统结构图图中，NSS中的HLR、EIR、MSC、AUC、VLR分别为归属位置寄存器、移动设备识别寄存器、移动业务交换中心、鉴权中心、拜访位置寄存器。其他通信网PLMN、PSTN、ISDN、PSPDN分别为公用陆地移动网、公共电话交换网、综合业务数字网、分组交换公共数据网。2.3 GSM系统的无线接口 GSM系统具有开放性，不同制造商生产的设备可以实现互操作。 GSM的网络接口如图2-2所示，图2-2 GSM网络接口图Sm接口是人机接口，是手机和SIM卡之间的接口。 Um接口，又称

23、空中接口，是MS与BTS之间的接口，MS通过Um接口完成与网络侧的通信。 Abis接口是BSC与BTS间的接口。 Abis接口支持向客户提供的所有服务，并且支持对BTS无线设备的控制和无线资源的分配。 A接口是BSC与MSC间的接口，是一个开放式接口。主要传递呼叫处理、移动性管理等信息。 B接口是MSC与VLR之间的接口。它的功能是查询和刷新关于移动台的位置。 C接口是MSC与HLR之间的接口。它的功能是将路由信息进行交换和管理。 D接口是HLR与VLR之间的接口。它的功能是用于交换位置信息与客户信息。 E接口是MSC与MSC之间的接口，当移动台在通话过程中从一个MSC区移动至另一个MSC区时

24、，为了使通话正常进行所进行的局间切换，以及将前一个MSC有关客户呼叫的有关信息传递给后一个MSC。 F接口是MSC与EIR之间的接口，EIR是号码识别模块，可以识别号码的地区。G接口是连接两个VLR之间的桥梁。 第三章 基于SIMULINK软件的GSM仿真3.1 SIMKLINK概述 3.1.1 Simulink简介Simulink是MATLAB中最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境5。不用编写大量复杂程序和代码，只需点击鼠标，即可将复杂的仿真系统建立出来。Simulink凭借着丰富的模块化工具和简便的封装技术，使仿真可视化、简洁化、直观化和集成化。Simulin

25、k具有以下优点： （1）可在Simulink中调用MATLAB算法； （2）系统内制定好了丰富的Simulink模块库，用户只需要进行添加即可； （3）只需要用鼠标点击图形编辑器，就可以将各个模块进行组合和管理； （4）使用S-函数，可通过非图形化的方式添加模块，用户可采用多种语言进行编写; （5）当设计的模型之间出现错误和偏差时，Simulink提供了非常简便的调试器和剖析器，可以对模型进行图像化的检查； （6）MATLAB可对模型搭建的环境，定义的信号参数与最终的仿真结果进行分析； 3.1.2 Simulink建立模型通过Simulink建立模型需要先建立一个模型窗口，然后通过Simuli

26、nk Library Browser即Simulink库浏览器进行添加模块，结合实际情况设置好参数并统一连接起来就成为一个完整的系统。1.建立模型窗口在MATLAB命令窗口中输入Simulink，可以看到新窗口Simulink Library Browser即Simulink库浏览器出现在桌面上，然后就可以创建一个新的模型窗口。用户也可以选择通过鼠标点击MATLAB主界面的快捷按钮来打开Simulink库浏览器。 2.建立模型系统内制定好了丰富的模块库，用户只需要进行添加即可。首先各模块建立完毕后，设置好参数，使用模拟线路将个模块连接起来，使其成为一个完整的系统。 3.1.3 子系统及其封装技

27、术1. 子系统的建立为了使系统简化，分层建构是个很好的办法，通过将复杂模型组合为子系统，将模型简化既能使保护内部不受无意识干扰，又能提供一个友好的用户接口。建立一个子系统，通常有两种方法。对于已经存在的模块，对其单击鼠标右键，点击“Create Subsystem”后即可建立子系统。对于未建立的模块，可直接从模型库中添加Subsystem到模型中。 2 .模块封装技术通过封装技术，可以使模块的性能更加标准与成熟，还可以为子系统的操作界面定制对话框和图标，使其变得独立。选中该子系统，用鼠标点击Edit后再点击Mask subsystem，然后使用封装编辑器设计好图标、对话框、文本即可。3.2 G

28、SM系统的流程信息的交换和传输的过程叫作通信。按照信道中传输信号的不同，通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，GSM系统为数字移动通信系统，传输的信号为数字信号。GSM系统的主要流程为信号从信息源发出、经过信源编码、信道编码、数字调制、同步、加密等过程，然后再通过数字解调、信道译码、解密、信源译码等一系列逆过程之后把信息传给受信者，这一系列过程中的系统叫做数字通信系统。GSM系统的流程如图3-1所示。图3-1 GSM系统流程图 3.2.1 信源与信源编码信源是通信的起点，分为模拟信号和数字信号。举个例子，听音乐时经过耳机的是模拟信号，GSM系统处理的信号是数字信号。在现代科技的信号处理中，数

29、字信号是必不可少的一环，复杂的信号处理几乎都要用到它。信源在Simulink中的模块如图3-2所示， 图 3-2 信源模块信源编码是为了降低信源输出序列中的冗余、提高传输效率对输入信息进行编码、优化和压缩使其符合传输的标准。编码的含义即对信息码进行编译，将必要的地方继承下来，由于多种信息难以直接进行传输，所以采用信源编码对信号进行处理与加工，使其适应传输环境，并且在保证准确性的同时使传输效率增加。信源编码在Simulink中的模块如图3-3所示， 图 3-3 信源编码模块 3.2.2 信道与信道编码信号由信道传输到接收端。信道是连接发送端和接收端的桥梁，存在于各种传输介质中。信道在Simuli

30、nk中的模块如图3-4所示， 图 3-4 信道模块差错控制是信道编码的主要功能。信号在传输过程中，会受到各种噪声的影响，最后产生差错。信道编码在信道里添加监督码元来保证安全性，最后于接收端按照对应的逆规律开始解码，从而查出差错与更正差错。信道编码在Simulink中的模块如图3-5所示， 图 3-5 信道编码模块 3.2.3 交织在通信过程中，持续时间较长的深衰落谷点引起相继一串的比特出现差错，干扰无线信道，衰落等常常导致突发脉冲串错误，使通信质量大打折扣6。采用交织技术可以使一条信息中的相继比特以非相继的形似进行传输，即使出现了比特差错，等到还原成相继比特后，差错比特的长度变得很短，这时候再

31、用纠正随机差错的编码技术将差错消除即可。交织采用的方法是将码字前后的排列顺序进行变更，不额外增加冗余比特，所以交织前和交织后的码速率是相同的。在GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为数据块的内部交织，第二次交织为数据块之间的交织。交织在Simulink中的模块如图3-6所示， 图 3-6 交织模块 3.2.4 信号调制信号调制是使高频信号的某些特征按照需要传输的模拟信号或数字信号而变化，从而更好的在信道里传输。因为需要传递的信号一般频率比较低而且频带宽且重叠。解调是调制的逆过程。模拟调制分为调频，调幅和相位调制，英文名分别是FSK，ASK，PSK。将这三种方法相组合，可以

32、得到多种调制技术，如ASK和PSK结合即为QAM，将FSK进行改进即为MSK，将MSK前面加入高斯低通预调制滤波器即为GMSK。GMSK调制技术已经发展到一个相当完善的程度了，需要的经济成本很低，经济收益高。信号调制在Simulink中的模块如图3-7所示， 图 3-7 信号调制模块图 3.2.5 信宿信宿就是信号的最终归宿，它的通信系统的终点，可以将通过数字解调、信道译码、解密、信源译码等一系列过程复原的原始信号转换成相应的信息。在通信系统的仿真过程中，为了对仿真结果观察的更加明了，可使最后的信息通过某种方式保存或显示出来。信宿在Simulink中的模块如图3-8所示， 图 3-8 信宿模块

33、3.3 各模块功能的实现 3.3.1 信源编解码模块1.信源编码模块信源编码是将从输入端传输进来的信息进行编码，使其适合在后续的通信系统中传输，并保证其完整性和安全性。在本模块中输入8KHz PCM 的语音信号，经过信源编码后传出13KHz 的语音编码信号。13kbit/s的RPE-LTP为GSM 系统中信源编码采用的技术，全名为规则脉冲激励长期预测编码7。编码方案过程如图 3-9 所示，图 3-9 信源编码方案 2.信源解码模块 信源解码方案是信源编码的逆过程。在本模块中输入13 KHz 信源编码信号，经过信源解码后传出8 KHz PCM 信号。 3.3.2 信道编解码模块1.信道编码模块信

34、道编码是为了消除与纠正通信过程中由噪声、干扰、衰落引起的误码现象。在通信过程中，各方面的影响都对通信的准确性造成干扰，比如内部和外部的噪声，信道传输中的干扰，通信使用的器件本身老化故障造成的干扰等等，如果不采取相应的措施来对这些误差进行修复，直接将其传输下去，会对信息的准确率造成很大的影响，因为系统本身没有任何检、纠错能力8。差错控制是信道编码的主要功能。信道编码在信道里添加监督码元来保证安全性，最后于接收端按照对应的逆规律开始解码，从而查出差错与更正差错。在本模块中输入13KHz 语音编码信号，经过信道编码后传出22.8KHz 卷积编码信号。2.信道解码模块Viterbi 译码算法是一种卷积

35、码的解码算法。同Viterbi 译码一样，卷积编码也是一种通信系统中经常使用的编码，可以很好的进行前向纠错。Viterbi 译码算法的复杂性随约束长度的增长呈指数增长9。在本模块中输入22.8 KHz 卷积码信号，经过信道解码后传出13 KHz 信源编码信号。 3.3.3 交织、解交织模块 1.交织模块在通信过程中，干扰无线信道，衰落等常常导致突发脉冲串错误，使通信质量大打折扣。采用交织技术可以使一条信息中的相继比特以非相继的形似进行传输，即使出现了比特差错，等到还原成相继比特后，差错比特的长度变得很短，这时候再用纠正随机差错的编码技术将差错消除即可。在本模块中输入22.8KHz 卷积编码信号

36、，经过交织后传出22.8 KHz 交织编码信号。在GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次在GSM系统中，信道编码后进行交织，交织分为两次，第一次交织为数据块的内部交织，第二次交织为数据块之间的交织。每20ms经过信道编码后携带456个比特，首先进行第一次交织，把456bit分为8组，每组57bit。如果插入普通突发脉冲序列中的两组57bit是同一20ms里的，那么该序列丢失会导致该20ms丢失1/4的比特。为了进一步降低通信的误码率，需要在两个话音帧间进行第二次交织。将20ms信号共456bit分成8组，每组为一个块，将两个不同20ms里的57bit分别插入A块和B块各一组，将

37、20ms中的8组分别插入8个不同普通突发脉冲序列中10。第二次交织原理如图3-11所示，第一次交织原理如图3-10所示，图 3-10 第一次交织过程图 3-11 二次交织过程2. 解交织模块解交织方案是交织方案的逆过程。在本模块中输入22.8 KHz 交织编码信号，经过解交织后传出22.8 KHz 卷积码信号。 3.3.4 调制、解调模块1.调制模块GSM 系统采用最小移频键控调制，即GMSK调制。它的产生方法是将高斯低通预调制滤波器添加到MSK的前面。GMSK调制技术已经发展到一个相当完善的程度了，需要的经济成本很低，经济收益高。在本模块中输入22.8 KHz 交织编码信号，经过调制后传出9

38、00MHz 22.8KHz 信号。GMSK信号的表达式为公式(3.1)： （3.1）2.解调模块解调是调制的逆过程。在本模块中输入900Mhz 22.8KHz 信号，经过解调后传出22.8 KHz 数字信号。其解调框图如图3-12所示， 图 3-12 GMSK解调流程图 3.3.5 信道建模模块在仿真中采用信道建模来模拟真实通信中的信道环境。在通信过程中，由于各方面的影响，信号的传播途径变得很多，每条路径的接受强度和时延都各不相同，它们相互作用引起衰弱的产生。瑞利衰落是最主要的衰弱之一，所以我们必须对其重视。多普勒频移是指在通信过程中，发送端和接收端的路程差在不断发生变化，导致频率与相位的不断

39、改变。在本模块中输入900Mhz 22.8KHz 信号，经过信道建模后传出900Mhz 22.8KHz 信号。本次仿真采用了 GSM05.05 中的信道模型11。多普勒频移概念如图 3-13所示，图 3-13 多普勒频移概念S为发送端，X到Y为接收端的移动情况，L为从S到X和S到Y的路径差，定义为公式(3.2)： （3.2） 相位变化定义为公式(3.3)： （3.3）多普勒频移计算方法如公式(3.4)： （3.4）公式中各参数：S为发送端，X到Y为接收端的移动情况，=c/f 是载波的波长。 本次仿真根据远郊地区（RA）设定信道模型参数。表1为远郊地区（RA）: 6路径信道模型参数12。表1 远

40、郊地区（RA）:6路径信道模型参数 Tap numberRelative time（s）Average relativepower（dB）Doppler spectrum(1)(2)(1)(2)10.00.00.00.0RICE20.10.2-4.0-2.0CLASS30.20.4-8.0-10.0CLASS40.30.6-12.0-20.0CLASS50.4-16.0CLASS60.5-20.0CLASS 第四章 GSM系统仿真设计4.1 信源编解码模块设计1.信源编码本次仿真中采用脉冲编码调制（Pulse-Code Modulation，PCM）编码方案。从输入端输入语音信号后，经过限幅模

41、块（Saturation）、Abs模块、A 律压缩器、Gain模块、量化器（Quanlizer）和二进制转换模块（Integer to Bit Converter），分别对信号进行-1,1的限幅、取绝对值、压缩、放大 127 倍、均匀量化和二进制化，最终产生 7 位的二进制码。另一分支的Relay模块对信号的极性正与负分别输出为0和1，与之前得到的七位编码组合得到八位PCM码，Relay模块的那一位作为八位编码的首位，最后从输出端Out1传出13。PCM语音编码模块图如图 4-1 所示，封装成的信源编码模块子系统如图4-2所示，图 4-1 信源编码模块图 4-2 信源编码模块子系统2.信源解码

42、 PCM编码的逆过程是PCM解码。八位PCM码通过ln1端口输入端传入，前7位编码由Bit to Interger Converter由二进制恢复成十进制，再通过Gain将其变为1/127倍，然后由A-Law Expander对其解压。另一分支的Relay模块对另一位的0和1分别输出正和负。与之前得到的信号相乘，恢复成原始信号，最后从输出端输出。PCM解码模块图如图 4-3 所示，封装成的信源解码模块子系统如图4-4所示，图 4-3 信源解码模块图 4-4 信源解码模块子系统4.2 信道编解码模块设计1. 信道编码信号经过信源编码，封装成了包含260bit的帧。根据对差错的敏感度，将260bi

43、t分成三个部分，其中50bit最重要收保护数据为Class1a,132bit重要收保护数据为Class1b，78bit不受保护数据为Class2。 （1）Class1a 这一级对差错最敏感。从MATLAB 函数提取50bit后，在Simulink中生成（53,50）分组码，因为需要从1a级的50bit中生成3个校检比特。然后用CRC 模块设置多项式g(D) = D3 + D + 1来添加冗余14。MATLAB 函数参数设置如图 4-5 所示，General CRC Generator参数设置如图 4-6 所示，Class1a模块如图 4-7 所示，封装成的Class1a模块子系统如图4-8所示

44、，图 4-5 提取Class1a参数设置图 4-6 一般 CRC 发生器参数设置图 4-7 Class1a模块图 图 4-8 Class1a模块子系统（2） Class1b 为了将接收器的寄存器设置到解码状态，需要在132bit后面添加四个零比特，这一操作在仿真中可用Zero Pad模块进行15，MATLAB 函数参数设置如图 4-9所示，零填充模块参数设置如图 4-10 所示，Class1b模块如图 4-11 所示，封装成的Class1b模块子系统如图 4-12 所示，图4-9 提取Class1b参数设置 图4-10 零填充模块参数设置 图4-11 Class1b模块图图4-12 Class

45、1b模块子系统 （3）CLass2Class2中的78bit 对差错最不敏感，因此不受保护数据，也不作编码处理。提取之后用Buffer2模块封装后输出即可。MATLAB 函数参数设置如图 4-13所示，Class2模块如图 4-14 所示，封装成的Class2模块子系统如图 4-15 所示，图4-13 提取Class2参数设置图4-14 Class2模块图图4-15 Class2模块子系统（4） 卷积、重排 将Class1a的53bit（50bit+3bit校验比特）与Class1b的136bit（132bit+4bit零比特）连接成189bit受保护数据，进行卷积编码后得到378bit，最后

46、与Class2的78bit连接成456bit。在仿真中可用矩阵连接模块（Matrix Concatenation）进行连接，卷积编码模块（Convolution Encoder）设置多项式g(D)=D4+D3+1和g(D)=D4+D3+D+1来进行卷积编码。Convolution Encoder参数设置如图 4-16所示，卷积编码模块如图 4-17 所示，封装成的卷积编码模块子系统如图 4-18 所示，完整的信道编码模块如图 4-19 所示，图4-16 卷积编码模块参数图图4-17 卷积编码模块图4-18 卷积编码模块子系统 图4-19 信道编码模块2.信道解码仿真中采用Viterbi 译码器模块进行信道解码。Viterbi Decoder模块如图 4-20 所示，Viterbi Decoder16模块参数设置如图 4-21所示，图4-2