基于MATLAB的GMASK仿真

1、 基 于 MATLAB 的 GMASK 仿 真 分 析课程名称：移动通信指导教师：李朝辉通信三班第六组课题组的分工或贡献： 2016年7月 基于MATLAB的GMASK仿真分析 （燕山大学信息科学与工程学院）摘要：本文主要利用MATLAB编程语言和SIMULINK可视化仿真工具，实现GMSK调制解调的仿真分析。连接了整体系统模型，分析了GMSK设计原理，然后分别对不同的功能模块进行了分析。最终成功绘制基带信号和解调信号的时域波形，已调信号的时域波形及频谱，在高斯信道和瑞利信道下分析误码率与信噪比和归一化带宽BT的关系。相比可知GMSK调制方式更优。关键字：GMSK 调制 解调 误码率正文：1.

2、 GMSK系统组成及工作原理1.1 GMSK 系统的组成 GASK 系统主要由信号产生模块、信号调制模块、信道、信道解调模块、误码率计算模块组成。 1.2 GMSK设计原理 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，得到已调信号，之后便将调制信号送入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。将进过信道的信号经过GMSK基带信号解调器模块，为计算系统误码率，则在解调器之后加一个误码率计算模块，误码率统计模块另一个输入端接到信号源处，将解调输出信号与原基带信号比较。1.3 GMSK简介及调制解调原理 高斯滤波最小频移键控（Gaussian Filtered

3、 Minimum Shift Keying - 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（Global System for Mobile communication）移动通信体制就是使用GMSK调

4、制方式1.3.1 GMSK调制原理 GSMK 调制基本原理就是让基带信号经过高斯低通滤波器，时基带信号形成高斯脉冲，之后进行MSK调制。滤波器是高斯低通滤波器，它的输出直接对VCO（频率调制器）进行调制，以保持已调包络恒定和相位连续。 1.3.2 GMSK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，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。2. GSMK系统功能模块设计2.1 信

5、号产生模块 因为GMSK信号只需要满足非归零数字信号即可，因此设计中选择了Bernoulli Binary Genertor 来产生一个二进制序列作为输入信号，即原基带信号。 2.2 GMSK调制模块GMSK Modulator Baseband 是GMSK基带调制模块，对基带信号进行调制，形成已调信号。 2.3 GMSK信道模块2.3.1 高斯信道输入的是经过调制信道输出的已调信号，输出经过高斯信道的调制信号。AWGN Channel 为加性高斯白噪声信道。 2.3.2 锐利信道 输入的是经过调制器输出的调制信号，输出的是经过瑞丽信道后的信号。Multipath Rayleigh Padin

6、g Channel 为锐利信道。 2.4 解调模块 输入的是经过信道的信号，输出的是解调信号。GMSK Demodulator Baseband 是GMSK 基带解调信号。 2.5 误码率模块 有两个输入端，一个是基带信号，另一个是解调输出信号，输出误码率。 2.6 调制观察模块 此模块包括频谱观察模块、调制信号的幅值和相位观察模块。因为调制信号是复合信号，所以必须经过转换后才能用示波器观察其波形。 2.7 基带信号与解调信号的比较模块 输入的是信号发生器输出的基带信号与解调器输出的解调信号。 2.8 总体电路图高斯信道电路图瑞利信道电路图3. 调试与结果分析3.1 运行在不同的信噪比下得到了

7、相应的误码率曲线 由图可见，随着信噪比的变化瑞利信道的误码率非常平稳，可见调制特性非常不好，而另一条曲线是通过高斯白噪声信道的误码率，明显比前者平滑且下降明显，说明采用高斯白噪声信道所的调制特性更好。比较可见，GMSK调制曲线更为平滑，所以二种方式里GMSK调制性能更好。3.2 运行在不同的BT值时的误码率曲线图 分别测试了BT 值为 0.1，0.3,0.6 对应的误码率。可以看到不同BT值其误码率差别并不大。随着信噪比的增大，BT=0.3和BT=0.6时性能基本一致，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。可以看到瑞利信道误码率较高，不同BT值其误码率差

8、别也不大。随着信噪比的增大，误码率有所降低，要达到规定的误码率要求，对带宽的要求较高。3.3 GMSK 调制图3.3.1 调制信号的时域波形： 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complex to magnitude-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。3.3.2 调制信号的频域波形：3.4 解调后信号与基带信号比较： 由图可见，原基带信号（上）与解调输出信号（下）比较，解调输出的信号相对于原基带信号有一些时延外，图形基本一致，可知解调性能较好，实现了解

9、调的目的，可将调制信号还原成基带信号。4.总结 当接到老师给的三级项目的题目时，对于GMSK 的知识并不是很熟悉，只是在之前的专业课中有一些比较片面的了解，但是经过小组成员共同努力查找资料，对GMASK才有了更深一层次的理解。然后就是对系统各个模块的理解与设计，通过大量的资料查找，多次尝试以及对不同模块参数的修改，才输出比较理想的波形。总之，经过这次三级项目的准备过程，不仅让我们对GMSK知识更加的理解，也熟悉了对MATLAB 软件的应用，大家共同努力下实现了课题要求，受益匪浅。5. 参考文献1 樊昌信 曹丽娜 通信原理. 北京：国防教育出版社，2006年.2 邓华. MATLAB 通信仿真及

10、应用实例详解. 北京：人民邮电出版社，2003年9月.3 李贺冰. Simulink 通信仿真教程. 北京：国防教育出版社，2007年8月.4 邵玉斌. Matlab/Simulink 通信原理系统设计建模与仿真实例. 北京：清华大学出版社，2008年附录：程序%BT=0.1 瑞利误码率x=0:10;y=x;BT=0.1;%归一化带宽BT=0.1for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('cjq',);    y(i)=ko(1);endsemilogy(x,y,'r');grid on;%加网格ho

11、ld on;%保留当前图形%BT=0.3x=0:10;y=x;BT=0.3;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('cjq',);    y(i)=ko(1);endsemilogy(x,y,'bd');%bd表示蓝色的菱形grid on;hold on;%BT=0.6误码率x=0:10;y=x;BT=0.6;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('cjq',);    y(i)=ko(1);endsemilogy(

12、x,y,'*');%用*绘制误码率曲线grid on;xlabel('瑞利信道中的信噪比/dB');ylabel('误码率');%曲线标识legend('BT=0.1','BT=0.3','BT=0.6');%BT=0.1 gmsk误码率x=0:10;y=x;t=0.1;%归一化带宽BT=0.1for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('m',); y(i)= ErrorVec (1);%获取误码率endsemilogy(x,y,'r');gri

13、d on;%加网格hold on;%保留当前图形%BT=0.3 gmsk误码率x=0:10;y=x;t=0.3;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('m',); y(i)= ErrorVec (1);endsemilogy(x,y,'bd');%bd表示蓝色的菱形grid on;hold on;%BT=0.6误码率x=0:10;y=x;t=0.6;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('m',); y(i)= ErrorVec(1);endsemilogy(x,y,'*');%用*绘制误码率曲线grid on;xlabel('高斯信道中的信噪比/dB');ylabel('误码率');%曲线标识legend('BT=0.1','BT=0.3','BT=0.6'); %瑞丽信道误码率x=0:10;y=x;BT=0.3for i=1:length(x)    xSNR=x(i);    sim('cjq',)