GMSK調(diào)制與解調(diào)在不同的信道

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目 錄第一章 設(shè)計要求3 1.1 設(shè)計內(nèi)容.3 1.2 設(shè)計要求.3第二章 GMSK系統(tǒng)的組成及工作原理.4 2.1 GMSK系統(tǒng)的組成.4 2.2 GMSK設(shè)計原理.4 2.3 GMSK簡介及調(diào)制解調(diào)原理.5 2.3.1 GMSK調(diào)制原理.5 2.3.2 GMSK解調(diào)原理.6第三章 GMSK系統(tǒng)功能模塊設(shè)計.7 3.1 系統(tǒng)模塊.7 3.1.1 信號產(chǎn)生模塊.7 3.1.2 GMSK調(diào)制模塊.8 3.1.3 信道模塊.9 3.1.3.1 高斯信道.9 3.1.3.2

2、銳利信道.10 3.1.4 解調(diào)模塊.11 3.1.5 誤碼率模塊.11 3.2 GMSK系統(tǒng)觀察模塊.12 3.2.1 調(diào)制觀察模塊.12 3.2.2基帶與解調(diào)信號的比較模塊.13第四章 調(diào)試與結(jié)果分析.14 4.1 調(diào)試分析.14 4.2 調(diào)試結(jié)果分析.15 4.2.1 運(yùn)行在不同的信噪比的情況下得到了相應(yīng)的誤碼率曲線.15 4.2.2 運(yùn)行在不同的BT值時的誤碼率曲線圖 .15 4.2.3 GMSK調(diào)制圖.16 4.2.4 GMSK調(diào)制后的頻譜.17 4.2.5 解調(diào)后的信號與基帶信號的比較.18結(jié)論.19參考文獻(xiàn).20附錄一：高斯與銳利的程序.21附錄二：不同BT下的誤碼率程序.22附

3、錄三：simulink總圖.24第一章 GMSK設(shè)計要求1.1 設(shè)計內(nèi)容：通過腳本編程或者SIMULINK對BT=0.3的GMSK調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真；1.2 設(shè)計要求：1. 觀察基帶信號和解調(diào)信號波形；2. 觀察已調(diào)信號頻譜圖 3.分析調(diào)制性能和BT參數(shù)的關(guān)系。提高要求：1.將高斯信道改為銳利信道 2.觀察已調(diào)信號頻譜圖 3.觀察誤碼率曲線第二章 GMSK系統(tǒng)的組成及工作原理2.1 GMSK系統(tǒng)的組成GMSK系統(tǒng)主要由信號產(chǎn)生模塊、信號調(diào)制模塊、信道、信號解調(diào)模塊、誤碼率計算模塊組成。在圖形觀察方面還包含頻譜儀、示波器和眼圖繪制模塊。本系統(tǒng)由信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個二進(jìn)制序列，再經(jīng)過調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，

4、之后便將調(diào)制信號送入一信道，經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)得到解調(diào)信號。為計算系統(tǒng)誤碼率，則在調(diào)制器后加一誤碼率計算模塊，計算誤碼率。圖2.1 系統(tǒng)的組成框圖2.2 GMSK設(shè)計原理 在設(shè)計中，選用貝努力二進(jìn)制序列產(chǎn)生器來產(chǎn)生器（Bernoulli Binary Generator）產(chǎn)生一個二進(jìn)制序列，將序列送入GMSK基帶調(diào)制器模塊（GMSK Modulator Baseband）中得到已調(diào)信號，再將已調(diào)信號送入一個加性高斯白噪聲信道，將信噪比設(shè)為一個變量，用于繪制信噪比誤碼率曲線。解調(diào)階段則將通過加性高斯白噪聲信道（或銳利信道）的信號輸入GMSK基帶解調(diào)器模塊（GMSK Demodulator Baseb

5、and）中，其后接一誤碼率統(tǒng)計模塊（Error Rate Calculation），且誤碼率統(tǒng)計模塊另一輸入端接至源信號處。而用示波器觀察解調(diào)波形并與源信號波形進(jìn)行比較。因?yàn)橐颜{(diào)信號是一復(fù)合信號，所以要用complex to Magnitude-Angle 模塊，再用示波器分別觀察其幅度與相角（或者說用complex to Real-Imag模塊，后用示波器分別觀察其調(diào)制后的信后）。另外還用頻譜儀觀察了已調(diào)信號的頻譜。2.3 GMSK簡介及調(diào)制解調(diào)原理 高斯濾波最小頻移鍵控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying - GMSK）調(diào)制技術(shù)是從MSK（Mini

6、mum Shift Keying）調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種數(shù)字調(diào)制方式，其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流送交頻率調(diào)制器前先通過一個Gauss濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波，以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時頻道間距可以變得更緊密。由于數(shù)字信號在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過濾，因此GSMK調(diào)制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動通信中得到了廣泛使用，如現(xiàn)在廣泛使用的GSM（Global System for Mobile communication）移動通信體制就是使用GMSK調(diào)制方式。2.3.1 GMSK調(diào)制原理 GM

7、SK調(diào)制的基本原理是讓基帶信號先經(jīng)過高斯濾波器濾波，使基帶信號形成高斯脈沖，之后進(jìn)行MSK調(diào)制。 調(diào)制原理圖如圖2.2，圖中濾波器是高斯低通濾波器，它的輸出直接對VCO進(jìn)行調(diào)制，以保持已調(diào)包絡(luò)恒定和相位連續(xù)。圖2.2 GMSK調(diào)制原理圖為了使輸出頻譜密集，前置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)制器輸入信號中的高頻分量；2）脈沖響應(yīng)過沖量小，以防止FM調(diào)制器瞬時頻偏過大；3）保持濾波器輸出脈沖響應(yīng)曲線下的面積對應(yīng)丁pi2的相移。以使調(diào)制指數(shù)為12。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。2.3.2 GMSK解調(diào)原理GMSK本

8、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還可以采用時延檢波，但每種檢波器的誤碼率不同。圖2.3 GMSK解調(diào)原理圖 GMSK非相干解調(diào)原理圖如圖2.3，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)輸出。第三章 GMSK系統(tǒng)功能模塊設(shè)計3.1 系統(tǒng)模塊3.1. 信號產(chǎn)生模塊 由于GMSK信號只需滿足非歸零數(shù)字信號即可，因此本設(shè)計中選用（Bernoulli Binary Generator）來產(chǎn)生一個二進(jìn)制序列作為輸入信號。 圖3.1 信號產(chǎn)生其中Bernoulli Binary G

9、enerator這個模塊需要設(shè)計的參數(shù)如圖3.2圖3.2 Bernoulli Binary Generator模塊內(nèi)部參數(shù)圖其中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；sample time為1/1000表示抽樣時間即每個符號的持續(xù)時間為0.001s。當(dāng)仿真時間固定時，可以通過改變sample time參數(shù)來改變碼元個數(shù)。3.1.2 GMSK調(diào)制模塊圖3.3 調(diào)制模塊GMSK Modulator Baseband為GMSK基帶調(diào)制模塊，其參數(shù)設(shè)計如圖3.4圖3.4 GMSK調(diào)制模塊

10、內(nèi)部參數(shù)圖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時二進(jìn)制信號（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是碼元長度。當(dāng)BT=時，GMSK調(diào)制信號就變成MSK調(diào)制信號。BT=0.3是GSM采用的調(diào)制方式。Plush length則是脈沖長度即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，設(shè)為1。Phase offset 設(shè)為0，表示GMSK基帶調(diào)制信號的初始相位為0。

11、Sample per symbol為8表示每一個輸入符號對應(yīng)的GMSK調(diào)制器產(chǎn)生的輸出信號的抽樣點(diǎn)數(shù)為8。3.1.3 信道模塊3.1.3.1 高斯信道圖3.5 高斯信道圖3.6 AWGN信道內(nèi)部參數(shù)圖AWGN Channel為加性高斯白噪聲模塊，高斯白噪聲信道的Mode參數(shù)（操作模式）設(shè)置為Signal to noise ratio(Es/No),表示信道模塊是根據(jù)信噪比SNR確定高斯白噪聲的功率，這時需要確定兩個參數(shù)即信噪比和周期。而將SNR參數(shù)設(shè)為一個變量xSNR是為了在m文件中編程，計算不同信噪比下的誤碼率，改變SNR即改變信道信噪比。而Es/No=10*log10（Tsymbol/Ts

12、ample）+SNR （dB）。3.1.3.2 銳利信道圖3.7 銳利信道模塊圖3.8 銳利信道內(nèi)部參數(shù)圖 Multipath Rayleigh Fading Channel為銳利信道，Maximum Doppler shift（HZ）為多徑銳利退化信道模塊的最大多普勒頻移；Delay Vector為多徑銳利退化信道模塊輸入信號各路徑的時延；Gain Vector 為多徑銳利退化信道模塊輸入信號各路徑的增益；Sample time為采樣時間；Initial seed多徑銳利退化信道模塊的初始化種子。3.1.4 解調(diào)模塊圖3.9 GMSK解調(diào)模塊圖3.10 GMSK解調(diào)內(nèi)部參數(shù)圖GMSK Dem

13、odulator Baseband是GMSK基帶解調(diào)器。其前六項參數(shù)與GMSK調(diào)制器相同，并設(shè)置的值也相同。最后一項為回溯長度Traceback Length,設(shè)為變量Tracebacklength，在m文件通過改變其值，可以觀察回溯長度對調(diào)制性能的影響。但在這里我們設(shè)為16。3.1.5 誤碼率模塊圖3.11 誤碼率模塊圖3.12 誤碼率參數(shù)圖Receive dely(接收端時延)設(shè)置為回溯長度加一，表示接收端輸入的數(shù)據(jù)滯后發(fā)送端數(shù)據(jù)TracebackLength+1個輸入數(shù)據(jù)，故而設(shè)為17；Computation delay(計算時延)設(shè)為0，表示錯誤率統(tǒng)計模塊不忽略最初的任何輸入數(shù)據(jù)。Co

14、mputation mode(計算模式)設(shè)置為Entire frame(幀計算模塊)，表示錯誤率統(tǒng)計模塊對發(fā)送端和接收端的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。Output data(輸出數(shù)據(jù))設(shè)為workspace，表示竟統(tǒng)計數(shù)據(jù)輸出到工作區(qū)。Variable name (變量名)則是設(shè)置m文件中要返回的參數(shù)的名稱，設(shè)為xErrorRate。3.2 GMSK系統(tǒng)觀察模塊3.2.1 調(diào)制觀察模塊調(diào)制觀察模塊主要是由頻譜觀察模塊、調(diào)制信號觀察模塊與眼圖模塊，其圖如下：圖3.13 調(diào)制觀察圖在這個模塊中，采用Complex to Magnitude-Angle 與Complex to Real-Imag來觀察其調(diào)制波

15、形主要是因?yàn)檎{(diào)制后的信號是一個復(fù)合的信號，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換后才能用示波器觀察其波形。眼圖觀察模塊(Discrete-Time Eye Diagram Scope)，Offset(sample)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)的個數(shù)。Symbols per trace表示每徑符號數(shù)，每條曲線即成為一個“徑”。Traces displayed 則是要顯示的徑數(shù)。New traces per display 是每次重新顯示的徑的數(shù)目。頻譜觀察模塊（Spectrum scope），設(shè)置了坐標(biāo)Y的范圍為0到7，X的范圍為-Fs/2,Fs/2，Amplitude scaling表示幅度計

16、算，選擇一般模式即以V為單位進(jìn)行計算。但Y坐標(biāo)標(biāo)記Y-axis title設(shè)為magnitude，dB轉(zhuǎn)換為dB形式。3.2.2基帶與解調(diào)信號的比較模塊圖3.14 基帶與解調(diào)信號的比較圖第四章 調(diào)試與結(jié)果分析4.1 調(diào)試分析在做課設(shè)前經(jīng)過對matlab中simulink中的help得到了有關(guān)各個模塊功能的敘述，了解了其相應(yīng)的功能，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置了一些關(guān)于課設(shè)的數(shù)據(jù)。在經(jīng)過一系列的充分準(zhǔn)備后，建立simulink文件后，連接好各個模塊，進(jìn)行運(yùn)行，得到了一些圖形，但是，觀察其誤碼率比較大，即是說解調(diào)出現(xiàn)了問題，而且調(diào)制后的波形是出現(xiàn)了方波并不是正弦波形?；谶@兩個問題，又查了相關(guān)的資料，了解到在

17、GMSK的調(diào)制模塊的其中的參數(shù)Sample per symbol并應(yīng)該設(shè)為1，應(yīng)該換掉，于是把其設(shè)為8，而后面的GMSK解調(diào)的模塊的參數(shù)應(yīng)與調(diào)制的相一致，故而也要換掉，這是要注意的一件事。經(jīng)過修改后，運(yùn)行得到了相應(yīng)的正弦波，但是其誤碼率還是比較大。于是，詢問了指導(dǎo)老師有關(guān)這方面的知識，于是把AWGN信道中的Mode參數(shù)Signal to noise(SNR)改為Signal to noise ratio(Es/No),結(jié)果得到了比較滿意的誤碼率。對于銳利信道，查得相關(guān)的資料，知道只要把AWGN換成Multipath Rayleigh Fading Channel即可。結(jié)果運(yùn)行出現(xiàn)了錯誤，其錯誤

18、顯示“ egal rate transition found involving block ruili_error/Multipath Rayleigh Fading Channel/Multipath Fading Channel/Multiply with back propagation/S-Function at input port 1. A Rate Transition block must be inserted between the two blocks”。在資料上查找多徑道瑞麗信道模塊的參數(shù)，發(fā)現(xiàn)其Sample time參數(shù)必須設(shè)置為1/BitRate/Samplepe

19、rSymbol，前面二進(jìn)制序列發(fā)生器的sample time 為1/1000，而多徑道瑞麗信道模塊SampleperSymbol參數(shù)為1，故多徑道瑞麗信道模塊的Sample time參數(shù)應(yīng)為1/1000。再次運(yùn)行出現(xiàn)了相應(yīng)的波形。對于誤碼率曲線，需要編輯m文件來控制simulink模塊運(yùn)行，然后畫出其誤碼率曲線。于是，根據(jù)所需，通過查找相應(yīng)的資料，編寫了二個m文件，一個是在不同的信噪比的情況下的誤碼率曲線，另一個是在不同的bit值的誤碼率曲線。在這個過程中出現(xiàn)的錯誤是不知道怎么編寫各種形狀及顏色來控制其描點(diǎn)畫圖。后來在資料中查到了有關(guān)于這方面的知識，使得整個調(diào)試過程沒有出現(xiàn)差錯。4.2 調(diào)試結(jié)

20、果分析4.2.1 運(yùn)行在不同的信噪比的情況下得到了相應(yīng)的誤碼率曲線下面這個圖中的xSNR的范圍為20到50dB。圖4.1 不同信噪比下的高斯與銳利信道的GMSK誤碼率在圖中 * 標(biāo)識的是瑞麗信道的誤碼率曲線，其無線接近0.1，可見調(diào)制特性非常不好,而另一條曲線是通過高斯白噪聲信道的誤碼率，明顯的比前者平滑且下降現(xiàn)象明顯，說明采用高斯白噪聲信道所得調(diào)制特性更好。比較可見GMSK調(diào)制曲線更為平滑。所以二種方式里面GMSK的調(diào)制性能更好。4.2.2 運(yùn)行在不同的BT值時的誤碼率曲線圖 在這個圖中，分別是測試了BT=0.1,0.3,0.7對應(yīng)下的誤碼率。 圖 4.2 不同BT下的誤碼率在這個圖中，紅線

21、、青色菱形及*分別代表BT=0.3,0.1,0.7下的誤碼率。通過圖中的分析可知，在不同的BT下，其誤碼率差別并不是很大，特別是在過了BT=0.3后，隨著信噪比的增大，其誤碼率幾乎是沒有區(qū)別。當(dāng)BT=0.3時,既可以使頻域帶寬很窄,時域持續(xù)時間適當(dāng),又使時域信號容易實(shí)現(xiàn)。4.2.3 GMSK調(diào)制圖圖4.3 GMSK調(diào)制圖由于調(diào)制后的信號是一個復(fù)合的信號，需要通過轉(zhuǎn)換才能觀察其波形圖。這里采用了Complex to Real-Imag來觀察。通過觀察運(yùn)行后的圖形可以知道在通過GMSK調(diào)制后的圖形連續(xù)，非方波，是正確的。4.2.4 GMSK調(diào)制后的頻譜圖4.4 調(diào)制后的頻譜圖 此圖是BT=0.3時

22、的頻譜圖。下面的事BT=0.7時的頻譜圖。圖4.5 調(diào)制后的頻譜圖 通過這兩個頻譜圖知道了，在不同的BT值下，其頻譜圖是差不多的。且兩個頻譜圖都在設(shè)置的0.5的左右，即就是說出現(xiàn)0的概率是0.5.而圖中的觀察知道這是正確的。故而這個調(diào)制性能是很好的。但是相比而言，當(dāng)BT=0.3時，其調(diào)制性能最佳。4.2.5 解調(diào)后的信號與基帶信號的比較圖4.6 基帶與解調(diào)后的信號比較圖通過觀察圖中知曉，基帶信號（上）與解調(diào)信號波形（下）比較可得，其由起始碼元到最后一個碼元，發(fā)現(xiàn)解調(diào)信號波形從第四個碼元開始與基帶信號完全符合，說明系統(tǒng)的調(diào)制性能較好，基本實(shí)現(xiàn)了解調(diào)的目的將調(diào)制信號還原為基帶信號。第五章 結(jié)論在接

23、到這個課題時，根據(jù)所學(xué)到的知識，對于GMSK方面的知識并不知道多少，只是曉得GMSK是最小頻移鍵控，但是經(jīng)過查找資料，對于有了一定的系統(tǒng)了解。首先，在第一個星期的查找過程中，了解了關(guān)于方面的一些基本知識，后來通過與同學(xué)交流，對于的了解那是有了更深的認(rèn)識。其次，在后來的工作中，又對于的實(shí)現(xiàn)該如何處理，如何設(shè)置方案也在緊張的策劃當(dāng)中。經(jīng)過一系列的充分準(zhǔn)備后，對于模塊這個以前未接觸的新知識可謂有了一定的心得。最后，通過中的，找到一些模塊的參數(shù)設(shè)計，通過其參考，最終設(shè)置了完成系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)的參數(shù)數(shù)據(jù)。在整個課設(shè)的過程中，遇到了一個最大的問題就是關(guān)于信噪比的參數(shù)設(shè)計。由于在一些資料中，都是直接對于直接給

24、出數(shù)據(jù)，但是在調(diào)試的過程中，這與理論并不是很理想的。于是在經(jīng)過老師的指導(dǎo)后，重新對信噪比進(jìn)行了設(shè)置參數(shù)。其次，就是在做提高要求的銳利信道時的一些參數(shù)設(shè)計，也是費(fèi)了一些時間?？傊ㄟ^這次的課設(shè)的系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)課題，學(xué)到了不僅關(guān)于方面的知識并且對于的模塊設(shè)計更是有了很深的感觸。在的調(diào)制與解調(diào)中，通過不同的信噪比來觀察其誤碼率曲線，并且觀察其調(diào)制頻譜圖，實(shí)現(xiàn)了課題。參考文獻(xiàn)1 邵佳 董辰輝 .通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例精講. 北京： 電子工業(yè)出版社，2009年2 樊昌信 曹麗娜 .通信原理. 北京： 國防工業(yè)出版社，2006年3鄧華MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解.北京 ：人民郵電出版社，2003年

25、9月4韓利竹 王華.MATLAB電子仿真與應(yīng)用.北京： 國防工業(yè)出版社，2003年9月5 李賀冰. Simulink 通信仿真教程. 北京： 國防工業(yè)出版社，2006年6Stephen J.Chapman MATLAB編程.北京： 科學(xué)出版社，2007年8月7 邵玉斌 .Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例. 北京： 清華大學(xué)出版社，2008年附錄一：高斯與銳利的程序%gmsk誤碼率x=20:50;y=x;TracebackLength=16;%回溯長度for i=1:length(x) xSNR=x(i); sim(shi1); y(i)=xErrorRate(1);%獲取誤碼率endsemilogy(x,y,