基于MATLAB的GMSK仿真分析-移動(dòng)通信系統(tǒng)三級(jí)項(xiàng)目報(bào)告

Mobile Communication System Project Design Report

目錄

1              摘要：

2              GSMK的基本介紹

3              GMSK的原理分析

3.1              GMSK調(diào)制的基本原理

3.2              GMSK信號(hào)的調(diào)制

3.3              限幅鑒頻器解調(diào)

3.4              非相干差分解調(diào)

4              GMSK的MATLAB仿真

5              參考文獻(xiàn)

GMSK 由于具有優(yōu)良的頻譜效率和功率效率，因而作為一種主要的現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于多種現(xiàn)行的無線標(biāo)準(zhǔn)之中。主要介紹數(shù)字調(diào) 制技術(shù) GMSK 的調(diào)制解調(diào)原理和 MATLAB 仿真。介紹了 GMSK 的發(fā)展和主要應(yīng)用，并分別介紹了GMSK 的調(diào)制和解 調(diào)方法。最后利用 MATLAB 進(jìn)行了 GMSK 系統(tǒng)仿真和性能分析。

GMSK是高斯濾波最小頻移鍵控的簡(jiǎn)稱，由于具有優(yōu)良的頻譜效率和功率效率等特性，因而作為一種主要的調(diào)制技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于多種現(xiàn)行的無線標(biāo)準(zhǔn)之中(GSM, DECT, CDPD )。

GMSK 調(diào)制技術(shù)是從 MSK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(gè) 高斯濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波。

GMSK的由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了 高斯預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號(hào)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(hào)頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛使用，如現(xiàn)在廣泛使用的 GSM移動(dòng)通信體制就是使用 GMSK 調(diào)制方式。

GMSK調(diào)制的基本原理是將基帶信號(hào)先經(jīng)過高斯濾波器成形，再進(jìn)行最小頻移鍵控(MSK)調(diào)制。

實(shí)現(xiàn)GMSK信號(hào)的調(diào)制，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的高斯低通濾波器，它必須具有如下特性：

①有良好的窄帶和尖銳的截止特性，以濾除基帶信號(hào)中多余的高頻成分。

②脈沖響應(yīng)過沖量應(yīng)盡量小，防止已調(diào)波瞬時(shí)頻偏過大。

③輸出脈沖響應(yīng)曲線的面積對(duì)應(yīng)的相位為π/2，使調(diào)制系數(shù)為1/2。

以上要求是為了抑制高頻分量、防止過量的瞬時(shí)頻率偏移以及滿足相干檢測(cè)所需要的。

高斯低通濾波器的沖激響應(yīng)：

式中，為高斯濾波器的3dB帶寬

該濾波器對(duì)單個(gè)寬度為Tb的矩形脈沖的響應(yīng)為：

Q=   exp d

通過比較前面兩個(gè)圖和分析我們可以下定性的結(jié)論：

基帶的脈沖形成技術(shù)平滑了 M SK 信號(hào)的相位曲線，因此穩(wěn)定了信號(hào)的頻譜變化，這將使得發(fā)射頻譜上的旁瓣高度大大降低。GMSK 是通過引入可控的碼間干擾（即部分響應(yīng)波形）來達(dá)到平滑相位路徑的目的，它消除了 MSK 相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從圖中還可以看出，GMSK 信號(hào)在一個(gè)碼元周期內(nèi)的相位增量，不像 MSK 那樣固定為±π/2，而是隨著輸入序列的不同而不同。

GMSK信號(hào)的解調(diào)可以用與MSK一樣的正交相干解調(diào)電路。在相干解調(diào)中最為重要的是相干載波的提取，這在移動(dòng)通信中的環(huán)境中是比較困難的，因而通常采用差分解調(diào)和鑒頻器解調(diào)等非相干解調(diào)。

限幅鑒頻器，顧名思義由兩個(gè)部分組成：限幅器，用來恢復(fù)受到噪聲和干擾影響的接收信號(hào)的恒包絡(luò)的特性；鑒頻器，用來將相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為幅度調(diào)制，以供隨后的包絡(luò)檢測(cè)。鑒頻器之后通常跟隨一個(gè)低通濾波器，例如一個(gè)積分濾波器。信號(hào)通過低通濾波器之后進(jìn)入判決器判決。

非相干差分解調(diào)，利用接收信號(hào)以及其時(shí)延信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。原理圖如圖 所示：其中 C 代表一個(gè)復(fù)常數(shù)（當(dāng)延時(shí)為 T 時(shí)，C=-j）。

根據(jù)上面的原理部分知道了 GMSK 的工作過程，在 MSK 前面增加一個(gè)高斯低通濾波器然后在經(jīng)過 I，Q 信道最后形成 GMSK 信號(hào)。首先產(chǎn)生輸入信號(hào)，這里選擇方波，利用MATLAB 的函數(shù)產(chǎn)生方波脈沖，同時(shí)對(duì)方波的頻譜進(jìn)行仿真。其次產(chǎn)生一個(gè)高斯低通濾波器，并使方波脈沖通過該濾波器。使該輸出信號(hào)通過模擬 I，Q 信道，產(chǎn)生 GMSK 信號(hào)。這里選擇 BT=0.25，調(diào)制指數(shù)為 0.5。

GMSK 信號(hào)通過高斯信道后在接收端進(jìn)行相干解調(diào)，分別得到 I，Q 支路解調(diào)信號(hào)，抽樣判決之后進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換得到譯碼數(shù)據(jù)，并可以計(jì)算誤比特率。

原始數(shù)據(jù)生成（基帶信號(hào)）

設(shè) 0,1 等概產(chǎn)生，數(shù)據(jù)速率為 256kbits/s。

數(shù)據(jù)過采樣內(nèi)插將單極性數(shù)據(jù)變成雙極性信號(hào)，為便于后續(xù)處理，在相鄰數(shù)據(jù)之間內(nèi)插 7 個(gè) 0。

• 通過高斯低通濾波器將內(nèi)插后的雙極性信號(hào)通過高斯低通濾波器
  

• 通過接收濾波器后的 I、Q 支路信號(hào)
  

高斯信道時(shí)，在不同BT下誤比特率Pb與比特信噪比的關(guān)系曲線

從圖中可以看出：

B3dBT =0.5時(shí)系統(tǒng)的誤比特率性能要好于B3dBT = 0.25時(shí)系統(tǒng)的誤比特率性能。

[1]王士林，陸存樂，龔初光．現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)[M]．人民郵電出版社，1985．

[2]張輝，曹麗娜. 現(xiàn)代通信原理與技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[3]曹志剛, 錢亞生．現(xiàn)代通信原理．北京：清華大學(xué)出版社，2002．

[4]楊小牛. 軟件無線電原理與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2001

[5]楊允均，武傳華. “用 MATLAB 實(shí)現(xiàn) GMSK 信號(hào)產(chǎn)生與解調(diào)”，工程應(yīng)用， 2005

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