基于MATLAB的GMSK仿真分析(通信原理三级项目)

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基于MATLAB 的GMSK仿真分析,数字调制,调制是通信系统中提高通信质量的一项关键技术，通过调制可使信号特性与信道特性相匹配。,现代通信系统多使用数字调制技术，这主要是由于数字通信具有抗干扰能力强、易于加密、建网灵活和便于集成的优点。,目前，先进的数字调制方式主要有QAM（正交振幅调制）、MSK（最小频移键控）调制方式和GMSK（高斯最小频移键控）调制方式等,QAM 信号具有频带利用率高的优点，但它在码元交替处的载波相位是突变的，这会在功率谱上产生很强的旁瓣分量。,为解决对信道线性要求过高的问题，要求发射信号具有,恒定包络且相位连续,，MSK 和GMSK 即能满足这一要求。,MSK,MSK 是以最小调频指数（h=0.5）获得的一种相位连续的FSK（频移键控）,。,当h=0.5 时，用于调制的两个频率的频差最小。此外，这两个频率正交，它们的相关函数为0。,在图1 所示的MSK调制原理框图中，首先对输入的双极性信号进行差分编码，然后进行串并转换，得到Ik、Qk 两路并行的双极性码，且相互错开一个比特宽度Ts，Ik、Qk两路信号分别与cos（t/2Tb）和sin（t/2Tb）相乘，再送到互为正交的相乘调制器对正交载波cos Ct和sin Ct 进行调制。调制器输出的I 路信号（同相分量）和Q 路信号（正交分量）送到相加器后，便可输出MSK 信号。,MSK 调制原理框图,GMSK,为进一步压缩带宽，,改善MSK的频谱特性，,可采用GMSK,即高斯MSK,调制方式。,GMSK 是在MSK 调制器之前加一个高斯低通滤波器，使基带脉冲信号经过高斯低通滤波器后成为高斯脉冲，再对其进行MSK 调制,。,高斯低通滤波器带宽窄，具有尖锐截止的频率特性，且能保持输出脉冲面积不变。这些特性能较好地抑制信号高频成分，防止过量的频偏，有效地抑制MSK 信号的带外辐射功率，邻道干扰小。,GMSK解调,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。,仿真系统设计-MATLAB,Simulink 是MATLAB 提供的用于对动态系统建模、仿真和分析的一种可视化仿真工具，它包含许多专业模型库，如通信模块库、CDMA 参考模块库、DSP 模块库等，可提供丰富的功能模块，广泛应用于线性系统、非线性系统和数字信号处理的建模和仿真。,Simulink 采用模块化的方式，每一个模块都有输入/输出端口，实现一定的功能。用户使用时，以调用模块代替程序的编写，以模块的集合以及模块之间的连接关系表示系统仿真模型。,GMSK 调制系统模型,GMSK 调制系统建模,选用Bernoulli Binary Generator（贝努利二进制序列发生器）模块作为系统信号源来产生输入信号。,用Scope（示波器）模块来显示输入信号波形。为便于GMSK 信号的解调。,3.,选用GMSK Modulator Passband（频带GMSK调制器）模块充当调制器，进行频带GMSK 调制。,在这种频带调制方式下，频带GMSK 调制器先通过内部的GMSK 调制器进行基带GMSK 调制，产生基带调制信号（基带GMSK 信号），再把这个基带调制信号调制到高频载波上，形成频带调制信号（频带GMSK 信号）。,GMSK 调制系统建模,4.,由于GMSK 信号为复数信号，无法直接用Scope 模块显示波形，在Scope 模块之前增加Complex to Real-Imag 模块，将复数输入转为实部和虚部输出，这样就可使GMSK 信号能分别在实部和虚部两方面进行观察。,5,.,为考察频带GMSK 系统的抗干扰性能，本文设置了AWGN Channel（加性高斯白噪声）模块作为系统传输信道。通过改变AWGN Channel 模块的SNR（信噪比）等参数的设置，可观察系统误码率的变化情况。,6,.,频带GMSK 信号通过GMSK Demodulator Passband（频带GMSK 解调器）进行解调.,GMSK 调制系统建模,7,.,恢复出的二进制序列从Rx 端口进入Error Rate Calculation（错误率统计）模块。,8,.,Bernoulli BinaryGenerator 模块产生的原,始二进制序列从Tx端口进入Error Rate Calculation 模块。这样，就可得到系统的误码率。,将Complex to Real-Imag 模块和Scope 模块相结合，就可显示GMSK 的仿真波形。,实验结果波形,原基带信号与传输后的解调信号,调制信号的包络与相位,眼图与调制频谱,系统误码率,误码率是通信系统的一个重要性能指标,。,在MATLAB 中可通过Error Rate,Calculation（错误率统计模块）绘制GMSK 系统的误码率与信噪比的关系曲线。,为得到GMSK 调制系统的误码率曲线，需要编写一个M 文件，通过这个文件多次调用仿真模型，从仿真结果中得到不同信噪比条件下的误码率，从而绘制出误码率曲线。,相应的M 文件代码,x=,30,:,4,0;,%x 表示信噪比的取值,y=x;,%y 表示GMS 调制的误码率,for i=1length（x）；,%信噪比依次取向量x 的数值范围；,xSNR=x（i）；,%执行GMSK 仿真模型；,sim(Gmsk_error);,y（i）=xErrorRate（1）,；,%从xErrorRate 中获得调制系统的误码率,end,相应的M 文件代码,s,emilogy（x，y,，r,）；,%绘制信噪比与误码率的关系曲线,grid on;,%加网格,hold on;,%保留当前图形,xlabel(信道中的信噪比/dB);,ylabel(误码率);,legend(gmsk误码率曲线);,%曲线标识,结果表明，本文所设计的GMSK 调制系统具有较,低的误码率。,GMSK 系统的误码率与信噪比的关系曲线,BT 值对系统频域特性影响,BT值：高斯滤波器的3dB带宽B和输入码元宽度T的乘积BT值作为设计高斯滤波器的一个主要参数。,高斯低通滤波器的BT 值决定了高斯低通滤波器的频域特性，从而影响了系统性能。高斯滤波器的BT 值越小则调制后的GMSK 频谱越窄，邻道干扰越小；反之，BT 值越大则调制后的GMSK 频谱就越宽，邻道干扰越大，当BT 趋于无穷大时就成了MSK 调制。,BT 值对系统误码率影响,下图为BT=0.5 和BT=0.3 时系统的误码率曲线。仿真结果表明，系统在BT=0.5 时的误码率要低于BT=0.3 时的误码率。,这表明当GMSK 调制信号的频谱随着BT 值的减小而变得紧凑的时候，GMSK 调制信号的误码性能却变得越来越差。可见，GMSK 频谱特性的改善是以误码率性能的下降为代价的。,BT=0.5 和BT=0.3 时系统的误码率曲线,小结,GMSK 是一种先进的调制技术，具有包络恒定、相位连续、频谱窄、邻道干扰小及频带利用率高的优点。,仿真结果表明，这种通过MALAB 实现的GMSK 数字通信系统具有邻道干扰小、误码率较低的优点，在通信领域中有着广泛的应用前景。,