1、目 錄第一章 設(shè)計(jì)要求21.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容：21.2 設(shè)計(jì)要求：2第二章 系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原理3第三章 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)63.1 信號發(fā)生模塊63.2 調(diào)制、解調(diào)模塊63.3 誤碼率計(jì)算器73.4 波形觀察模塊83.4.1調(diào)制、解調(diào)信號觀察模塊83.4.2 調(diào)制信號頻譜觀察模塊83.4.3眼圖觀察模塊9第四章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析104.1 實(shí)驗(yàn)調(diào)試104.2結(jié)果分析114.2.1 GMSK調(diào)制與解調(diào)波形114.2.2 GMSK調(diào)制信號眼圖14結(jié)論17參考文獻(xiàn)18附錄一 ：程序19附錄二：GMSK調(diào)制解調(diào)建模圖20 18第一章 設(shè)計(jì)要求1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容：Simulink對BT=0.3的GMSK調(diào)制

2、系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1.2 設(shè)計(jì)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。第二章 系統(tǒng)的組成及設(shè)計(jì)原理 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(jì)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。該系統(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，然后將調(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(jì)算系統(tǒng)誤碼率，則在調(diào)制器后加一誤碼率計(jì)算模塊，計(jì)算誤碼率。系統(tǒng)原理框圖如下：圖2.1系統(tǒng)原理框圖此設(shè)計(jì)中，選用貝努力二進(jìn)制序列產(chǎn)生器（Bernoulli Binary Generator）

3、來產(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。解調(diào)階段則將通過加性高斯白噪聲信道的信號輸入GMSK基帶解調(diào)器模塊（GMSK Demodulator Baseband）中，其后接一個誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊（Error Rate Calculation），且誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊另一輸入端接至源信號處。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)信號是一個復(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。另外還用頻譜儀觀察了已調(diào)信號的

4、頻譜。GMSK調(diào)制GMSK調(diào)制原理如下圖，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)恒定和相位繼續(xù)。圖2.2 GMSK調(diào)制原理圖為了使輸出頻譜密集，圖中的高斯低通濾波器應(yīng)滿足下列要求：（1） 帶寬窄，且具有銳截止特性，以抑制高頻分量；（2） 沖擊響應(yīng)過重量要小，以防止產(chǎn)生過大的瞬時(shí)頻偏；（3） 沖擊響應(yīng)曲線下的面積保持不變（對應(yīng)于pi/2相移），以使調(diào)頻指數(shù)為1/2.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。GMSK解調(diào)GMSK就是基帶信號經(jīng)過高斯低通濾波器的MSK，而MSK又是FSK的一種，因此，GMSK檢波也可以采用F

5、SK檢波器，即包絡(luò)檢波及同步檢波。而GMSK還可以采用時(shí)延檢波，但每種檢波器的誤碼率不同。GMSK非相干解調(diào)原理圖如下圖，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。帶通濾波器限幅器鑒頻器判決器數(shù)據(jù)GMSK信號圖2.3 GMSK解調(diào)原理圖下圖為GMSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的SimuLink仿真模型，整個系統(tǒng)主要包括五大模塊：隨機(jī)信號發(fā)生模塊、GMSK調(diào)制模塊、信道、GMSK解調(diào)模塊、誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊。圖2.4 系統(tǒng)SimuLink仿真模型圖第三章 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)3.1隨機(jī)信號發(fā)生模塊 因?yàn)镚MSK信號只需滿足非歸零數(shù)字信號即可，該設(shè)計(jì)中選用（Bernoull

6、i Binary Generator）來產(chǎn)生一個二進(jìn)制序列作為輸入信號。GMSK信號輸出圖3.1 GMSK信號產(chǎn)生器該模塊的參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個。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(shí)間即每個符號的持續(xù)時(shí)間為0.001s。當(dāng)仿真時(shí)間固定時(shí)，可以通過改變sample time參數(shù)來改變碼元個數(shù)。GMSK解調(diào)信號3.2 調(diào)制、解調(diào)模塊GMS信號圖3.2 GMSK調(diào)制解調(diào)模塊GMSK Modulator Baseband為GMSK基

7、帶調(diào)制模塊，其input type參數(shù)設(shè)為Bit，表示模塊的輸入信號是二進(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為高斯低通濾波器的歸一化3dB帶寬，T為碼元寬度。 當(dāng)B·T=時(shí)，相當(dāng)于未加濾波器，這時(shí)的曲線為MSK信號的功率譜密度；當(dāng)BT>1時(shí)，表明高斯低通濾波器的帶寬大于數(shù)據(jù)信號的帶寬，BT值越大，濾波器的作用越弱；當(dāng)BT<1時(shí)，濾波器的作用明顯，BT的值越小，表明濾波器的帶寬越窄，已調(diào)波的高頻滾將就越快，頻譜的主瓣也越小。隨著BT值的減小，GMSK的頻譜變得越來越緊湊，但誤碼性能也將變差。BT=0.3是GSM采用的調(diào)制方式。Pl

8、ush 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。Sample per symbol為1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1。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(SNR),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(shí)需要確定兩個參數(shù)：信噪比和周期。計(jì)算不同信噪比下的誤碼率，改變SN

9、R即改變信道信噪比。GMSK Demodulator Baseband是GMSK基帶解調(diào)器。其前六項(xiàng)參數(shù)與GMSK調(diào)制器相同，并設(shè)置的值也相同。最后一項(xiàng)為回溯長度Traceback Length,設(shè)為變量Tracebacklength，在文件中通過改變其值，可以觀察回溯長度對調(diào)制性能的影響。3.3 誤碼率計(jì)算模塊基帶信號GMSK解調(diào)信號圖3.3誤碼率計(jì)算模塊Receive dely(接收端時(shí)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)；Computation delay(計(jì)算時(shí)延)設(shè)為0，表示錯誤率統(tǒng)計(jì)模塊不忽略最初的任何輸入數(shù)據(jù)。Co

10、mputation mode(計(jì)算模式)設(shè)置為Entire frame(幀計(jì)算模塊)，表示錯誤率統(tǒng)計(jì)模塊對發(fā)送端和接收端的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。Output data(輸出數(shù)據(jù))設(shè)為Workspace，表示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出到工作區(qū)。Variable name (變量名)則是設(shè)置文件中要返回的參數(shù)的名稱，設(shè)為xErrorRate。3.4 波形觀察模塊3.4.1調(diào)制、解調(diào)信號觀察模塊因?yàn)镚MSK調(diào)制信號是一個復(fù)合信號，所以只用示波器（Scope）無法觀察到調(diào)制波形，所以在調(diào)制信號和示波器間加一轉(zhuǎn)換模塊Complex to magnitude-angle將調(diào)制信號分別在幅度和相角兩方面來觀察。GMSK調(diào)制信

11、號圖3.4 調(diào)制信號觀察模塊將Complex to magnitude-angleoutput的output參數(shù)設(shè)為magnitude and angle,表示同時(shí)輸出調(diào)制信號的幅度和相角。示波器scope1的number of axes 為2表明有縱坐標(biāo)個數(shù)為2；time range表示時(shí)間軸的顯示范圍，設(shè)為auto,表示時(shí)間軸的顯示范圍為整個仿真時(shí)間段。Tick Tabels 設(shè)為bottom axis only時(shí)，只顯示各個縱坐標(biāo)以及最下面的橫坐標(biāo)的標(biāo)簽。圖3.5 解調(diào)信號觀察模塊3.4.2 調(diào)制信號頻譜觀察模塊圖3.6 GMSK調(diào)制信號頻譜觀察模塊設(shè)置了坐標(biāo)Y的范圍為0到7，X的范圍為

12、-FS/2,FS/2，Amplitude scaling表示幅度計(jì)算，選擇一般模式即以dB為單位進(jìn)行計(jì)算。但Y坐標(biāo)標(biāo)即把Y-axis title的 magnitude，dB轉(zhuǎn)換為dB形式。3.4.3眼圖觀察模塊圖3.7 GMSK調(diào)制信號眼圖觀察模塊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。第四章 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析4.1 實(shí)驗(yàn)調(diào)試調(diào)試過程中主要通過M

13、ATLAB自帶的Help功能來進(jìn)行調(diào)試，在Help中查找所需函數(shù)的定義及形式和使用方法。通過報(bào)錯信息找出相應(yīng)的錯誤料，在最終解決不了的情況下，請教老師，最終改正所有錯誤。設(shè)計(jì)模塊、參數(shù)設(shè)置及程序代碼編寫完成后。先將高斯白噪聲信道信噪比xSNR和GMSK解調(diào)模塊的回溯長度參數(shù)設(shè)為常數(shù)，GMSK調(diào)制模塊參數(shù)input type與GMSK解調(diào)模塊out put 參數(shù)均設(shè)置為bit，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，觀察示波器，示波器顯示波形，誤碼率曲線也能畫出。各調(diào)制信號觀察時(shí)，頻譜儀顯示的圖形都與理論頻譜形狀相差很大，尤其GMSK的頻譜，都沒有出現(xiàn)主瓣與旁瓣的明顯區(qū)分，重新修改頻譜儀的參數(shù)，將Amplitude sc

14、aling 參數(shù)由dB改為magnitude，情況就好很多了。但是無論怎樣改變，都不能得到理想的狀態(tài)，估計(jì)是其它模塊的一些參數(shù)對頻譜儀的圖形觀察有影響。4.結(jié)果分析4.2.1 GMSK調(diào)制與解調(diào)波形圖4.1 GMSK調(diào)制信號幅度和相角波形由于調(diào)制信號是一個復(fù)合信號，不能直接由示波器觀察，通過一complex to magnitude-angle模塊將調(diào)制信號分為幅度和相角兩個變量來觀察。通過幅度的波形（上）和相角波形（下）驗(yàn)證了GMSK的幅度不變，由相角波形來看，相角連續(xù)，與理論符合。所以圖形基本正確。圖4.2 GMSK基帶信號與解調(diào)信號由圖中基帶信號（上）與解調(diào)信號波形（下）比較可得，由起始

15、碼元到最后一個碼元，發(fā)現(xiàn)調(diào)制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。圖4.3 BT=0.3的GMSK調(diào)制信號頻譜圖4.4 GMSK等理論調(diào)制頻譜對比圖4.3和圖4.4，實(shí)驗(yàn)所得頻譜圖的主瓣與理論頻譜近似，只是頂端稍顯尖銳，不夠圓滑，可能是頻譜儀的參數(shù)或其他模塊參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)。圖4.5 BT=0.9的GMSK調(diào)制信號頻譜比較圖4.3和圖4.5中頻譜，發(fā)現(xiàn)BT=0.3與BT=0.9得GMSK調(diào)制頻譜，并無明顯差異，與GMSK調(diào)制信號的頻譜隨著BT的減小而變得緊湊起來的理論結(jié)果不符合，從而驗(yàn)證可能是系統(tǒng)的某些參數(shù)設(shè)置不太合理，

16、導(dǎo)致得不到正確的結(jié)果。4.2.2 GMSK調(diào)制信號眼圖圖4.6 BT=0.1分析：由圖中混亂的線條可知，BT=0.1時(shí)，眼圖“眼睛”睜開很小，失真嚴(yán)重，系統(tǒng)碼間串?dāng)_較大。圖4.7 BT=0.3分析：由圖中混亂的線條可知，BT=0.3時(shí)，眼圖“眼睛”睜開比圖5.8中大，但存在過零點(diǎn)失真，仍然存在碼間串?dāng)_，但比BT=0.1時(shí)好得多。圖4.8 BT=0.9分析：與圖4.7，4.8相比較，圖4.9中眼圖最為清晰，眼睛睜開程度也較大，且眼圖端正，說明碼間串?dāng)_較小。綜合上述分析，可知BT值越小，碼間串?dāng)_越大，這也是GMSK體制的缺點(diǎn)。結(jié)論在本次專業(yè)課程設(shè)計(jì)中第一次接觸到SimuLink ，剛開始是一頭霧水

17、毫無頭緒。后來經(jīng)過資料查閱逐漸了解了SimuLink是MATLAB提供的用于對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包。設(shè)計(jì)中要求用SimuLink搭建GMSK調(diào)制與解調(diào)模塊、計(jì)算誤碼率，并且繪制信噪比誤碼率曲線。第一星期內(nèi)，主要進(jìn)行了資料查詢及建模任務(wù)，先將各模塊參數(shù)均設(shè)為常數(shù)，對調(diào)制解調(diào)波形進(jìn)行觀察，分析器實(shí)際波形與理論波形間的差距以及產(chǎn)生誤差的原因。依次采用分步進(jìn)行的方式，逐步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需各個功能。調(diào)試過程采用的也是相同的方法，每搭建一個功能模塊就先進(jìn)行仿真，調(diào)試待得到滿意結(jié)果后再進(jìn)行下一功能模塊的搭建和調(diào)試。并在不斷出現(xiàn)錯誤的過程中學(xué)會了應(yīng)用MATLAB的系統(tǒng)幫助。整個專業(yè)課程設(shè)計(jì)中遇到的

18、最大問題就是FFT頻譜儀的參數(shù)設(shè)置及仿真參數(shù)的設(shè)置，總是solver options得選擇時(shí)出問題，把握不好固定步長和可變步長的選擇，以及固定步長時(shí)連續(xù)求解器的選擇。經(jīng)實(shí)踐證明，GMSK的調(diào)制與解調(diào)因選擇固定步長Fixed-step,由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，所以選擇離散求解器（discrete solver）。設(shè)計(jì)中主要研究GMSK的調(diào)制特性，通過不同信噪比時(shí)的誤碼率繪制誤碼率曲線分析與比較為信號選擇合適的調(diào)制、解調(diào)方式。盡管本設(shè)計(jì)能完成調(diào)制信號頻譜、眼圖及波形觀察以及誤碼率曲線的繪制，但由于頻譜儀參數(shù)設(shè)置方面的問題，使得頻譜圖與理想形態(tài)有所差別，有待改進(jìn)。應(yīng)用simulink 進(jìn)行仿真大大的減

19、少了電路仿真的繁瑣，其中每個模塊都包含幾個電路元件，減少了電路連接時(shí)的麻煩，電路連線也更清晰，而且只需改變各參數(shù)即可觀察電路的特性，操作簡單而且所得結(jié)果也比較理想。外觀看起來也更為美觀。三周的專業(yè)課程設(shè)計(jì)讓人受益匪淺，在要感謝我的指導(dǎo)老師和搭檔，有他們的幫助才順利完成任務(wù)。參考文獻(xiàn)1李永忠 .現(xiàn)代通信原理與技術(shù). 北京：國防工業(yè)出版社， 2010.5 2 樊昌信 曹麗娜 .通信原理. 北京： 國防工業(yè)出版社，20063薛定宇 陳陽泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2011.2 6 劉思峰 方志耕 朱建軍 沈洋 .系統(tǒng)建模與仿真.北京： 清華大學(xué)出版社，2012 附錄一 ：程序%gmsk誤碼率x=