1、 1 目 录 洗手 洗手 洗手 第一章 设计要求 3 洗手 1.1 设计内容 ： beef 3 洗手 1.2 设计要求 ： beef 3 洗手 第二章 系统的组成及设计原理 3 洗手 第三章 系统功能模块设计 6 洗手 3.1 信号发生模块 6 洗手 3.2 调制 、 beef解调模块 6 洗手 3.3 误码率计算器 7 洗手 3.4 波形观察模块 8 洗手 3.4.1 调制 、 b ef解调信号观察模块 8 洗手 3.4.2 调制信号频谱观察模块 8 洗手 3.4.3 眼图观察模块 9 洗手 第四章 系统调试与结果分析 10 洗手 4.1 实验调试 10 洗手 4.2 结果分析 11 洗手
2、4.2.1 GMSK 调制与解调波形 110 洗手 4.2.2 GMSK调制信号眼图 14 洗手 结论 17 洗手 参考文献 18 洗手 附录一 ： beef程序 18 洗手 附录二 ： beefGMSK 调制解调建模图 19 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 2 洗手 洗手 3 第一章 设计要求 洗手 洗手 1.1 设计内容 ： beef洗手 通过 SIMULINK 对 BT=0.3 的 GMSK 调制系统进行仿真 。 洗手洗手 洗手 1.2 设计要求 ： beef洗手 1. 观察基带信号和解调信号波形 。 洗手洗手 2. 观察已调信号频谱图 。 洗手洗手 3.分析调制性能和 BT参
3、数的关系 。 洗手 洗手 洗手 提高要求 ： bef 1.将高斯信道改为锐利信道 。 洗手洗手 2.观察已调信号频谱图 。 洗手洗手 3.观察误码率曲线 。 洗手洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 第二章 系统的组成及设计原理 洗手 GMSK 系统主要由信号产生模块 、 beef信号调制模块 、 bef信道 、 bef信号解调模块 、 bef误码率计算模块组成 。 洗手 在图形观察方面还包含频谱仪 、 bef示波器和眼图绘制模块 。 洗手 本系统由信号产生模块 产生一个二进制序列 ， 吃
4、饭 再经过调制器进行调制 ， 吃饭 之后便将调制信4 号送入 信道 ， 吃饭 经过解调器解调得到解调信号 。 洗手 为计算系统误码率 ， 吃饭 则在调制器后加一误码率计算模块 ， 吃饭 计算误码率 。 洗手洗手 洗手 洗手 图 2.1 系统原理框图 洗手 在设计中 ， 吃饭 选用贝努力二进制序列产生器来产生器（ Bernoulli Binary Generator）产生一个二进制序列 ， 吃饭 将序列送入 GMSK 基带调制器模块（ GMSK Modulator Baseband）中得到已调信号 ， 吃饭 再将已调信号送入一个加性高斯白噪声信道 ， 吃饭 将信噪比设为一个变量 ， 吃饭 用于绘
5、制信噪比 误码率曲线 。 洗手 解调阶段则将通过加性高斯白噪声信道的信号输入 GMSK 基带解调器模块（ GMSK Demodulator Baseband）中 ， 吃饭 其后接一误码率统计模块（ Error Rate Calculation） ， 吃饭 且误码率统计模块另一输入端接至源信号处 。 洗手 而用示波器观察解调波形并与源信号波形进行比较 。 洗手 因为已调信号是一复合信号 ， 吃饭 所以要用 complex to Magnitude-Angle 模块 ， 吃饭 再用示波器分别观察其幅度与相角 。 洗手 另外还用频谱仪观察了已调信号的频谱 。 洗手洗手 洗手 洗手 洗手 GMSK 调
6、制 洗手 洗手 调制原理图如图 2.2， 吃饭 图中滤波器是高斯低通滤波器 ， 吃饭 它的输出直接对 VCO 进 行调制 ， 吃饭 以保持已调包络恒定和相位连续 。 洗手洗手 洗手 洗手 洗手 信道 解调模块 误码率计算模块 频谱仪 示波器 调制模块 信号产生模块 5 GMSK信号 数据 洗手 洗手 图 2.2 GMSK 调制原理图 洗手 洗手 为了使输出频谱密集 ， 吃饭 前段滤波器必须具有以下待性 ： beef洗手 1.窄带和尖锐的截止特性 ， 吃饭 以抑制 FM 调制器输入信号中的高频分量 ； beef洗手 2.脉冲响应过冲量小 ， 吃饭 以防止 FM 调制器瞬时频偏过大 ； beef洗
7、手 3.保持滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应丁 pi 2的相移 。 洗手 以使调制指数为1 2。 洗手洗手 前置滤波器以高斯型 最能满足上述条件 ， 吃饭 这也是高斯滤波器最小移频键控 (GMSK)的由来 。 洗手洗手 洗手 GMSK 解调 洗手 洗手 GMSK 本是 MSK 的一种 ， 吃饭 而 MSK 又是是 FSK 的一种 ， 吃饭 因此 ， 吃饭 GMSK 检波也可以采用FSK 检波器 ， 吃饭 即包络检波及同步检波 。 洗手 而 GMSK 还可以采用时延检波 ， 吃饭 但每种检波器的误码率不同 。 洗手洗手 GMSK 非相干解调原理图如图 2.3， 吃饭 图中是采用 FM 鉴频器（
8、斜率鉴频器或相位鉴频器）再加判别电路 ， 吃饭 实现 GMSK 数据的解调输出 。 洗手洗手 洗手 洗手 洗手 非归零 数字序列 高斯低通滤 波器 频率调制器 （ VCO） GMSK 已调信号 带通滤波器 限幅器 判决器 鉴频器 6 图 2.3 GMSK 解调原理图 洗手 洗手 如图 2.4 为 GMSK 调制解调系统的 SimuLink 仿真模型 ， 吃饭 整个系统主要包括五大模块 ： beef随机信号发生模块 、 beefGMSK 调制模块 、 beef信道 、 beefGMSK 解调模块 、 beef误码率统计模块 。 洗手 所选库模块如图 2.4 中所示 。 洗手洗手 洗手 洗手 洗手
9、 洗手 洗手 图 2.4 系统 SimuLink 仿真模型图 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 7 GMSK解调信号 第三章 系统 功能 模块 设计 洗手 3.1 信号发生模块 洗手 因为 GMSK 信号只需满足非归零数字信号即可 ， 吃饭 本设计中选用（ Bernoulli Binary Generator） 来 产生一个二进制序列 作为输入信号 。 洗手洗手 洗手 洗手 图 3.1 GMSK 信号产生器 洗手 该模块的参数设计这只主要包括以下几个 。 洗手 其中 probability of a zero 设置为 0.5 表示产
10、生的二进制序列中 0 出现的概率 为 0.5； beefInitial seed 为 61 表示随机数种子 为 61； beefsample time 为 1/1000 表示 抽样时间即每个符号的持续时间为 0.001s。 洗手 当仿真时间固定时 ， 吃饭 可以通过改变 sample time 参数来改变码元个数 。 洗手 例如仿真时间为 10s， 吃饭 若 sample time 为 1/1000， 吃饭 则码元个数为 10000。 洗手洗手 3.2 调制 、 beef解调 模块 洗手 洗手 图 3.2 GMSK 调制解调模块 洗手 GMSK Modulator Baseband 为 GMS
11、K 基带调制模块 ， 吃饭 其 input type 参数设为 Bit表示 表示模块的输入信号时二进制信号（ 0 或 1） 。 洗手 BT product 为 0.3 表示带 宽和码元宽度的乘积 。 洗手 其 中 B 是高斯低通滤波器的归一化 3dB 带宽 ， 吃饭 T是码元长度 。洗手 当 B T=时 ， 吃饭 GMSK 调制信号就变成 MSK 调制信号 。 洗手 BT=0.3 是 GSM 采用的 调制方式 。 洗手 Plush length 则是脉冲长度即 GMSK 调制器中高斯低通滤波器的周期 ， 吃饭设为 4。 洗手 Symbol prehistory 表示 GMSK 调制器在仿真开始
12、前的输入符号 ， 吃饭 设为 1。洗手 Phase offset 设为 0， 吃饭 表示 GMSK 基带调制信号的初始相位为 0。 洗手 Sample per symbol 为 1 表示每一个输入符号 对应的 GMSK 调制器产生的输出信号的抽样点数为 1。 洗手洗手 AWGN Channel 为加性高斯白噪声模块 ， 吃饭 高斯白噪声信道的 Mode 参数（操作模式）设置为 Signal to noise(SNR),表示信道模块是根据信噪比 SNR 确定高斯白噪声的功率 ， 吃饭 这 时 需要确定两个参数 ： beef信噪比和周期 。 洗手 而将 SNR 参数 设为一个变量xSNR 是为了在
13、 m 文件中编程 ， 吃饭 计算 不同 信噪比下的误码率 ， 吃饭 改变 SNR 即改变信GMSK 信号 输出 GMSK 信号 8 道 信噪比 。 洗手 洗手 GMSK Demodulator Baseband 是 GMSK 基带解调器 。 洗手 其前六 项参数与 GMSK 调制器相同 ， 吃饭 并设置的值也相同 。 洗手 最后一项为回溯长度 Traceback Length,设为 变量Tracebacklength， 吃饭 在 m 文件 通过改变其值 ， 吃饭 可以 观察 回溯长度对调制性能的影响 。 洗手洗手 3.3 误码率计算 模块 洗手 洗手 图 3.3误码率计算模块 洗手 Recei
14、ve dely(接收端时延 )设置为回溯长度加一 ， 吃饭 表示接收端输入的数据滞后发送端数据 TracebackLength+1 个输入数据 ； beefComputation delay(计算时延 )设为0， 吃饭 表示错误率统计模 块不忽略最初的任何输入数据 。 洗手 Computation mode(计算模式 )设置为 Entire frame(帧计算模块 )， 吃饭 表示错误率统计模块对发送端和接收端的所有数据进行统计 。 洗手 Output data(输出数据 )设为 workspace， 吃饭 表示竟统计数据输出到工作区 。 洗手 Variable name (变量名 )则是设置
15、 m文件中要返回的参数的名称 ， 吃饭 设为 xErrorRate。 洗手洗手 3.4 波形观察模块 洗手 3.4.1 调制 、 b eef解调信号观察模块 洗手 因为 GMSK 调制信号是一个复合信号 ， 吃饭 所以只用 示波器（ Scope）无法观察到调制波形 ， 吃饭 所以在调制信号和示波器间加一转换模块 Complex to magnitude-angle将调制信号分别在幅度和相角两方面来观察 。 洗手洗手 洗手 图 3.4 调制信号观察模块 洗手 将 Complex to magnitude-angleoutput 的 output 参数设为 magnitude and angle,
16、表示同时输出调制信号的幅度和相角 。 洗手 示波器 scope1 的 number of axes 为 2表明有纵坐标个数为 2； beeftime range 表示时间轴的显示范 围 ， 吃饭 设为 auto,表示时间轴的显示范围为整个仿真时间段 。 洗手 Tick Tabels 设为 bottom axis only 时 ， 吃饭只显示各个纵坐标以及最下面的横坐标的标签 。 洗手洗手 洗手 基带信号 GMSK 解调信号 GMSK 调制信号 9 图 3.5 解调信号观察模块 洗手 3.4.2 调制信号频谱观察模块 洗手 洗手 图 3.6 GMSK 调制信号频谱观察模块 洗手 洗手 设置了坐标
17、 Y的范围为 0到 7， 吃饭 X的范围为 -FS,FS， 吃饭 Amplitude scaling 表示幅度计算 ， 吃饭 选择一般模式即以 V 为单位 进行 计算 。 洗手 但 Y 坐标标记 Y-axis title 设为 magnitude， 吃饭 dB 转换为 dB形式 。 洗手洗手 3.4.3 眼图观察模块 洗手 洗手 图 3.7 GMSK 调制信号眼图观察模块 洗手 洗手 Offset(sample)参数表示 MATLAB 在开始绘制眼图之前应该忽略的抽样点的个数 。 洗手 Symbols per trace 表示每径符号数 ， 吃饭 每条曲线即成为一个“径” 。 洗手 Trace
18、s displayed 则是要显示的径数 。 洗手 New traces per display 是每次重新显示的径的数目 。 洗手洗手 在系统中要求通过 m文件编程绘制误码率曲线 。 洗手 其程序流 程图如图 3.8： beef洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 洗手 开始 X=0:10; xTracebackLength=4; Y=x i=1:length(x) 执行 SimuLink 仿真模型 Y(i)=xErrorRate(1) 10 洗手 洗手 洗手 洗手 图 3.8 程序流程图 洗手 第四章 系统调试与结果分析
19、 洗手 4.1 实验调试 洗手 调试过程中主要通过 MATLAB 自带的 Help 功能来进行调试 ， 吃饭 在 Help 中查找所需函数的定义及形式和使用方法 。 洗手 通过报错信息找出相应的错误 ， 吃饭 翻阅相关资料 ，吃饭 与同组人经过讨论后进行修改 。 洗手 在最终解决不了的情况下 ， 吃饭 请教老师 ， 吃饭 最终改正所有错误 。 洗手洗手 设计模块 、 beef参数设置及程序代码编写完成后 。 洗手 先将高斯白噪声信道信噪比 xSNR和 GMSK 解调模块的回溯长度参数设为常数 ， 吃饭 运行实验模型 ， 吃饭 观察示波器 ， 吃饭 发现没有出现基带与解调信号波形 。 洗手 先检
20、查示波器参数 ， 吃饭 发现并无问题 ， 吃饭 编译SimuLink 的 .mdl 文件时信号发生器报错 ， 吃饭 错误信息为 ： beefFor integer inputs, the input values must be in the range +/- (M-2i-1), i=0,1, ., (M/2)-1， 吃饭检查 GMSK 调制模块参数 input type 与 GMSK 解调模块 out put 参数均设置为integer， 吃饭 但实际上贝努力二进制序列产生器产生的是一个由 0和 1 组成二进制序列 ， 吃饭 与 integer 产生冲突 ， 吃饭 将上述两参数就改为 bi
21、t， 吃饭 再编译 mdl 文件 ， 吃饭 无错误显示 。 洗手 进而运行 m文件 ， 吃饭 mdl 文件界面弹出 ， 吃饭 说明无法执行 mdl 模型 。 洗手 检查程序 ， 吃饭 发现 xSimulation Time 在 m 文件中有设置 ， 吃饭 而此参数在 SimuLink 中的simulation/simulation parameters 中已根据 start time 和 stop time 设定 ，吃饭 删除 m文件中的 xSimulation Time=10， 吃饭 再运行 ， 吃饭 观察示波器 ， 吃饭 示波器显示波形 。洗手 误码率曲线也能画出 。 洗手 署名系统基本功
22、能已经实现 。 洗手洗手 在执行瑞丽信道模块时 ， 吃饭 多径道瑞丽信道模块报错 ， 吃饭 报错信息为 ： beefegal 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； beef
23、在资料上查找多径道瑞丽信道模块的参数 ，吃饭 发现其 Sample time 参数必须设置为 1/BitRate/SampleperSymbol， 吃饭 前面二进制序列发生器的 sample time 为 1/1000， 吃饭 而多径 道瑞丽信道模块 SampleperSymbol参数为 1， 吃饭 故多径道瑞丽信道模块的 Sample time 参数应为 1/1000。 洗手 改正后 ， 吃饭运行文件 ， 吃饭 无错 。 洗手洗手 各调制信号观察时 ， 吃饭 频谱仪显示的图形都与理论频谱形状相差 很 大 ， 吃饭 尤其 GMSK的频谱 ， 吃饭 都没有出现主瓣与旁瓣的明显区分 ， 吃饭 重新修改频谱仪的参数 ， 吃饭 将Amplitude scaling 参数由 dB 改为 magnitude， 吃饭 情况就好很多了 。 洗手 但是无论怎样改变 ， 吃饭 都不能得到理想的状态 ， 吃饭 估计是其他模块的一些参数对频谱仪的图形观察 有影响 。 洗手洗手 最后执行总的文件 ， 吃饭 各模块都能顺利执行 ， 吃饭 说明软件调试基本完成 。 洗手洗手 4. 结果分析 洗手 4.2.1 GMSK 调制与解调波形 :洗手 Y(i)=xErrorRate(1) 返回 返回
