毕业设计（论文）GSM系统仿真

目 录摘要IAbstractII第一章 引 言11.1 课题研究背景与意义11.2 课题国内外研究现状11.3 课题研究内容与技术路线21.4 本文结构2第二章 GSM主要原理及组成42.1 基本工作原理42.2 GSM系统的构成42.2.1 移动台（MS）42.2.2 基站子系统（BSS）42.2.3 网络子系统（NSS）5第三章 GSM系统仿真设计与分析73.1 GSM系统仿真流程73.2 信源模块73.3 调制模块73.3.1 GMSK调制原理73.3.2 GMSK模块设计93.3.3 MSK调制解调仿真设计与分析103.4 发射模块163.5 信道模块163.6 射频接收模块163.7 混频模块173.7.1 混频器的变频作用173.7.2 混频器工作原理183.7.3 混频器主要性能指标193.7.4 混频模块设计203.8 解调模块203.9 仿真参数设置213.10 性能测试与结果分析22第四章 结束语284.1 设计结果与不足284.2 总结与展望28致谢30参考文献31附录：仿真模块参数表32GSM系统仿真摘要：GSM (Global System for Mobile Communication)俗称“全球通”，它依照欧洲通信标准化委员会（ETSI）制定的GSM规范研制而成，属于第二代移动通信技术（2G），其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。该系统目前已经扩展到全世界的各个角落，成为用户数量最大的移动通信系统，而中国是拥有GSM移动用户数量最多的国家。尽管GSM在数据通信方面与CDMA相比有一定劣势，但作为最大的移动通信系统，尤其在二代半或第三代移动通信系统还没有大规模实际应用的情况下，对GSM做进一步研究和挖掘具有很大的意义。本设计主要利用SystemView仿真一个GSM系统，在研究了GSM系统传输原理和各种相关技术理论的基础上，利用SystemView对其进行了仿真。根据系统功能和指标要求，分别设计了信源、调制、信道、射频接收、混频、解调等模块，并着重介绍了GMSK调制和混频模块，然后计算和设置了相对应的参数，获得了系统仿真的整个框图，最后对仿真结果进行了分析。通过波形、功率谱、频谱图和相位图等仿真结果，对传输过程中的误码率等系统性能进行了评估，并对设计的仿真系统作了进一步的改进与完善。关键词：GSM；仿真模块；GMSK；混频ISimulation of GSM systemAbstract：GSM (Global System for Mobile Communication) was established in accordance with the GSM standard made by ETSI (European Telecommunications Standards Institute), it is a kind of second generation (2G) mobile communication technology. Its development goal is to establish a common mobile phone network standard for all user over the world, client can use his cellphone anywhere. So far, it has been extended to all corners of the world and become the largest mobile communication system, China possesses the largest number of GSM mobile users. Although it has a disadvantage in compare with CDMA in daily communication, as the biggest communication system the further research for GSM is very important, especially during the period of the second or third generation mobile communication systems have no practical application of the large-scale. This design uses SystemView carry out the simulation of GSM system, and it is based on transfer principles and technology of GSM. According to the system function and indicators, an design of GSM System simulation model include: signal sources, modulation, channel transmission, radio frequency receiver, mixer and demodulator, it gave emphasis on GMSK and frequency mixer modules. This paper should figure out and set up parameters, draw up the chart the system and of analysis the simulation results. Making a simple analysis of the system performance through the simulation results of waveform, power spectrum, spectrogram plot and phase and so on, and do further improvements and perfection of the simulation system. Keywords：GSM; Simulation module; GMSK; Frequency mixer第一章 引 言1.1 课题研究背景与意义GSM是为了解决欧洲第一代蜂窝系统四分五裂的状态而发展起来的基于TDMA（时分多址）的数字移动通信系统，也是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规定的蜂窝系统。在GSM之前，欧洲各国在整个欧洲大陆上采用了不同的蜂窝标准，对用户来讲，就不能用一种制式的移动台在整个欧洲进行通信。另外，模拟网本身的弱点，也使得它的容量受到了限制。为此欧洲电信联盟在20世纪80年代初期就开始研制一种覆盖全欧洲的移动通信系统，也就是现在被人们称为GSM的系统。如今GSM移动通信系统已经遍及全世界，即所谓“全球通”。目前我国的移动通信网就是以GSM系统为基础的移动通信网络系统，并已成为拥有GSM移动用户数量最多的国家。随着社会的发展对通信业务种类和数量的需求剧增，人们已不再满足于第二代系统，而是正在努力的进行系统的改进，并朝着第三代移动通信系统(3G)方向迈进。尽管GSM在数据通信方面与CDMA相比有一定劣势，但作为最大的移动通信系统，尤其在二代半或第三代移动通信系统还没有大规模实际应用的情况下，GSM技术在很长一段时间内将仍然占据我国通信系统的主导地位，所以对GSM做进一步研究和挖掘依然具有重大的意义。1.2 课题国内外研究现状第二代移动通信中，GSM系统显然极为重要。现有的GSM网络可以平滑过渡到无线接口技术（WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access）/全球移动电信系统（UMTS，Universal Mobile Telecommunication System）网络。在无线通信系统中，无线网络部分的数据处理能力，始终是一个瓶颈，从GSM到无线分组服务（GPRS，General Packet Radio Service），再到WCDMA，无线网络部分的数据传送能力随着网络的演进是大幅度增强的，从GSM的9.6kb/s，演进到后面的HSDPA的下行数据处理能力达到14Mb/s。无线网络数据传送能力的提高，也就有能力为终端用户提供越来越丰富的业务。可以想象，从GSM系统仅仅提供语音业务到HSDPA系统可以提供高达十几兆的数据下载速率将是一个多么惊人的变化，这也将会给人们的通信带来极大的便利。现有GSM/GPRS核心网则可以逐步演进为UMTS核心网络，它可以同时连接GSM BSS和WCDMA RAN，也就是说GSM BSS和WCDMA RAN可以共享同一个核心网络。从GSM到HSDPA的演进方式能确保现有GSM运营商的利益，从技术上保证过渡的平稳性。GSM的分层结构和网络实体间的标准接口，使运营者可以从不同的设备供应商那儿选择配件，也允许设备制造商们只制造某专用部分，而不需要制造整个系统，这一点很受设备制造商的支持。GSM设备制造商能够不断推出专用设备的第二代和第三代，使其集成度更好、质量更好、成本更低。由此，GSM继续保持良好的发展势头。我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，这使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大的一种数字蜂窝系统。截至2010年1月，中国手机用户由2007年年底的5.40亿增加到7.38亿。目前我国主要的两大GSM系统为GSM900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由在这两个频段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除GSM900和GSM1800外，还加入了GSM1900，手机为三频手机。在我国随着手机市场的进一步发展，现也已出现了三频手机，即可在GSM900/GSM1800/GSM1900三种频段内自由切换的手机，真正做到了一部手机可以畅游全世界。发展时期来看，GSM900发展的时间较早，使用的较多，而GSM1800发展的时间较晚。物理特性方面，前者频谱较低，波长较长，穿透力较差，但传送的距离较远，同时，手机发射功率较强，耗电量较大，因此待机时间较短；而后者的频谱较高，波长较短，穿透力佳，但传送的距离短，其手机的发射功率较小，待机时间则相应地较长。1.3 课题研究内容与技术路线本设计主要利用SystemView仿真一个GSM系统。SystemView仿真软件是一种非常快捷、方便和实用的EDA仿真软件，运用它仿真系统不仅能有效地模拟各个模块的工作过程，还可以通过运行波形方便地分析其功能和总体特性，非常适用于研究各种通信系统。采用动态仿真软件SystemView从动态地对研究对象进行仿真分析。使用SystemView进行GSM系统仿真的主要流程及方法如下：(1) 建立通信系统的基本数学模型：根据通信系统的基本工作原理，确定总的系统功能，将各部分功能模块化，然后找出各部分之间的关系，画出系统框图。(2) 建立仿真电路图：在信号源图符库、算子图符库、函数图符库、信号接收器图符库中选取满足需要的功能模块、将其双击或拖动到设计窗口，按设计的系统框图组建系统，即从各种功能库中选取可视化图符，组建GSM模拟通信系统。(3) 设置仿真系统参数：参数设置包括运行系统参数设置和功能模块运行参数