实验一 基于matlab的GMSK综合实训.doc

实验一 基于matlab的GMSK综合实训一、实验目的1．熟练掌握GMSK，MSK信号的调制解调基本原理2．熟悉并熟练掌握MATLAB的编程技术3 能采用MATLAB实现对GMSK，MSK调制解调的原理性仿真，给出GMSK编码，调制，以及接收端进行解调的详细过程及分析，以此来更深入理解GMSK的调制解调过程4. GMSK调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式，其中BT值作为设计高斯滤波器的一个主要参数，对GMSK系统以及提高数字移动通信的频谱利用率和通信质量有重大意义任意设置几个BT值（不少于四个），观察运行结果并给出相应分析二、实验平台Matlab三、实验原理1. MSK的基本原理在一个码元时间Tb内，信号可表示为S(t)=ACOS[ct+(t)] （1）当(t)为时间连续函数时，已调波在所有时间上是连续的若传0码时载频为1，传1码时载频为2，它们相对于未调载频c的偏移为，则式（1）又可写为 S(t)=ACOS[ct(0)] （2） 比较式（1）和式（2）可以看出，在一个码元时间内，相角(t)为时间的线性函数，即(t)= (0) （3）式中，(0)为初相角，取决于过去码元调制的结果。

它的选择要防止相位的任何不连续性对于FSK信号，当2Tb=nπ（n为整数）时，就认为它是正交的为了提高频带利用率，要小，当n=1时，达到最小值，这时有 Tb= （4）2Tb= （5）其中，h称为调制指数由式（5）看出，频偏=1/（4Tb）；频差2=1/（2Tb），它等于码元速率的一半，这是最小频差所谓的最小频移键控（MSK），正是取调制指数h=0.5，在满足信号正交的条件下，使频移最小1.1 MSK信号的调制 MSK信号可以用两个正交的分量表示，其产生方框图如图 1所示：移相/2振荡带通滤波振荡移相/2串/并变换差分编码MSK信号图1 MSK调制原理图1.2 MSK信号的解调 由于MSK信号是最小二进制FSK信号，所以它可以采用解调FSK信号的相干法和非相干法解调载波提取90相移积分判决积分判决抽样保持抽样保持模2乘MSK信号-[2iT,(2i+1)T][(2i-1)T,(2i+1)T]pq解调输出 图2 MSK解调原理图2. GMSK基本原理GMSK基本的工作原理简单的说就是将基带信号先经过高斯滤波器成形，再进行最小频移键控。

GMSK调制原理框如图3所示：高斯滤波器MSK调制器数 据GMSK信号 图3 GMSK调制原理框图由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性双极性码元通过高斯滤波器产生拖尾现象，所以相邻脉冲之间有重迭对应某一码元，GMSK信号的频偏不仅和该码元有关，而且和相邻码元有关也就是说在不同的码流图案下，相同码元(比如同为“+1”或“-1”)的频偏是不同的 相邻码元之间的相互影响程度和高斯滤波器的参数有关，也就是说和高斯滤波器的3带宽B有关通常将高斯滤波器的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BT值越小，相邻码元之间的相互影响越大理论分析和计算机模拟结果表明BT值越小，GMSK信号功率频谱密度的高额分量衰减越快主瓣越小，信号所占用的频带越窄，带外能量的辐射越小，邻道干扰也越小2.1 GMSK的调制原理MSK是在MSK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点：先通过一个Gauss滤波器将数据先送入一个Gauss滤波器进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。

再进行最小频移键控调制，由于数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的信号频谱紧凑、误码特性好对矩形波形进行滤波后，得到一种新型的基带波形，使其本身和尽可能高阶的导数连续，从而得到较好的频谱特性由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性高斯低通滤波器的脉冲响应h(t)可以表示为： (6)式中，B为高斯滤波器的3dB带宽 该滤波器对单个宽度为Tb的矩形脉冲的响应为 (7)式中 (8)当BT取不同值时，g(t)的波形就越来越趋近于1. GMSK的信号表达式为 （9） GMSK的相位路径如图4所示： 图4 GMSK的相位轨迹从图4可以看出，GMSK是通过引入可控的码间干扰来达到平滑相位路径的目的，它消除了MSK相位路径在码元转换时刻的相位转折点从图中还可以看出，GMSK信号在一码元周期内的相位增量，不像MSK那样固定为π/2，而是随着输入序列的不同而不同 由式（9）可得 （10）式中 （11）尽管g(t)的理论是在－∞＜t＜＋∞范围取值，但实际中需要对g(t)进行截短，仅取(2N+1)Ts区间，这样可以证明在码元变换时刻的取值是有限的。

这样我们就可以事先制作和两张表，根据输入数据读出相应的值，再进行正交调制就可以得到GMSK信号，如图5所示 地 址 产 生cos[θ(t)]表象限计数器sin[θ(t)]表D/AD/ALPFLPF输入数据图5 GMSK的调制结构图2.2 GMSK的解调原理这节我们介绍一下GMSK信号的解调其解调方法有相干解调和差分解调 相干解调使用Costas环，基本原理是对信号进行载波提取，和正交两路信号混频滤波后在基带恢复数据该方法被广泛应用于PSK、DS等信号的解调，特别适合用于要求简单、小型化的移动无线通信终端中GMSK信号的差分解调原理是将其中一路数据经过时延后，和另一路信号相乘，再进行低通滤波，抽样判决恢复数据GMSK信号的差分解调有1bit差分解调和2bit差分解调由于1bit差分解调检测算法原理简单，软件编程时容易实现，因此这次实验采用1bit差分解调信道噪声取高斯白噪声，写成等效低通形式： （12）考虑信号的功率S和噪声n（t），式（12）变为： （13）式中，R（t）表示振幅大小，恒为正；表示噪声对信号相位的影响。

1bit差分解调时，正交信号经过时延（表示信息码元宽度）后与同相支路信号相乘，低通滤波后得到： （14）式中，表示相位路径在1bit信息码元内的变化调制信号一般满足，即载波频率为信息码元频率的整数倍为了更明确地说明解调原理，忽略噪声的影响，式（14）变成： （15）因为为正，所以判决完全由确定：忽略噪声的影响，<0，说明相位减小，判决为0；>0，说明相位增大，判决为1因此，由y（t）就可以恢复信息码元，这也是1bit差分解调的理论依据根据上述推导，列出算法流程图如图6所示：读数据显示I 下变频Q参数设置低通滤波Tb时延抽样判决输出图6 GMSK算法流程图GMSK中频滤波延时Tb相移LPF抽样判决图 7 1bit差分解调原理框图根据GMSK调制解调框图写出程序，试通过基带波形和解调后的波形对比，观察BT值对其误码率的影响3. 高斯低通滤波器在GMSK调制解调中为了改善信号的频谱特性，而且还能保持MSK原有的特性，因此在对GMSK信号进行解调时特加入一个高斯低通滤波器，其作用在于对基带信号进行频谱整形，从而降低信号频带宽度提高频谱利用率，同时降低对相邻信道的干扰（ACI）。

可以通过对高斯低通滤波器的脉冲响应的一个参数B（也就是3dB带宽）的调整达到对信号的带外辐射进行不同程度的抑制的效果 图8中我们可以直观地观察出高斯低通滤波器的冲击响应的时域波形 图8 高斯低通滤波器的响应这里以BT = 0.3为例，也就是仅考虑前后相邻码元的影响由于高斯低通滤波器输出需要通过积分器后再引入三角函数来产生基频信号，而积分器响应的相邻三位码元输出总共有八种因此，通常的方法是预先将积分器的输出响应存在RAM中，再以延迟得方式获得前后码元的信息，最后查表取出积分器的输出这样可以避免设计复杂的滤波器并且大大减少运算量以及时间无线通信原理实验报告实验一 基于matlab的GMSK综合实训学号 姓名 实验要求1．熟练掌握GMSK，MSK信号的调制解调基本原理2．熟悉并熟练掌握MATLAB的编程技术实验任务1. 采用MATLAB实现对GMSK，MSK调制解调的原理性仿真，给出GMSK编码，调制，以及接收端进行解调的详细过程及分析2. GMSK调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式，其中BT值作为设计高斯滤波器的一个主要参数，对GMSK系统以及提高数字移动通信的频谱利用率和通信质量有重大意义。

任意设置几个BT值（不少于四个），观察运行结果并给出相应分析实验原理仿真程序仿真结果实验结论参考程序%绘制调制波形00101010 clear all;Ts=1/16000; %基带信号周期为1/16000s,即为16KHzTb=1/32000; %输入信号周期为Ts/2=1/32000s,即32KHzBbTb=0.5; %取BbTb为0.5Bb=BbTb/Tb; %3dB带宽Fc=32000; 。