GMSK調制解調的MATLAB仿真與誤碼率分析

2024年3月30日發(作者：舉例子說明方法的作用)

６７　

第３４卷第２期　

《新疆師范大學學報》（自然科學版）　

Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．２　

２０１５年６月　

Ｊｏｕｒｎａｌ?。铮妗。兀椋睿辏椋幔睿纭。危铮颍恚幔臁。眨睿椋觯澹颍螅椋簦?/p>

Ｊｕｎ．２０１５　

（Ｎａｔｕｒａｌ?。樱悖椋澹睿悖澹蟆。牛洌椋簦椋铮睿?/p>

ＧＭＳＫ調制解調的ＭＡＴＬＡＢ仿真與誤碼率分析　

趙忠華?。顣悦贰?/p>

（１．新疆師范大學物理與電子工程學院，新疆烏魯木齊８３００５４；２．新疆財經大學計算機科學與工程學院，新疆烏魯木齊８３００１２）　

摘　要：高斯濾波最小頻移鍵控（ＧＭＳＫ）是一種典型的連續相位調制方式，具有包絡恒定、頻譜緊湊、抗干擾能力強等特　

點，可有效降低鄰道干擾，提高非線性功率放大器的功率，因此在數字移動通信中得到了廣泛使用。本文通過在Ｍａｔｌａｂ中的Ｓｉｍｕ－　

ｌｉｎｋ建立仿真模型進行仿真研究。并通過觀察ＧＭＳＫ系統調制、解調信號的波形和誤比特率曲線，從而分析ＧＭＳＫ系統的抗噪聲　

性能。　

關鍵詞：ＧＭＳＫ：誤比特率；ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真　

中圖分類號：ＴＰ３９３　文獻標識碼：?。痢∥恼戮幪枺骸。保埃埃福梗叮担梗ǎ玻埃保担埃玻埃叮罚埃丁?/p>

在實際的通信系統中．通常規模比較大，要進行系統試驗與研究是比較困難的ｌｌ?。?。仿真設計技術由于　

其具有的經濟性、靈活性和可靠性而得到越來越廣泛的應用。設計人員可以通過建模和仿真來衡量設計方　

案的可行性，并從中選擇合理的設置參數和系統配置，繼而進行實際的實施。其中Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ公　

司推出的基于Ｍａｔｌａｂ平臺的仿真環境，目前已被越來越多的工程技術人員及科研人員所青睞，它采用搭建　

積木式的建模仿真方式既簡單又直觀，并且在很多領域得到了廣泛的應用。　

高斯濾波最小頻移鍵控（Ｇａｕｓｓｉａｎ?。疲椋欤簦澹颍澹洹。停椋睿椋恚酰怼。樱瑁椋睢。耍澹椋睿纾┦窃冢停樱耍ㄗ钚☆l移鍵控）調制器之前　

插入高斯低通預調制濾波器［　，使其具有包絡恒定、帶寬較窄和能進行相干解調的優點，并能夠有效提高數　

字移動通信的頻譜利用率和通信質量。文章通過Ｓｉｍｕｌｉｎｋ對ＧＭＳＫ系統進行仿真分析其抗干擾能力。　

１?。牵停樱苏{制解調系統　

ＧＭＳＫ系統主要由信號產生、調制、信道、解調、誤碼率計算五個模塊組成　，其原理框圖如圖１所示。　

同時為了便于圖形觀察還增加了示波器、眼圖和頻譜繪制模塊。為了計算系統誤碼率，增加了誤碼率計算　

模塊?！?/p>

圖１?。牵停樱苏{制與解調系統原理框圖　

１．１　ＧＭＳＫ調制原理　

ＧＭＳＫ調制原理圖如圖２所示．圖中濾波器為高斯低通濾波器，它的輸出直接送人ｖｃｏ（壓控振蕩器）　

［收稿日期］２０１５一ｏ４一ｌ３　

［基金項目］新疆師范大學優秀青年教師科研啟動基金（ＸＪＮＵ２０１３１７）　

［作者簡介］趙忠華（１９７４一），女，山東寧津縣人，碩士，講師，主要從事通信和信號處理方面的研究?！?/p>

新疆師范大學學報（自然科學版）?。玻埃保嫡?/p>

進行調制。以保證ＧＭＳＫ的已調波具有恒定包絡和連續相位。　

ＣＭＳＫ　

已調信號　

圖２?。牵停樱苏{制原理圖　

高斯濾波器的傳輸函數表示為：日（．　＝ｅｘｐ（一?。。ǎ保?/p>

其中Ｏ／是與濾波器　（３分貝帶寬）有關的一個系數。Ｂ　可以由以下公式計算：　

｛Ｉ　

ｅｘｐ（一２Ｏｒ２　＝÷　

可得：?。拢琛希担福福贰?/p>

ｆＨ２（Ｂ　

（２）　

１．２?。牵停樱私庹{原理　

ＧＭＳＫ可以采用包絡檢波及同步檢波。ＧＭＳＫ還可以采用時延檢波進行解調，但各種檢波器的誤碼率　

不同【引?！?/p>

ＧＭＳＫ的非相干解調原理圖如圖３所示，解調電路采用ＦＭ鑒頻器（斜率鑒頻器或相位鑒頻器）再加判　

別電路，實現ＧＭＳＫ數據的解調輸出?！?/p>

解調信號　

本實驗模塊采用相干解調的方式　］。若已調信號為：　

ＳＭＳＫ（￡）＝ｌ￣ｃｏｓ（　７１＂　）ｃ。ｓ∞　＋?。睿ā　螅椤。妗。ǎ常?/p>

將該信號進行正交解調可得到：　

路為：ｌ?。桑耄悖铮蟆。罚罚ⅰ。妫眩耄螅椋欤薄。罚ⅲ妫螅椋睢。茫希樱祝簟?/p>

：?。悖铮螅ā。。薄。伞?/p>

ｓ　

Ｊ（２?。。罚ⅲ簟。欤。薄。伞。螅欤ǎ病∫弧。簟。臁?/p>

１

一　

…　＋　）　Ｉ＋?。薄。铮蟆∫弧。。ǎ矗?/p>

路為：Ｊ厶ｃ。ｓ（?。恪。椋睢。罚ⅰ。椋睢。螅椋睿鳎悖簟?/p>

＝?。椋睿ā。。薄?/p>

。ｓ

Ｉ（２?。。。桑。薄。伞。睿欤ǎ病∫弧。。臁?/p>

—

Ｑ?。睢。。。桑。薄。螅椋睢∫弧。罚罚ⅲ。ǎ担?/p>

將高頻分量（２ｗ?。?/p>

ｚ　１　ｓ　

）和（２ｗ　一?。?/p>

厶ｓ１

７＂）濾掉

，

然后對低頻分量?。保。恪?。ｓ（　）五ｓ１　　和寺　ｓ己?。椋睿ā。玻裕蟆。┻M行采　

樣即可還原成ｌｋ、Ｑ　兩路信號。　

將ＧＭＳＫ信號進行正交解調后，并通過低通濾波器得到基帶信號，對此基帶信號進行判決比較，再經過　

ＣＰＬＤ的數字處理。就可以得到ＮＲＺ碼。　

２?。牵停樱讼到y的功能模塊設計　

２．１信號發生模塊　

ＧＭＳＫ的基帶信號要求是非歸零序列．因此選用隨機數產生模塊（Ｒａｎｄ。ｍ　Ｉｎｔｅｇｅ　Ｇ。ｎｅｒａｔｏｒ）．用它來產　

第２期　趙忠華等?。牵停樱苏{制解調的ＭＡＴＬＡＢ仿真與誤碼率分析?。叮埂?/p>

生一個二進制序列作為輸入信號　，如圖４所示?！?/p>

Ｒａｎｄｏｍ　Ｉｎｔｅｇｅｒ　

Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

圖４?。牵停樱诵盘柈a生器　一　

在該模塊的參數設置中，Ｍ—ａｒｙ?。睿酰恚猓澹颍S機整數范圍），其值設為２；Ｉｎｉｔｉａｌ?。螅澹澹洌S機整數的種子）將　

其設為３７；Ｓａｍｐｌｅ?。簦椋恚澹ùa元周期），設其值為１／１０００?！?/p>

２．２調制與解調模塊　

圖５?。牵停樱苏{制解調模塊　

ＧＭＳＫ的調制解調模塊如圖５所示，ＧＭＳＫ?。停铮洌酰欤幔簦铮颉。拢幔螅澹猓幔睿錇椋牵停樱苏{制模塊［６］。其中ｉｎｐｕｔ　ｔｙｐｅ參　

數設為Ｂｉｔ，表示其輸人信號為二進制信號。ＢＴ?。穑颍铮洌酰悖舯硎編捄痛a元寬度的乘積，設為０．３。Ｐｌｕｓｈ?。欤澹睿纾簦琛?/p>

（脈沖長度），設為４。Ｓｙｍｂｏｌ?。穑颍澹瑁椋螅簦铮颍ǚ抡骈_始前的輸人符號）設其值為ｌ。Ｐｈａｓｅ?。铮妫妫螅澹簦ǔ跏枷辔唬┰O為　

０。Ｓａｍｐｌｅ?。穑澹颉。螅恚猓铮毂硎久恳粋€輸人數據在ＧＭＳＫ調制器中產生的輸出信號的抽樣點數，設為１。　

ＡＷＧＮ　Ｃｈａｎｎｅｌ為加性高斯白噪聲信道模塊。其中高斯白噪聲信道的Ｍｏｄｅ參數設為Ｓｉｇｎａｌ?。簦铩。睿铮椋螅濉?/p>

ｒａｔｉｏ（ＳＮＲ），表示信道模塊是根據ＳＮＲ（信噪比）來確定高斯白噪聲的功率，這時需要確定兩個參數：信噪比　

和周期。將ＳＮＲ參數設為一個變量ｘＳＮＲ可以在ｍ文件中編程，用來計算不同信噪比下的誤碼率?！?/p>

ＧＭＳＫ?。模澹恚铮洌酰欤幔簦铮颉。拢幔螅澹猓幔睿涫牵牵停樱私庹{模塊?。?。其前六項參數與ＧＭＳＫ調制器相同，并設同樣的　

值。將參數回溯長度Ｔｒａｃｅｂａｃｋ?。蹋澹睿纾簦柙O為變量Ｔｒａｃｅｂａｃｋｌｅｎｇｔｈ．可以在ｍ文件中通過改變其值。來觀察回　

溯長度對調制性能的影響?！?/p>

２．３誤碼率計算模塊　

Ｅｒｒｏｒ?。遥幔簦濉?/p>

Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　

圖６誤碼率計算模塊　

圖６為誤碼率計算模塊。其中將參數Ｒｅｃｅｉｖｅ?。洌澹欤幔ń邮斩藭r延）設置為Ｔｒａｃｅｂａｃｋｌｅｎｇｔｈ＋１，即接收到　

的數據滯后發送的數據ＴｒａｃｅｂａｃｋＬｅｎｇｔｈ＋１ｌ８］。Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ?。洌澹欤幔ㄓ嬎銜r延）設為０。Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ?。恚铮洌澹ㄓ嫛?/p>

算模式）設置為Ｅｎｔｉｒｅ　ｆｒａｍｅ（幀計算模塊）。Ｏｕｔｐｕｔ?。洌幔簦幔ㄝ敵鰯祿┰O為ｗｏｒｋｓｐａｃｅ。Ｖａｒｉａｂｌｅ?。睿幔恚澹ㄗ兞俊?/p>

名）設置從ｍ文件中返回的參數名稱，設為ｘＥｒｒｏｒＲａｔｅ?！?/p>

２．４波形觀察模塊　

２．４．１?。牵停樱艘颜{信號的觀察模塊　

Ｉ－。¨。Ｉ?。撸??！。蹋臁。省?/p>

、一ＪｌｌＩ?。獭?/p>

：：Ｉ　，　

圖７?。牵停樱艘颜{信號觀察模塊　

７２　新疆師范大學學報（自然科學版）?。玻埃保抵簟?/p>

［５］韓利竹，王華．ＭＡＴＬＡＢ電子仿真與應用［Ｍ］．北京：國防工業出版社，２００３：１２５－１２８．　

［６］李賀冰．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ通信仿真教程［Ｍ］．北京：國防工業出版社，２００６：２５－２９．　

［７］鄧華．ＭＡＴＬＡＢ通信仿真及應用實例詳解［Ｍ］．北京：人民郵電出版社，２００３：７９－８５．　

［８］劉學勇．詳解Ｍａｆｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ通信系統建模與仿真實例［Ｍ］．北京：電子工業出版社，２０１１：９６－１２４　

［９］吳惠，劉江濤，陳建兵．基于云計算平臺的ＲＡＩＤ虛擬實驗設計與實現［Ｊ］．云南師范大學學報（自然科學版），２０１４，３４（２）　

ＧＭＳＫ?。停铮洌酰欤幔簦椋铮睢。幔睿洹。模澹恚铮洌酰欤幔簦椋铮睢。铮妗。簦瑁濉。停粒裕蹋粒隆。樱椋恚酰欤幔簦椋铮睢?/p>

ａｎｄ?。粒睿幔欤螅椋蟆。铮妗。拢椋簟。牛颍颍铮颉。遥幔簦濉?/p>

ＺＨＡＯ?。冢瑁铮睿纾瑁酰幔?，ＹＡＮＧ?。兀椋幔铮恚澹椤?/p>

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ?。铮妫校瑁螅椋悖蟆。幔睿洹。牛欤澹悖簦颍铮睿椋恪。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿?，Ｘｉｎｊｉａｎｇ?。危铮颍恚幔臁。眨睿椋觯澹颍螅椋簦?，Ｕｒｕｍｑｉ，Ｘｉｎｊｉ￣ｎｇ，８３００５４，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ?。樱悖椋澹睿悖濉。幔睿洹。牛睿纾椋睿澹澹颍椋睿纭。茫铮欤欤澹纾?，Ｘｉｎｊｉａｎｇ?。眨睿椋觯澹颍螅椋簦。铮妗。疲椋幔睿悖濉。幔睿洹。牛悖睿铮睿铮恚椋悖?，　

Ｕｒｕｎｕｔｉ，Ｘｉｎｊｉ￣ｎｇ，８３Ｏ０１２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａｕｓｓｉａｎ?。停椋睿椋恚酰怼。樱瑁椋簦妗。耍澹椋睿纾ǎ牵停樱耍椋蟆。帷。簦穑椋悖幔臁。悖铮睿簦椋睿酰铮酰蟆。穑瑁幔螅濉。恚铮洌酰欤幔簦椋铮睢。鳎椋簦琛。悖铮睿螅簦幔睿簟?/p>

ｅｎｖｅｌｏｐｅ，ｗｉｔｈ?。簦瑁濉。悖瑁幔颍幔悖簦澹颍椋螅簦椋悖蟆。铮妗。悖铮恚穑幔悖簟。螅穑澹悖簦颍酰怼。幔睿洹。螅簦颍铮睿纭。幔睿簦椤椋睿簦澹颍妫澹颍澹睿悖澹牵停樱恕。悖幔睢。澹妫妫澹悖簦椋觯澹欤。颍澹洌酰悖濉?/p>

ｔｈｅ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ｃｈａｎｎｅｌ?。椋睿簦澹颍妫澹颍澹睿悖濉。幔睿洹。椋恚穑颍铮觯濉。簦瑁濉。睿铮睢欤椋睿澹幔颉。穑铮鳎澹颉。幔恚穑欤椋妫椋澹?，ＳＯ?。椋簟。瑁幔蟆。猓澹澹睢。鳎椋洌澹欤。酰螅澹洹。椋睢。洌椋纾椋簦幔臁?/p>

ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｎ?。簦瑁椋蟆。穑幔穑澹?，ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ?。椋蟆。恚幔洌濉。鳎椋簦琛。樱椋恚酰欤椋睿搿。椋睢。停幔簦欤幔猓粒睿洹。簦瑁濉。幔睿簦椋睿铮椋螅濉?/p>

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ?。铮妗。牵停樱恕。螅螅簦澹怼。椋蟆。幔睿幔欤澹洹。猓。铮猓螅澹颍觯椋睿纭。簦瑁濉。鳎幔觯澹妫铮颍睿臁。铮妗。簦瑁濉。牵停樱恕。螅螅簦澹怼。恚铮洌酰欤幔簦椋铮睿洌澹恚铮洌酰欤幔簦椋铮睢?/p>

ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄ?。猓椋簟。澹欤裕希啤。颍幔簦濉。悖酰颍觯澹?/p>

Ｋｅｙ?。鳎铮颍洌螅海牵停樱?；Ｔｈｅ?。猓椋簟。澹颍颍铮颉。颍幔簦?；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ