基于MATLAB的GMSK系统的设计仿真.doc

### 基于MATLAB的GMSK系统的设计与仿真 #### 1. 课程设计的任务与要求 ##### 1.1 课程设计的任务 - **深入理解GMSK的基本理论**：通过本次课程设计，学生需加深对GMSK（高斯最小频移键控）基本理论的理解。GMSK是一种特殊的MSK（最小频移键控），它使用高斯滤波器对输入信号进行预处理，从而得到具有良好频谱特性的调制信号。 - **科研与编程能力培养**：通过实际操作，培养学生的独立科研能力和MATLAB编程技巧。 - **SIMULINK仿真实践**：利用MATLAB的SIMULINK工具箱对GMSK调制系统进行仿真，验证理论分析的结果。 ##### 1.2 课程设计的要求 - **观察信号波形**：分析基带信号、已调信号和解调信号的波形特征，了解信号变化过程。 - **频谱分析**：通过观察已调信号的频谱图，理解GMSK调制的特点及其对信号频谱的影响。 - **性能分析**：研究调制性能（如误码率）与BT参数（高斯滤波器的带宽与码元宽度的乘积）之间的关系。 - **比较MSK系统**：将GMSK与传统的MSK系统进行对比，分析两者在性能上的差异。 ##### 1.3 课程设计的研究基础 GMSK是一种特殊类型的MSK调制方式，主要特点是利用高斯低通滤波器对输入信号进行预处理，从而使得调制后的信号具有更好的频谱特性。GMSK调制原理如图1所示，其中高斯低通滤波器的作用是保持已调信号的包络恒定和相位连续。 - **滤波器特性**：为了使输出频谱更加集中，高斯低通滤波器需要具备窄带和尖锐的截止特性，以抑制FM调制器输入信号中的高频分量；同时，滤波器还应具备较小的脉冲响应过冲量，以避免FM调制器的瞬时频偏过大；此外，滤波器输出脉冲响应曲线下面积应对应π/2的相移。 - **调制指数**：对于GMSK而言，调制指数为1/2，这意味着它是在MSK的基础上进一步优化得到的。 - **解调方法**：GMSK信号可以通过多种方式进行解调，包括FSK检波器（包络检波和同步检波）、时延检波等。不同的解调方法会导致不同的误码率。 #### 2. GMSK系统设计 ##### 2.1 信号发生模块 信号发生模块负责产生二进制序列作为输入信号。在本设计中，使用MATLAB中的`Bernoulli Binary Generator`模块来生成二进制序列。参数设置如下： - `Probability of a Zero`设置为0.5，表示产生的二进制序列中0出现的概率为0.5。 - `Initial Seed`为61，表示随机数种子为61。 - `Sample Time`为1/1000，表示抽样时间即每个符号的持续时间为0.001秒。 ##### 2.2 调制解调模块 - **GMSK Modulator Baseband**：该模块负责进行GMSK调制。主要参数包括： - `Input Type`设置为Bit，表示模块接收的是二进制信号（0或1）。 - `BT Product`设置为0.3，表示带宽和码元宽度的乘积。这决定了高斯低通滤波器的带宽与码元长度的比例关系，也是区分GMSK与MSK的关键参数之一。 - `Pulse Length`设置为4，表示GMSK调制器中高斯低通滤波器的周期。 - `Phase Offset`设为0，表示GMSK基带调制信号的初始相位为0。 - `Samples 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。 - **AWGN Channel**：模拟真实通信环境中的噪声干扰。该模块的主要参数包括： - `Mode`设置为Signal to Noise (SNR)，表示根据信噪比SNR确定高斯白噪声的功率。 - `SNR`参数设置为变量xSNR，以便在MATLAB脚本中动态调整信噪比。 - **GMSK Demodulator Baseband**：该模块负责GMSK信号的解调。其参数设置与调制模块类似，包括： - `Input Type`、`BT Product`、`Pulse Length`、`Phase Offset`、`Samples per Symbol`等参数与调制器相同。 - `Traceback Length`设为变量Traceback，表示解调过程中回溯的长度。 通过以上设计，可以构建出一个完整的基于MATLAB的GMSK系统，并通过SIMULINK进行仿真。通过观察信号波形、频谱图以及分析调制性能与BT参数的关系，可以更深入地理解GMSK的工作原理及其优势。此外，通过与MSK系统的对比，可以进一步探讨两种调制方式之间的异同。这种实践性的学习不仅有助于理论知识的深化理解，还能培养学生的实际操作技能和解决问题的能力。