基于MATLAB的GMSK仿真分析-移动通信系统三级项目报告

Mobile Communication System Project Design Report

目录

1              摘要：

2              GSMK的基本介绍

3              GMSK的原理分析

3.1              GMSK调制的基本原理

3.2              GMSK信号的调制

3.3              限幅鉴频器解调

3.4              非相干差分解调

4              GMSK的MATLAB仿真

5              参考文献

GMSK 由于具有优良的频谱效率和功率效率，因而作为一种主要的现代调制技术被广泛地应用于多种现行的无线标准之中。主要介绍数字调 制技术 GMSK 的调制解调原理和 MATLAB 仿真。介绍了 GMSK 的发展和主要应用，并分别介绍了GMSK 的调制和解 调方法。最后利用 MATLAB 进行了 GMSK 系统仿真和性能分析。

GMSK是高斯滤波最小频移键控的简称，由于具有优良的频谱效率和功率效率等特性，因而作为一种主要的调制技术被广泛地应用于多种现行的无线标准之中(GSM, DECT, CDPD )。

GMSK 调制技术是从 MSK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个 高斯滤波器（预调制滤波器）进行预调制滤波。

GMSK的由于数字信号在调制前进行了 高斯预调制滤波，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，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的 GSM移动通信体制就是使用 GMSK 调制方式。

GMSK调制的基本原理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(MSK)调制。

实现GMSK信号的调制，关键是设计一个性能良好的高斯低通滤波器，它必须具有如下特性：

①有良好的窄带和尖锐的截止特性，以滤除基带信号中多余的高频成分。

②脉冲响应过冲量应尽量小，防止已调波瞬时频偏过大。

③输出脉冲响应曲线的面积对应的相位为π/2，使调制系数为1/2。

以上要求是为了抑制高频分量、防止过量的瞬时频率偏移以及满足相干检测所需要的。

高斯低通滤波器的冲激响应：

式中，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：

Q=   exp d

通过比较前面两个图和分析我们可以下定性的结论：

基带的脉冲形成技术平滑了 M SK 信号的相位曲线，因此稳定了信号的频谱变化，这将使得发射频谱上的旁瓣高度大大降低。GMSK 是通过引入可控的码间干扰（即部分响应波形）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 信号在一个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。

GMSK信号的解调可以用与MSK一样的正交相干解调电路。在相干解调中最为重要的是相干载波的提取，这在移动通信中的环境中是比较困难的，因而通常采用差分解调和鉴频器解调等非相干解调。

限幅鉴频器，顾名思义由两个部分组成：限幅器，用来恢复受到噪声和干扰影响的接收信号的恒包络的特性；鉴频器，用来将相位调制转化为幅度调制，以供随后的包络检测。鉴频器之后通常跟随一个低通滤波器，例如一个积分滤波器。信号通过低通滤波器之后进入判决器判决。

非相干差分解调，利用接收信号以及其时延信号进行解调。原理图如图 所示：其中 C 代表一个复常数（当延时为 T 时，C=-j）。

根据上面的原理部分知道了 GMSK 的工作过程，在 MSK 前面增加一个高斯低通滤波器然后在经过 I，Q 信道最后形成 GMSK 信号。首先产生输入信号，这里选择方波，利用MATLAB 的函数产生方波脉冲，同时对方波的频谱进行仿真。其次产生一个高斯低通滤波器，并使方波脉冲通过该滤波器。使该输出信号通过模拟 I，Q 信道，产生 GMSK 信号。这里选择 BT=0.25，调制指数为 0.5。

GMSK 信号通过高斯信道后在接收端进行相干解调，分别得到 I，Q 支路解调信号，抽样判决之后进行并串转换得到译码数据，并可以计算误比特率。

原始数据生成（基带信号）

设 0,1 等概产生，数据速率为 256kbits/s。

数据过采样内插将单极性数据变成双极性信号，为便于后续处理，在相邻数据之间内插 7 个 0。

• 通过高斯低通滤波器将内插后的双极性信号通过高斯低通滤波器
  

• 通过接收滤波器后的 I、Q 支路信号
  

高斯信道时，在不同BT下误比特率Pb与比特信噪比的关系曲线

从图中可以看出：

B3dBT =0.5时系统的误比特率性能要好于B3dBT = 0.25时系统的误比特率性能。

[1]王士林，陆存乐，龚初光．现代数字调制技术[M]．人民邮电出版社，1985．

[2]张辉，曹丽娜. 现代通信原理与技术.西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[3]曹志刚, 钱亚生．现代通信原理．北京：清华大学出版社，2002．

[4]杨小牛. 软件无线电原理与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2001

[5]杨允均，武传华. “用 MATLAB 实现 GMSK 信号产生与解调”，工程应用， 2005

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