GMSK调制解调的MATLAB仿真与误码率分析

2024年3月30日发(作者：举例子说明方法的作用)

６７　

第３４卷第２期　

《新疆师范大学学报》（自然科学版）　

Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．２　

２０１５年６月　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

Ｊｕｎ．２０１５　

（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　

ＧＭＳＫ调制解调的ＭＡＴＬＡＢ仿真与误码率分析　

赵忠华　．　杨晓梅　

（１．新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆乌鲁木齐８３００５４；２．新疆财经大学计算机科学与工程学院，新疆乌鲁木齐８３００１２）　

摘　要：高斯滤波最小频移键控（ＧＭＳＫ）是一种典型的连续相位调制方式，具有包络恒定、频谱紧凑、抗干扰能力强等特　

点，可有效降低邻道干扰，提高非线性功率放大器的功率，因此在数字移动通信中得到了广泛使用。本文通过在Ｍａｔｌａｂ中的Ｓｉｍｕ－　

ｌｉｎｋ建立仿真模型进行仿真研究。并通过观察ＧＭＳＫ系统调制、解调信号的波形和误比特率曲线，从而分析ＧＭＳＫ系统的抗噪声　

性能。　

关键词：ＧＭＳＫ：误比特率；ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真　

中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１００８．９６５９（２０１５）０２．０６７．０６　

在实际的通信系统中．通常规模比较大，要进行系统试验与研究是比较困难的ｌｌ　Ｊ。仿真设计技术由于　

其具有的经济性、灵活性和可靠性而得到越来越广泛的应用。设计人员可以通过建模和仿真来衡量设计方　

案的可行性，并从中选择合理的设置参数和系统配置，继而进行实际的实施。其中Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ公　

司推出的基于Ｍａｔｌａｂ平台的仿真环境，目前已被越来越多的工程技术人员及科研人员所青睐，它采用搭建　

积木式的建模仿真方式既简单又直观，并且在很多领域得到了广泛的应用。　

高斯滤波最小频移键控（Ｇａｕｓｓｉａｎ　Ｆｉｌｔｅｒｅｄ　Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｓｈｉｎ　Ｋｅｙｉｎｇ）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［　，使其具有包络恒定、带宽较窄和能进行相干解调的优点，并能够有效提高数　

字移动通信的频谱利用率和通信质量。文章通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对ＧＭＳＫ系统进行仿真分析其抗干扰能力。　

１　ＧＭＳＫ调制解调系统　

ＧＭＳＫ系统主要由信号产生、调制、信道、解调、误码率计算五个模块组成　，其原理框图如图１所示。　

同时为了便于图形观察还增加了示波器、眼图和频谱绘制模块。为了计算系统误码率，增加了误码率计算　

模块。　

图１　ＧＭＳＫ调制与解调系统原理框图　

１．１　ＧＭＳＫ调制原理　

ＧＭＳＫ调制原理图如图２所示．图中滤波器为高斯低通滤波器，它的输出直接送人ｖｃｏ（压控振荡器）　

［收稿日期］２０１５一ｏ４一ｌ３　

［基金项目］新疆师范大学优秀青年教师科研启动基金（ＸＪＮＵ２０１３１７）　

［作者简介］赵忠华（１９７４一），女，山东宁津县人，硕士，讲师，主要从事通信和信号处理方面的研究。　

新疆师范大学学报（自然科学版）　２０１５正　

进行调制。以保证ＧＭＳＫ的已调波具有恒定包络和连续相位。　

ＣＭＳＫ　

已调信号　

图２　ＧＭＳＫ调制原理图　

高斯滤波器的传输函数表示为：日（．　＝ｅｘｐ（一　）　（１）　

其中Ｏ／是与滤波器　（３分贝带宽）有关的一个系数。Ｂ　可以由以下公式计算：　

｛Ｉ　

ｅｘｐ（一２Ｏｒ２　＝÷　

可得：　Ｂｈ—Ｏ．５８８７　

ｆＨ２（Ｂ　

（２）　

１．２　ＧＭＳＫ解调原理　

ＧＭＳＫ可以采用包络检波及同步检波。ＧＭＳＫ还可以采用时延检波进行解调，但各种检波器的误码率　

不同【引。　

ＧＭＳＫ的非相干解调原理图如图３所示，解调电路采用ＦＭ鉴频器（斜率鉴频器或相位鉴频器）再加判　

别电路，实现ＧＭＳＫ数据的解调输出。　

解调信号　

本实验模块采用相干解调的方式　］。若已调信号为：　

ＳＭＳＫ（￡）＝ｌ￣ｃｏｓ（　７１＂　）ｃ。ｓ∞　＋　ｎ（　‘）ｓｉ　ｆ　（３）　

将该信号进行正交解调可得到：　

路为：ｌ　Ｉｋｃｏｓ‘　７７＂　ｆ＋Ｑｋｓｉｌ１‘　７＂ｆ）ｓｉｎ　ＣＯＳＷ￣ｔ　

：　ｃｏｓ（　）＋　１　Ｉ　

ｓ　

Ｊ（２　＋　７／＂）ｔ　ｌ＋　１　Ｉ　ｓｌ（２　一　）ｔ　ｌ　

１

一　

…　＋　）　Ｉ＋　１　ｏｓ　一　）　（４）　

路为：Ｊ厶ｃ。ｓ（　）ｃ…　ｉｎ‘　７／＂　ｉｎ　ｓｉｎｗｃｔ　

＝　ｉｎ（　）＋　１　

。ｓ

Ｉ（２　＋　）　Ｉ＋　１　Ｉ　ｎｌ（２　一　）　ｌ　

—

Ｑ　ｎ　＋　）　Ｉ＋　１　ｓｉｎ　一　７７＂）　（５）　

将高频分量（２ｗ　＋　

ｚ　１　ｓ　

）和（２ｗ　一　７

厶ｓ１

７＂）滤掉

，

然后对低频分量　１ｚ　ｃ　。ｓ（　）五ｓ１　　和寺　ｓ己　ｉｎ（　２Ｔｓ　）进行采　

样即可还原成ｌｋ、Ｑ　两路信号。　

将ＧＭＳＫ信号进行正交解调后，并通过低通滤波器得到基带信号，对此基带信号进行判决比较，再经过　

ＣＰＬＤ的数字处理。就可以得到ＮＲＺ码。　

２　ＧＭＳＫ系统的功能模块设计　

２．１信号发生模块　

ＧＭＳＫ的基带信号要求是非归零序列．因此选用随机数产生模块（Ｒａｎｄ。ｍ　Ｉｎｔｅｇｅ　Ｇ。ｎｅｒａｔｏｒ）．用它来产　

第２期　赵忠华等　ＧＭＳＫ调制解调的ＭＡＴＬＡＢ仿真与误码率分析　６９　

生一个二进制序列作为输入信号　，如图４所示。　

Ｒａｎｄｏｍ　Ｉｎｔｅｇｅｒ　

Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

图４　ＧＭＳＫ信号产生器　一　

在该模块的参数设置中，Ｍ—ａｒｙ　ｎｕｍｂｅｒ（随机整数范围），其值设为２；Ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｅｅｄ（随机整数的种子）将　

其设为３７；Ｓａｍｐｌｅ　ｔｉｍｅ（码元周期），设其值为１／１０００。　

２．２调制与解调模块　

图５　ＧＭＳＫ调制解调模块　

ＧＭＳＫ的调制解调模块如图５所示，ＧＭＳＫ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　Ｂａｓｅｂａｎｄ为ＧＭＳＫ调制模块［６］。其中ｉｎｐｕｔ　ｔｙｐｅ参　

数设为Ｂｉｔ，表示其输人信号为二进制信号。ＢＴ　ｐｒｏｄｕｃｔ表示带宽和码元宽度的乘积，设为０．３。Ｐｌｕｓｈ　ｌｅｎｇｔｈ　

（脉冲长度），设为４。Ｓｙｍｂｏｌ　ｐｒｅｈｉｓｔｏｒｙ（仿真开始前的输人符号）设其值为ｌ。Ｐｈａｓｅ　ｏｆｆｓｅｔ（初始相位）设为　

０。Ｓａｍｐｌｅ　ｐｅｒ　ｓｙｍｂｏｌ表示每一个输人数据在ＧＭＳＫ调制器中产生的输出信号的抽样点数，设为１。　

ＡＷＧＮ　Ｃｈａｎｎｅｌ为加性高斯白噪声信道模块。其中高斯白噪声信道的Ｍｏｄｅ参数设为Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　ｎｏｉｓｅ　

ｒａｔｉｏ（ＳＮＲ），表示信道模块是根据ＳＮＲ（信噪比）来确定高斯白噪声的功率，这时需要确定两个参数：信噪比　

和周期。将ＳＮＲ参数设为一个变量ｘＳＮＲ可以在ｍ文件中编程，用来计算不同信噪比下的误码率。　

ＧＭＳＫ　Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ　Ｂａｓｅｂａｎｄ是ＧＭＳＫ解调模块　］。其前六项参数与ＧＭＳＫ调制器相同，并设同样的　

值。将参数回溯长度Ｔｒａｃｅｂａｃｋ　Ｌｅｎｇｔｈ设为变量Ｔｒａｃｅｂａｃｋｌｅｎｇｔｈ．可以在ｍ文件中通过改变其值。来观察回　

溯长度对调制性能的影响。　

２．３误码率计算模块　

Ｅｒｒｏｒ　Ｒａｔｅ　

Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　

图６误码率计算模块　

图６为误码率计算模块。其中将参数Ｒｅｃｅｉｖｅ　ｄｅｌａｙ（接收端时延）设置为Ｔｒａｃｅｂａｃｋｌｅｎｇｔｈ＋１，即接收到　

的数据滞后发送的数据ＴｒａｃｅｂａｃｋＬｅｎｇｔｈ＋１ｌ８］。Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｄｅｌａｙ（计算时延）设为０。Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ（计　

算模式）设置为Ｅｎｔｉｒｅ　ｆｒａｍｅ（帧计算模块）。Ｏｕｔｐｕｔ　ｄａｔａ（输出数据）设为ｗｏｒｋｓｐａｃｅ。Ｖａｒｉａｂｌｅ　ｎａｍｅ（变量　

名）设置从ｍ文件中返回的参数名称，设为ｘＥｒｒｏｒＲａｔｅ。　

２．４波形观察模块　

２．４．１　ＧＭＳＫ已调信号的观察模块　

Ｉ－。¨。Ｉ　－．－＿Ｌ。　Ｌｌ　－Ｊ　

、一ＪｌｌＩ　－Ｌ　

：：Ｉ　，　

图７　ＧＭＳＫ已调信号观察模块　

７２　新疆师范大学学报（自然科学版）　２０１５拄　

［５］韩利竹，王华．ＭＡＴＬＡＢ电子仿真与应用［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００３：１２５－１２８．　

［６］李贺冰．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ通信仿真教程［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００６：２５－２９．　

［７］邓华．ＭＡＴＬＡＢ通信仿真及应用实例详解［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００３：７９－８５．　

［８］刘学勇．详解Ｍａｆｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ通信系统建模与仿真实例［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１１：９６－１２４　

［９］吴惠，刘江涛，陈建兵．基于云计算平台的ＲＡＩＤ虚拟实验设计与实现［Ｊ］．云南师范大学学报（自然科学版），２０１４，３４（２）　

ＧＭＳＫ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭＡＴＬＡＢ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｂｉｔ　Ｅｒｒｏｒ　Ｒａｔｅ　

ＺＨＡＯ　Ｚｈｏｎｇ－ｈｕａ￣，ＹＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｍｅｉ　

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ，Ｘｉｎｊｉ￣ｎｇ，８３００５４，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｆｉａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｃｎｏｎｏｍｉｃｓ，　

Ｕｒｕｎｕｔｉ，Ｘｉｎｊｉ￣ｎｇ，８３Ｏ０１２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａｕｓｓｉａｎ　Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｓｈｉｔｆ　Ｋｅｙｉｎｇ（ＧＭＳＫ）ｉｓ　ａ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｐｈａｓｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　

ｅｎｖｅｌｏｐｅ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎｄ　ｓｔｒｏｎｇ　ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ．ＧＭＳＫ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　

ｔｈｅ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒ　ｐｏｗｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＳＯ　ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｄｉｇｉｔａｌ　

ｍｏｂｉｌｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｗｉｔｈ　Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ｉｎ　Ｍａｔｌａｂ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｎｔｉ－ｎｏｉｓｅ　

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＧＭＳＫ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｙ　ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｆｏｒｎｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＧＭＳＫ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　

ｓｉｇｎａｌ，ａｎｄ　ｂｉｔ　ｅｌＴＯＦ　ｒａｔｅ　ｃｕｒｖｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＧＭＳＫ；Ｔｈｅ　ｂｉｔ　ｅｒｒｏｒ　ｒａｔｅ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ