实验课程2

实验课程：通信系统原理 实验名称：基于Matlab 的数字通信系统设计

班级：08042333 姓名；张文富 同组人：喻翔 吴庆鹏

一、实验目的

1、熟悉数字通信系统的一般设计方法。

2、了解数字通信系统和常用实现方案。

3、掌握数字通信系统的现代仿真及调试方法。

二、实验内容

1、设计某一数字通信系统。

2、对所设计 的数字通信进行仿真和调试。

三、实验要求

构建一个的数字通信系统，包括信源、这调制、信道、解调、信宿等模块，如图所示。实现方案可以采用Matlab 语言编写m 文件实现，也可使用matlab 软件系统提供simulink 模块实现，还可以采用m 文件与GUILTU 图形界面结合的方式实现。高制方式可以采用2FSK,2PSK,2ASK,DPSK,QPSK,DQPSK,MFSK,MPSK,QAM 和GMSK 等等。本次实验我们采用GMSK 方式来实现。模拟信道一般有高斯白噪声信道，多径瑞利衰落信道等。

→→→→→→→→信数信信

数信信源道字受道源字信息编编调 解译译信

源

码码调码码者

制道

器

器

器

器

器

器

图一、数字带通通信系统模型图

四、MSK 与GMSK

调制是通信系统中提高通信质量的一项关键技术，通过调制可使信号特性与信道特性相匹配。现代通信系统多使用数字调制技术，这主要是由于数字通信具有抗干扰能力强、易于加密、建网灵活和便于集成的优点。目前，先进的数字调制方式主要有QAM（正交振幅调制）、MSK（最小频移键控）调制方式和GMSK（高斯最小频移键控）调制方式等。QAM 信号具有频带利用率高的优点，但它在码元交替处的载波相位是突变的，这会在功率谱上产生很强的旁瓣分量。QAM 信号经过频带受限的信道时，会由于旁瓣分量产生包络上的起伏，再加上QAM 信号本身就不是等幅的，信道的线性要求就十分苛刻。为解决对信道线性要求过高的问题，要求发射信号具有恒定包络且相位连续，MSK 和GMSK 即能满足这一要求。MSK 是以最小调频指数（h = 0.5）获得的一种相位连续的FSK（频移键控），当h = 0.5 时，用于调制的两个频率的频差最小。此外，这两个频率正交，它们的相关函数为0。在图1 所示的MSK调制原理框图中，首先对输入的双极性信号进行差分编码，然后进行串并转换，得到I k、Q k 两路并行的双极性码，且相互错开一个比特宽度T s，I k、Q k两路信号分别与cos（πt/2T b）和sin（πt/2T b）相乘，再送到互为正交的相乘调制器对正交载波cos ωC t和sin ωC t 进行调制。调制器输出的I 路信号（同相分量）和Q 路信号（正交分量）送到相加器后，便可输出MSK 信号。MSK 是一种高效调制技术，具有包络恒定、相位连续、带宽相对较窄、信号功率谱在主瓣外衰减较快的特点。然而，在一些通信场合(如移动通信系统)对信号带外辐射功率的限制是十分严格的，其衰减必须达到70～80 dB，即要求有更紧凑的功率谱。为进一步压缩带宽，可采用GMSK 调制方式。

GMSK 是在MSK 调制器之前加一个高斯低通滤波器，使基带脉冲信号经过高斯低通滤波器后成为高斯脉冲，再对其进行MSK 调制，具体调制框图如图2。高斯低通滤波器带宽窄，具有尖锐截止的频率特性，且能保持输出脉冲面积不变。这些特性能较好地抑制信号高频成分，防止过量的频偏，有效地抑制MSK 信号的带外辐射功率，邻道干扰小。正是由于GMSK 具有包络恒定、相位连续、频谱窄、邻道干扰小及频带利用率高的优点，本文选用GMSK 作为仿真通信系统的调制技术。

五、仿真系统设计

5.1 MATLAB

MATLAB 是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它提供了一个集成化的开发环境。通过这个集成环境，用户可方便地设计仿真模型、执行仿真过程、分析仿真结果。Simulink 是MATLAB 提供的用于对动态系统建模、仿真和分析的一种可视化仿真工具，它包含许多专业模型库，如通信模块库、CDMA 参考模块库、DSP 模块库等，可提供丰富的功能模块，广泛应用于线性系统、非线性系统和数字信号处理的建模和仿真。Simulink 采用模块化的方式，每一个模块都有输入/输出端口，实现一定的功能。用户使用时，以调用模块代替程序的编写，以模块的集合以及模块之间的连接关系表示系统仿真模型。这样，将仿真系统建模和工程方框图统一起来，可以更直观、全面地开发通信系统。原理图如下：

5.2 GMSK 模块参数设置

5.2.1 GMSK Modulator Passband 模块参数设置 ,

GMSK Modulator Passband（频带GMSK 调制器）模块的参数设置有以下几方面：

（1）Input type ( 输入信号类型) 设置为“integer”。此时，调制器输入信号为双极性信号（±1）。

（2）BT product (高斯低通滤波器的带宽B 和码元长度T 的乘积值)设置为0.3。

（3）Pulse length(symbol intervals)（脉冲长度，即高斯低通滤波器的周期）设置为4。这样，高斯低通滤波器的周期等于输入信号周期的4 倍。

（4）Symbol prehistory(预输入符号)设为1。这样，调制器在仿真开始前的输入信号为1。（5）Symbol period (s)（输入信号周期，单位：秒）设为1/100。

（6）Baseband samples per symbol （输入符号的基带采样数）设为8。这样，每个输入符号产生的基带调制信号的采样数为8。

（7）Carrier frequency (Hz)（载波频率，单位：Hz）设为3 000。这样输出频带GMSK 调

制信号的载波频率为3 000 Hz。

（8）Carrier initial rad (载波初始相位，单位：弧度)设为0。

（9）Output sample time (s)（输出信号的抽样周期，单位：秒）设为1/8 000。

5.2.2 GMSK Demodulator Passband 模块参数设置

GMSK Demodulator Passband（频带GMSK 解调器）模块的参数设置有以下几方面：

（1）Output type ( 输出信号类型) 设置为“integer”。此时解调器输出信号为双极性信号（±1）。

（2）BT product (高斯低通滤波器的带宽B和码元长度T 的乘积值)设置为0.3。

（3）Pulse length(symbol intervals)（脉冲长度，即高斯低通滤波器的周期）设置为4。（4）Symbol prehistory(预输入符号)设为1。这样，解调器在仿真开始前的输入信号为1。（5）Symbol period (s)（输出信号周期，单位：秒）设为1/100。

（6）Baseband samples per symbol （基带符号采样数）设为8。这样，GMSK 解调器中每个输入的频带调制信号在转化成基带调制信号后的采样数为8。

（7）Carrier frequency (Hz)（载波频率，单位：Hz）设为3 000。这样输入频带GMSK 调制信号的载波频率为3 000 Hz。

（8）Carrier initial rad (载波初始相位，单位：弧度)设为0。

（9）Input sample time (s)（输入信号的抽样周期，单位：秒）设为1/8 000。

（10）Traceback length（回溯长度）设为16。这样解调器中译码器的回溯长度为16。

六、图形仿真

将Complex to Real-Imag 模块和Scope 模块相结合，就可显示GMSK 的仿真波形。图4、图5分别为GMSK 调制后的I 路和Q 路输出信号，仿真结果表明输出信号波形良好。