GSM系统性能的分析与MATALAB仿真.doc

淮海工学院
课程设计报告书
课程名称： 通信系统的计算机仿真设计
题 目： GSM系统性能的分析与
MATLAB仿真
系 （院）： 电子工程学院
学 期： 10-11-2
专业班级： D通信工程081
姓 名： 宗淙
学 号： 510822114

评语：
成绩：
签名：
日期：
1 绪论
1.1 研究背景与研究意义
（1）学会MATALAB的使用，掌握MATALAB的程序设计方法；
（2）掌握GMSK调制的基本概念、基本理论和基本方法；
（3）掌握MATALAB设计GSM仿真基本框图；
（4）学会用MATALAB对信号进行分析处理；
1.2 课程设计的目的和任务
（1）目的：使我们在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。
（2）任务：①掌握一般通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；掌握计算机仿真通信系统的方法。②训练学生网络设计能力。③训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。
1.3 可行性分析
从技术上来看，高斯滤波最小频移键控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Gauss滤波器（预调制滤波器）进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的时间速率频道时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了Gauss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（Global System for Mobile communication）移动通信体制就是使用GMSK调制方式。
从经济上来看，如今GMSK调制技术已经相当成熟了，各项目成本低，经济效益高。
2 GSM通信系统
2.1 GSM通信系统基本模型
GSM通信系统基本模型如图2-1所示。

信源

A律13折线编码器
GMSK调制
信道
GMSK解调
A律13折线解码器

图1 GSM通信系统基本模型噪声
图2-1 GSM通信系统基本模型

信号源：模拟的正旋波语音信号4KHz。
A律13折线编码器：对信号进行编码。
GMSK调制：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这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。
信道：高斯加性白噪声信道、多径瑞利（Rayleigh）衰落信道、莱斯（Rician）衰落信道等。
GMSK解调：为GMSK调制的逆过程。
A律13折线解码器：对信号进行解码。
2.2 GSM通信系统的性能指标
模拟的正旋波语音信号经过GMSK调制、信道、GMSK解调过程。在接收端，将得到的数据与原始信号源数据比较，得到在特定信噪比下的误码率。改变系统信噪比，从而得到系统的误码率曲线图，并给出各关健点信号图及星座图。
3 GSM通信系统主要模块
3.1 信源/信宿及其编译码

A律13折线编码器
信源

图2信源编码
如图3-1所示，信源为模拟的正旋波语音信号4KHz；A律13折线编码器是对信源信号进行编码
信宿
A律13折线解码器

图3-2 信宿译码
图3-1 信源编码

如图3-2所示，A律13折线解码器是对调制后的信号进行解码；信宿可以为示波器
3.2 调制/解调

GMSK调制
GMSK解调
图3-3 调制解调

如图3-3所示，GMSK调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。GMSK解调则是GMSK调制的逆过程。
3.4 信道
信道可以设置为高斯加性白噪声信道、多径瑞利（Rayleigh）衰落信道、莱斯（Rician）衰落信道等。
4 MATLAB对GSM通信系统的仿真
4.1 MATLAB主要模块及参数设置
下面对信源、A律13折线器、PCM编译码器、调制解调器进行MATALAB模块的分析和参数的设置
4.1.1信源/信宿及其编译码

图4-1 信源编码的MATALAB模块

如图4-1所示，Signal Generator为信号源；A-Law Compressor为A律13折线压缩器；DPCM Encoder为PCM编码器。

图4-2 信宿解码的MATALAB的模块

如图4-2所示，DPCM decoder为PCM解码器；A-Law Expander为A律13折线扩展器；Scope为一示波器，可作为信宿。

图4-3 信源参数
如图4-3所示，信源波形为正旋波，频率为4000Hz。

图4-4 A律13折线器参数
如图4-4所示，A律13折线器的value值设置为87.6。

图4-5 PCM编码器参数
PCM编码器的各个参数设置如图4-5所示。

图4-6 PCM解码器参数
PCM解码器的各个参数设置如图4-6所示。
4.1.2调制/解调
GMSK的调制器和解调器分别如图4-7和图4-8。

图4-7 GMSK调制的MATALAB模块

图4-8 GMSK解调的MATALAB模块

图4-9 GMSK调制器的参数

如图4-9所示，GMSK调制器的输入类型设置为Bit。

图4-10 GMSK解调器的参数

如图4-10所示，GMSK解调器的输出类型也设置为Bit。

4.1.3 信道

图4-11 信道的MATALAB模块

如图4-11所示，AWGN Channel为GSM通信系统中的加性高斯白噪声信道。

图4-12 加性高斯白噪声信道的参数

如图16所示，将加性高斯白噪声信道的Initial seed值设置为18322；再将它的工作模式设为信噪比。
4.2 GSM通信系统的仿真图和结果分析
无噪声时系统的仿真框图如图4-13所示。

图4-13 无噪声时系统的仿真框图
没有加入噪声时系统的误码率为0。
没有加入噪声时scope的眼图和星座图分别如图4-14和图4-15所示。
图4-14 没有加入噪声时scope的眼图

图4-15 没有加入噪声时scope的星座图

没有加入噪声时scope1的眼图和星座图分别如图4-16和图4-17所示。

图4-16 没有加入噪声时scope1的眼图

图4-17 没有加入噪声时scope1的星座图
4.3 加入噪声及干扰时系统性能指标的变化分析
4.3.1加入噪声及干扰时系统的仿真
加入噪声及干扰时系统的仿真框图如图4-18所示。
图4-18 加入噪声及干扰时系统的仿真框图
4.3.2结果分析
加入噪声时scope的眼图和星座图分别如图4-19和图4-20所示。
图4-19 加入噪声时scope的眼图

图4-20 加入噪声时scope的星座图

加入噪声时scope1的眼图和星座图分别如图4-21和图4-22所示。

图4-21 加入噪声时scope1的眼图

图4-22 加入噪声时scope1的星座图

同时加入高斯、干扰、瑞利三种噪声后不同SNR的误码率见表4-1。

表4-1 同时加入高斯、干扰、瑞利三种噪声后不同SNR的误码率
SNR (bit/dB)
10
5
3
原系统误码率
0
0
0
加入高斯白噪声后系统误码率
0
0
0
加入高斯白噪声及干扰后系统误码率
0
0.00217
0.006816
加入高斯白噪声、干扰及瑞利噪声后系统误码率
0.0008839
0.01178
0.02098
5 结论
在db增益为7db的GSM通信系统中，信道为加性高斯白噪声信道，它的原系统误码率和加入高斯白噪声后系统误码率始终为0。随着信噪比的增大，加入噪声及干扰后的系统误码率随之增大。在一定的信噪比下，随着加入的噪声越多，系统的误码率也随之增大。