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1、 GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)仿真研究 摘 要： 當(dāng)前時(shí)代，科技迅猛發(fā)展，通信系統(tǒng)經(jīng)歷1G、2G、3G時(shí)代發(fā)展到了現(xiàn)在的4G。 GSM是當(dāng)前全世界應(yīng)用最廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，它的空中接口采用時(shí)分多址技術(shù)。GSM標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用使用戶可以在簽署“漫游協(xié)定”的移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間輕松漫游。GSM是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，因?yàn)榕c之前的標(biāo)準(zhǔn)相比，GSM最大的不同是具有數(shù)字式的信令和語(yǔ)音信道。為了使GSM進(jìn)一步完善，對(duì)GSM系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)和仿真是必不可少的。仿真環(huán)境在仿真過(guò)程中起著掌控全局的作用，Simulink軟件憑借著直觀化的圖形化設(shè)計(jì)功能，當(dāng)之無(wú)愧的成為最適合本次課題的仿真平臺(tái)。 本

2、次課題的內(nèi)容是在Simulink中仿真出GSM通信的全過(guò)程和研究其實(shí)現(xiàn)的原理。 在系統(tǒng)模型搭建中，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)娜^(guò)程進(jìn)行仿真，添加了在傳輸過(guò)程中信號(hào)所受到的干擾，還使用了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力的編碼、調(diào)制技術(shù)。在Simulink設(shè)計(jì)窗口中詳細(xì)設(shè)計(jì)了信源編碼與解碼、信道編碼與解碼、交織與解交織、調(diào)制及均衡等模塊，并將這些模塊統(tǒng)一設(shè)置然后連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)，并使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)。將仿真過(guò)程完成之后再分析仿真結(jié)果，從而進(jìn)一步對(duì)GSM進(jìn)行優(yōu)化和改善。 關(guān)鍵詞：GSM網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)仿真，Simulink仿真 I Simulation of GSM Mobile Communic

3、ation System Abstract：The current era, the rapid development of science and technology, communication system experience 1G, 2G, 3G era developed to the current 4G. GSM is currently the worlds most widely used mobile phone standard, its air interface using time division multiple access technology.

4、 The widespread use of the GSM standard allows users to easily roam between mobile phone operators who sign the Roaming Agreement. GSM is the second generation of mobile communication system, because compared with the previous standard, GSM is the biggest difference between the digital signaling and

5、 voice channels. In order to further improve the GSM, the GSM system to the necessary design and simulation is essential. Simulation environment in the simulation process plays a role in the overall control, MATLAB / Simulink software with a visual graphical design capabilities, deserved to become t

6、he most suitable for this topic simulation platform. The content of this topic is Simulink simulation in the whole process of GSM communication and research to achieve its principles. In the system model construction, the whole process of signal transmission simulation, added in the transmission p

7、rocess of the signal received by the interference, but also to enhance the systems anti-jamming capability of the encoding, modulation technology. In the Simulink design window, the modules such as source coding and decoding, channel coding and decoding, interleaving and deinterleaving, modulation a

8、nd equalization are designed in detail, and these modules are set up and then connected into a complete system and the whole system is running The After the simulation process is completed, the simulation results are analyzed to further optimize and improve GSM. Keywords：GSM network，System s

9、imulation，Simulink simulation II 目 錄 前 言 1 第一章 緒論 2 1.1 課題研究背景與意義 2 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 可行性分析與經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益分析 3 1.4 論文內(nèi)容安排 3 第二章 GSM系統(tǒng)概述 5 2.1 概述 5 2.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 6 2.3 GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口 7 第三章 基于SIMULINK軟件的GSM仿真 9 3.1 SIMKLINK概述 9 3.1.1 Simulink簡(jiǎn)介 9

10、 3.1.2 Simulink建立模型 9 3.1.3 子系統(tǒng)及其封裝技術(shù) 10 3.2 GSM系統(tǒng)的流程 10 3.2.1 信源與信源編碼 11 3.2.2 信道與信道編碼 11 3.2.3 交織 12 3.2.4 信號(hào)調(diào)制 12 3.2.5 信宿 13 3.3 各模塊功能的實(shí)現(xiàn) 13 3.3.1 信源編解碼模塊 13 3.3.2 信道編解碼模塊 14 3.3.3 交織、解交織模塊 14 3.3.4 調(diào)制、解調(diào)模塊 16 3.3.5 信道建模模塊 17 第四章

11、GSM系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 19 4.1 信源編解碼模塊設(shè)計(jì) 19 4.2 信道編解碼模塊設(shè)計(jì) 20 4.3 交織、解交織模塊設(shè)計(jì) 27 4.4 調(diào)制、解調(diào)模塊設(shè)計(jì) 31 4.5 信道建模模塊設(shè)計(jì) 32 第五章 仿真結(jié)果與分析 34 5.1 仿真模型的建立 34 5.2 仿真結(jié)果與分析 35 第六章 總結(jié) 39 致謝 40 參考文獻(xiàn) 41 IV 前 言 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)是第二代通信技術(shù)， 它使移動(dòng)通信的格局發(fā)生了翻天覆地的改版，讓移動(dòng)通信向前進(jìn)了一大步，GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著模擬通信時(shí)代已被淘汰

12、，數(shù)字化時(shí)代正式進(jìn)入歷史舞臺(tái)。GSM讓地球變?yōu)榈厍虼?，通信全球化，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，各地的用戶都能用移動(dòng)設(shè)備通信。當(dāng)前時(shí)代，科技發(fā)展迅速，3G、4G的出現(xiàn)不斷沖擊原有產(chǎn)業(yè)，2G時(shí)代的GSM也遇到了不同程度的危機(jī)和挑戰(zhàn)，但危機(jī)伴隨著生機(jī)，GSM可隨時(shí)代的進(jìn)步不斷完善。因此，深入研究GSM亟待進(jìn)行。 當(dāng)今時(shí)代，科技發(fā)展日新月異，用戶對(duì)現(xiàn)代通信的要求越來(lái)越高，這包括通信過(guò)程中的無(wú)誤性、效率性和安全性與通信服務(wù)的多元化等。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，愈來(lái)愈多國(guó)內(nèi)外通信工作者都在對(duì)其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真與優(yōu)化。 本文首先分析了GSM通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸原理，利用Simulink軟件的直觀化的圖形化設(shè)計(jì)功能，對(duì)GS

13、M通信過(guò)程進(jìn)行仿真，省去了寫代碼程序編寫的繁瑣，只需要結(jié)合實(shí)際情況，將simulink的模塊設(shè)計(jì)好并且寫好各個(gè)元器件的參數(shù)，即可開始系統(tǒng)最終的仿真。 第一章 緒論 1.1 課題研究背景與意義 GSM是Global System for Mobile Communication的縮寫，中文名叫全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。因?yàn)殚_發(fā)數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)在歐洲，所以GSM最開始泛指歐數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。發(fā)展到現(xiàn)在，GSM已成為當(dāng)前全世界應(yīng)用最廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，這歸功于GSM的數(shù)字化技術(shù)。GSM標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用使用戶可以在簽署“漫游協(xié)定”的移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)

14、商之間輕松漫游并且擁有可靠的通話質(zhì)量。 全世界兩百多個(gè)國(guó)家和地區(qū)十億多人在使用GSM，為了給用戶提供更好的服務(wù)，我們需要對(duì)GSM進(jìn)行仿真，來(lái)發(fā)展優(yōu)化GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使GSM的服務(wù)變得多元化，緊跟當(dāng)今時(shí)代科技的發(fā)展步伐，達(dá)到優(yōu)化和改善GSM系統(tǒng)的目的。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 歐洲提出的GSM標(biāo)準(zhǔn)在成功應(yīng)用之后，眾多的南美洲國(guó)家和亞洲國(guó)家也加入其中。GSM的成功應(yīng)用使它成為了最完善的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，GSM廣泛應(yīng)用于全世界絕大多數(shù)國(guó)家的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商中，全世界蜂窩移動(dòng)通信設(shè)備市場(chǎng)的絕大部分都在使用GSM標(biāo)準(zhǔn)。在GSM的不斷發(fā)展過(guò)程中，它的標(biāo)準(zhǔn)也在持續(xù)得到考證，也越來(lái)越完備。 在199

15、2年我國(guó)成功引入GSM系統(tǒng)后，GSM占據(jù)了我國(guó)大部分通信市場(chǎng)。其穩(wěn)定的通話質(zhì)量和可靠的信號(hào)證明GSM完全可以承受我國(guó)的大量用戶。不同頻率的GSM900與DCS1800是我國(guó)選擇的兩種GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模式。 在國(guó)外，為了讓用戶能夠平穩(wěn)地切換2G、3G和4G，主要進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)GSM系統(tǒng)與解決系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，研究如何在2G、3G和4G之間過(guò)渡并且使它們協(xié)調(diào)發(fā)展，還有如何在不同通信系統(tǒng)之間切換也是一個(gè)需要研究的問(wèn)題，對(duì)GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究也處于一個(gè)平穩(wěn)階段。 1.3 可行性分析與經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益分析 模擬語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)GMSK調(diào)制，通道，GMSK解調(diào)等過(guò)程。 將最后傳入接收端的信號(hào)與最開始傳

16、入輸入端的信號(hào)放在一起對(duì)比，以及將各種情況下的誤碼率進(jìn)行比較與分析，再將不同信噪比下的誤碼率連接起來(lái)，將其制作成為星座圖，便于分析結(jié)果。 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比最大的不同是它具有離散取值的特點(diǎn)。從技術(shù)的角度來(lái)看，高斯最小頻移鍵控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，GMSK）是GSM空中接口的重要組成部分，是從最小頻移鍵控（Minimum Shift Keying，MSK）調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)字調(diào)制方式，其特點(diǎn)在于數(shù)據(jù)流送到調(diào)制器前先通過(guò)一個(gè)高斯濾波器進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波，以減小兩個(gè)不同頻率的載波切換時(shí)的跳變能量[1]。在GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用G

17、MSK調(diào)制已被廣泛應(yīng)用。對(duì)于GSM通信系統(tǒng)，這種調(diào)制方式，它具有包絡(luò)穩(wěn)定性，功率譜密度集中，帶外功率譜密度下降和相鄰信道干擾較小的優(yōu)點(diǎn)。 從經(jīng)濟(jì)角度看，電信業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，通信市場(chǎng)有著巨大的投資機(jī)會(huì)和獲利空間。 從社會(huì)角度看，我國(guó)使用GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)的用戶眾多，為了給用戶帶來(lái)更好的通信體驗(yàn)，我們需要對(duì)其進(jìn)行仿真研究。 1.4 論文內(nèi)容安排 在本文中，我們使用Simulink軟件來(lái)設(shè)計(jì)和模擬GSM系統(tǒng)。主要任務(wù)是使用Simulink搭建一個(gè)完整的仿真系統(tǒng)，再進(jìn)行對(duì)比分析得出結(jié)論。 第1章 介紹了GSM的相關(guān)信息和本文的內(nèi)容概要。首先簡(jiǎn)要介紹GSM的背景和研究意義，然后介紹了G

18、SM的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后介紹了GSM的可行性分析與經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益分析。 第二章介紹了GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。包括系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和無(wú)線接口。 第三章介紹了Simulink軟件和通信系統(tǒng)的流程以及如何在Simulink中實(shí)現(xiàn)各模塊。首先對(duì)Simulink進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，包括Simulink建模、仿真技術(shù)、子系統(tǒng)及其封裝技術(shù)。然后介紹了GSM系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)。最后詳細(xì)介紹了如何在Simulink中實(shí)現(xiàn)GSM中各模塊的功能。 第四章介紹了GSM各模塊的仿真設(shè)計(jì)過(guò)程。這些模塊包括：信源編解碼模塊，信道編解碼模塊，調(diào)制解調(diào)模塊，交織解交織模塊和信道建模模塊。并且對(duì)各個(gè)模塊的原理、實(shí)現(xiàn)的技術(shù)與過(guò)程、設(shè)計(jì)

19、圖、參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 第五章介紹并分析仿真結(jié)果。將仿真模型統(tǒng)一建立好，開始仿真后得出結(jié)果，最后進(jìn)行分析。 第六章總結(jié)了整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成情況。  第二章 GSM系統(tǒng)概述 2.1 概述 半個(gè)世紀(jì)以前，移動(dòng)通信開始發(fā)展，發(fā)展到后來(lái)，完善了移動(dòng)蜂窩組網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)能容納大量用戶。在上個(gè)世紀(jì)九十年代，數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)誕生了，與此同時(shí)，歐洲制定設(shè)計(jì)的GSM系統(tǒng)出現(xiàn)了，1992年正式開始投入使用。 “蜂窩思想”實(shí)際起源于一種實(shí)現(xiàn)無(wú)限系統(tǒng)容量的異想天開的設(shè)想。以往將高功率發(fā)射機(jī)建立在某一地區(qū)的最高點(diǎn)而產(chǎn)生的頻道利用率有限的問(wèn)題，在移動(dòng)通信需求日益增長(zhǎng)時(shí)顯得格外明顯，所以在40年代末

20、期，蜂窩思想出現(xiàn)在貝爾系統(tǒng)的計(jì)劃中，以重新構(gòu)造移動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)的覆蓋區(qū)來(lái)解決頻率擁堵問(wèn)題。將城市分成若干個(gè)小的類似等邊六邊形的覆蓋區(qū)域—“小區(qū)”，給每個(gè)小區(qū)中心建立較低功率的發(fā)射機(jī)—“基站”，而基站發(fā)射功率由小區(qū)半徑來(lái)決定，這樣構(gòu)成了一種形似蜂窩的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)[2]。蜂窩思想的概念如下圖1-1所示， 圖 1-1 蜂窩思想概念圖 上個(gè)世紀(jì)八九十年代，電話手機(jī)等通信設(shè)備發(fā)展迅速。發(fā)展到今日手機(jī)已被普遍的應(yīng)用于日常生活中，全球各地用戶都可以輕松進(jìn)行通信，各種輕薄手機(jī)可以輕松拿在手中。90年代。隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的增加，用戶對(duì)跨地區(qū)，跨國(guó)漫游以及各種增值服務(wù)要求也隨之增加，同時(shí)數(shù)字通

21、信系統(tǒng)發(fā)展也日趨成熟，歐洲的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商開始考慮發(fā)展一種新型的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，GSM移動(dòng)系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生[3]。 2.2 GSM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station，MS）、無(wú)線基站子系統(tǒng)(Base Station Subsystem，BSS)、交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（Network Switching Subsystem，NSS）和操作支持子系統(tǒng)（Operations Support System，OSS)四個(gè)部分組成。 （1）移動(dòng)臺(tái)MS 用戶設(shè)備簡(jiǎn)稱MS，常指手機(jī)，即手持型，還有便攜型和車載型。無(wú)論什么形態(tài)，都包含了處理語(yǔ)音信號(hào)和收發(fā)無(wú)

22、線等功能的ME（移動(dòng)設(shè)備）和包含了信息的SIM（用戶識(shí)別模塊）。 （2）基站子系統(tǒng)BSS BSC（基站控制器）和BTS（基站收發(fā)信臺(tái)）為BSS的兩個(gè)部分，可以管理無(wú)線信道和收發(fā)無(wú)線是連接NSS和MS之間重要的一環(huán)。連接BSS與MS的無(wú)線接口后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)用戶之間就可以接收和發(fā)送信息資源。 （3）交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS 交換功能是NNS的核心功能 ，還可以實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理功能、安全性管理功能、用戶移動(dòng)性管理功能等。為了確保通信過(guò)程中的穩(wěn)定性、安全性、準(zhǔn)確性等，NNS與BBS之間的交換使用專業(yè)的7號(hào)信令協(xié)議。 （4）操作支持子系統(tǒng)OSS OSS是一個(gè)綜合的

23、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)和管理平臺(tái),它可以管理各個(gè)用戶和用戶的設(shè)備，還可以保證網(wǎng)路的安全性。運(yùn)營(yíng)商通過(guò)OSS來(lái)策劃商業(yè)活動(dòng)結(jié)構(gòu)體系，促進(jìn)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，還可以對(duì)自身成本進(jìn)行調(diào)控，以至于通過(guò)OSS與其他運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，所以說(shuō)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)OSS是至關(guān)重要的一個(gè)系統(tǒng)，管理層通過(guò)OSS來(lái)下發(fā)決策領(lǐng)導(dǎo)通信系統(tǒng)前進(jìn)[4]。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示， 圖2-1 GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖中，NSS中的HLR、EIR、MSC、AUC、VLR分別為歸屬位置寄存器、移動(dòng)設(shè)備識(shí)別寄存器、移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心、鑒權(quán)中心、拜訪位置寄存器。其他通信網(wǎng)PLMN、PSTN、ISDN、PSPDN分別為公用陸地移動(dòng)網(wǎng)、公共電話交換網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)

24、字網(wǎng)、分組交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)。 2.3 GSM系統(tǒng)的無(wú)線接口 GSM系統(tǒng)具有開放性，不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)互操作。 GSM的網(wǎng)絡(luò)接口如圖2-2所示， 圖2-2 GSM網(wǎng)絡(luò)接口圖 Sm接口是人機(jī)接口，是手機(jī)和SIM卡之間的接口。 Um接口，又稱空中接口，是MS與BTS之間的接口，MS通過(guò)Um接口完成與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的通信。 　　Abis接口是BSC與BTS間的接口。 Abis接口支持向客戶提供的所有服務(wù)，并且支持對(duì)BTS無(wú)線設(shè)備的控制和無(wú)線資源的分配。 A接口是BSC與MSC間的接口，是一個(gè)開放式接口。主要傳遞呼叫處理、移動(dòng)性管理等

25、信息。 B接口是MSC與VLR之間的接口。它的功能是查詢和刷新關(guān)于移動(dòng)臺(tái)的位置。 C接口是MSC與HLR之間的接口。它的功能是將路由信息進(jìn)行交換和管理。 D接口是HLR與VLR之間的接口。它的功能是用于交換位置信息與客戶信息。 E接口是MSC與MSC之間的接口，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)在通話過(guò)程中從一個(gè)MSC區(qū)移動(dòng)至另一個(gè)MSC區(qū)時(shí)，為了使通話正常進(jìn)行所進(jìn)行的局間切換，以及將前一個(gè)MSC有關(guān)客戶呼叫的有關(guān)信息傳遞給后一個(gè)MSC。 F接口是MSC與EIR之間的接口，EIR是號(hào)碼識(shí)別模塊，可以識(shí)別號(hào)碼的地區(qū)。 G接口是連接兩個(gè)VLR之間的橋

26、梁。  第三章 基于SIMULINK軟件的GSM仿真 3.1 SIMKLINK概述 3.1.1 Simulink簡(jiǎn)介 Simulink是MATLAB中最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境[5]。不用編寫大量復(fù)雜程序和代碼，只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)，即可將復(fù)雜的仿真系統(tǒng)建立出來(lái)。Simulink憑借著豐富的模塊化工具和簡(jiǎn)便的封裝技術(shù)，使仿真可視化、簡(jiǎn)潔化、直觀化和集成化。 Simulink具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）可在Simulink中調(diào)用MATLAB算法； （2）系統(tǒng)內(nèi)制定好了豐富的Simulink模塊庫(kù)，用戶只需要進(jìn)行添加即可；

27、（3）只需要用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖形編輯器，就可以將各個(gè)模塊進(jìn)行組合和管理； （4）使用S-函數(shù)，可通過(guò)非圖形化的方式添加模塊，用戶可采用多種語(yǔ)言進(jìn)行編寫; （5）當(dāng)設(shè)計(jì)的模型之間出現(xiàn)錯(cuò)誤和偏差時(shí)，Simulink提供了非常簡(jiǎn)便的調(diào)試器和剖析器，可以對(duì)模型進(jìn)行圖像化的檢查； （6）MATLAB可對(duì)模型搭建的環(huán)境，定義的信號(hào)參數(shù)與最終的仿真結(jié)果進(jìn)行分析； 3.1.2 Simulink建立模型 通過(guò)Simulink建立模型需要先建立一個(gè)模型窗口，然后通過(guò)Simulink Library Browser即Simulink庫(kù)瀏覽器進(jìn)行添加模塊，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置好參數(shù)并統(tǒng)一

28、連接起來(lái)就成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。 1.建立模型窗口 在MATLAB命令窗口中輸入Simulink，可以看到新窗口Simulink Library Browser即Simulink庫(kù)瀏覽器出現(xiàn)在桌面上，然后就可以創(chuàng)建一個(gè)新的模型窗口。用戶也可以選擇通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊MATLAB主界面的快捷按鈕來(lái)打開Simulink庫(kù)瀏覽器。 2.建立模型 系統(tǒng)內(nèi)制定好了豐富的模塊庫(kù)，用戶只需要進(jìn)行添加即可。首先各模塊建立完畢后，設(shè)置好參數(shù)，使用模擬線路將個(gè)模塊連接起來(lái)，使其成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。 3.1.3 子系統(tǒng)及其封裝技術(shù) 1. 子系統(tǒng)的建立 為了使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，分層建構(gòu)是個(gè)很好的辦法，通過(guò)

29、將復(fù)雜模型組合為子系統(tǒng)，將模型簡(jiǎn)化既能使保護(hù)內(nèi)部不受無(wú)意識(shí)干擾，又能提供一個(gè)友好的用戶接口。 建立一個(gè)子系統(tǒng)，通常有兩種方法。對(duì)于已經(jīng)存在的模塊，對(duì)其單擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊“Create Subsystem”后即可建立子系統(tǒng)。對(duì)于未建立的模塊，可直接從模型庫(kù)中添加Subsystem到模型中。 2 .模塊封裝技術(shù) 通過(guò)封裝技術(shù)，可以使模塊的性能更加標(biāo)準(zhǔn)與成熟，還可以為子系統(tǒng)的操作界面定制對(duì)話框和圖標(biāo)，使其變得獨(dú)立。 選中該子系統(tǒng)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊Edit后再點(diǎn)擊Mask subsystem，然后使用封裝編輯器設(shè)計(jì)好圖標(biāo)、對(duì)話框、文本即可。 3.2 GSM系統(tǒng)的流程 信息的交換和傳輸?shù)倪^(guò)

30、程叫作通信。按照信道中傳輸信號(hào)的不同，通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，GSM系統(tǒng)為數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，傳輸?shù)男盘?hào)為數(shù)字信號(hào)。GSM系統(tǒng)的主要流程為信號(hào)從信息源發(fā)出、經(jīng)過(guò)信源編碼、信道編碼、數(shù)字調(diào)制、同步、加密等過(guò)程，然后再通過(guò)數(shù)字解調(diào)、信道譯碼、解密、信源譯碼等一系列逆過(guò)程之后把信息傳給受信者，這一系列過(guò)程中的系統(tǒng)叫做數(shù)字通信系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)的流程如圖3-1所示。 圖3-1 GSM系統(tǒng)流程圖 3.2.1 信源與信源編碼 信源是通信的起點(diǎn)，分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。舉個(gè)例子，聽音樂(lè)時(shí)經(jīng)過(guò)耳機(jī)的是模擬信號(hào)，GSM系統(tǒng)處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。在現(xiàn)代科技的信號(hào)處理中，數(shù)字信號(hào)是必

31、不可少的一環(huán)，復(fù)雜的信號(hào)處理幾乎都要用到它。信源在Simulink中的模塊如圖3-2所示， 圖 3-2 信源模塊 信源編碼是為了降低信源輸出序列中的冗余、提高傳輸效率對(duì)輸入信息進(jìn)行編碼、優(yōu)化和壓縮使其符合傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。編碼的含義即對(duì)信息碼進(jìn)行編譯，將必要的地方繼承下來(lái)，由于多種信息難以直接進(jìn)行傳輸，所以采用信源編碼對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理與加工，使其適應(yīng)傳輸環(huán)境，并且在保證準(zhǔn)確性的同時(shí)使傳輸效率增加。信源編碼在Simulink中的模塊如圖3-3所示， 圖 3-3 信源編碼模塊 3.2.2 信道與信道編碼 信號(hào)由信道傳輸?shù)浇邮斩?。信道是連接發(fā)送端和接收端的橋梁，存在于各種

32、傳輸介質(zhì)中。信道在Simulink中的模塊如圖3-4所示， 圖 3-4 信道模塊 差錯(cuò)控制是信道編碼的主要功能。信號(hào)在傳輸過(guò)程中，會(huì)受到各種噪聲的影響，最后產(chǎn)生差錯(cuò)。信道編碼在信道里添加監(jiān)督碼元來(lái)保證安全性，最后于接收端按照對(duì)應(yīng)的逆規(guī)律開始解碼，從而查出差錯(cuò)與更正差錯(cuò)。信道編碼在Simulink中的模塊如圖3-5所示， 圖 3-5 信道編碼模塊 3.2.3 交織 在通信過(guò)程中，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的深衰落谷點(diǎn)引起相繼一串的比特出現(xiàn)差錯(cuò)，干擾無(wú)線信道，衰落等常常導(dǎo)致突發(fā)脈沖串錯(cuò)誤，使通信質(zhì)量大打折扣[6]。采用交織技術(shù)可以使一條信息中的相繼比特以非相繼的形似進(jìn)行傳輸，即使出

33、現(xiàn)了比特差錯(cuò)，等到還原成相繼比特后，差錯(cuò)比特的長(zhǎng)度變得很短，這時(shí)候再用糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼技術(shù)將差錯(cuò)消除即可。 交織采用的方法是將碼字前后的排列順序進(jìn)行變更，不額外增加冗余比特，所以交織前和交織后的碼速率是相同的。在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)行交織，交織分為兩次，第一次交織為數(shù)據(jù)塊的內(nèi)部交織，第二次交織為數(shù)據(jù)塊之間的交織。交織在Simulink中的模塊如圖3-6所示， 圖 3-6 交織模塊 3.2.4 信號(hào)調(diào)制 信號(hào)調(diào)制是使高頻信號(hào)的某些特征按照需要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)而變化，從而更好的在信道里傳輸。因?yàn)樾枰獋鬟f的信號(hào)一般頻率比較低而且頻帶寬且重疊。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。

34、模擬調(diào)制分為調(diào)頻，調(diào)幅和相位調(diào)制，英文名分別是FSK，ASK，PSK。將這三種方法相組合，可以得到多種調(diào)制技術(shù)，如ASK和PSK結(jié)合即為QAM，將FSK進(jìn)行改進(jìn)即為MSK，將MSK前面加入高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器即為GMSK。GMSK調(diào)制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)相當(dāng)完善的程度了，需要的經(jīng)濟(jì)成本很低，經(jīng)濟(jì)收益高。信號(hào)調(diào)制在Simulink中的模塊如圖3-7所示， 圖 3-7 信號(hào)調(diào)制模塊圖 3.2.5 信宿 信宿就是信號(hào)的最終歸宿，它的通信系統(tǒng)的終點(diǎn)，可以將通過(guò)數(shù)字解調(diào)、信道譯碼、解密、信源譯碼等一系列過(guò)程復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息。在通信系統(tǒng)的仿真過(guò)程中，為了對(duì)仿真結(jié)果觀察的更

35、加明了，可使最后的信息通過(guò)某種方式保存或顯示出來(lái)。信宿在Simulink中的模塊如圖3-8所示， 圖 3-8 信宿模塊 3.3 各模塊功能的實(shí)現(xiàn) 3.3.1 信源編解碼模塊 1.信源編碼模塊 信源編碼是將從輸入端傳輸進(jìn)來(lái)的信息進(jìn)行編碼，使其適合在后續(xù)的通信系統(tǒng)中傳輸，并保證其完整性和安全性。在本模塊中輸入8KHz PCM 的語(yǔ)音信號(hào)，經(jīng)過(guò)信源編碼后傳出13KHz 的語(yǔ)音編碼信號(hào)。13kbit/s的RPE-LTP為GSM 系統(tǒng)中信源編碼采用的技術(shù)，全名為規(guī)則脈沖激勵(lì)長(zhǎng)期預(yù)測(cè)編碼[7]。編碼方案過(guò)程如圖 3-9 所示， 圖 3-9 信源編碼方案 2.信源解碼模塊

36、 信源解碼方案是信源編碼的逆過(guò)程。在本模塊中輸入13 KHz 信源編碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)信源解碼后傳出8 KHz PCM 信號(hào)。 3.3.2 信道編解碼模塊 1.信道編碼模塊 信道編碼是為了消除與糾正通信過(guò)程中由噪聲、干擾、衰落引起的誤碼現(xiàn)象。在通信過(guò)程中，各方面的影響都對(duì)通信的準(zhǔn)確性造成干擾，比如內(nèi)部和外部的噪聲，信道傳輸中的干擾，通信使用的器件本身老化故障造成的干擾等等，如果不采取相應(yīng)的措施來(lái)對(duì)這些誤差進(jìn)行修復(fù)，直接將其傳輸下去，會(huì)對(duì)信息的準(zhǔn)確率造成很大的影響，因?yàn)橄到y(tǒng)本身沒(méi)有任何檢、糾錯(cuò)能力[8]。差錯(cuò)控制是信道編碼的主要功能。信道編碼在信道里添加監(jiān)督碼元來(lái)保證安全性，最后于接收

37、端按照對(duì)應(yīng)的逆規(guī)律開始解碼，從而查出差錯(cuò)與更正差錯(cuò)。在本模塊中輸入13KHz 語(yǔ)音編碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)信道編碼后傳出22.8KHz 卷積編碼信號(hào)。 2.信道解碼模塊 Viterbi 譯碼算法是一種卷積碼的解碼算法。同Viterbi 譯碼一樣，卷積編碼也是一種通信系統(tǒng)中經(jīng)常使用的編碼，可以很好的進(jìn)行前向糾錯(cuò)。Viterbi 譯碼算法的復(fù)雜性隨約束長(zhǎng)度的增長(zhǎng)呈指數(shù)增長(zhǎng)[9]。在本模塊中輸入22.8 KHz 卷積碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)信道解碼后傳出13 KHz 信源編碼信號(hào)。 3.3.3 交織、解交織模塊 1.交織模塊 在通信過(guò)程中，干擾無(wú)線信道，衰落等常常導(dǎo)致突發(fā)脈沖串錯(cuò)誤，使通信質(zhì)量大

38、打折扣。采用交織技術(shù)可以使一條信息中的相繼比特以非相繼的形似進(jìn)行傳輸，即使出現(xiàn)了比特差錯(cuò)，等到還原成相繼比特后，差錯(cuò)比特的長(zhǎng)度變得很短，這時(shí)候再用糾正隨機(jī)差錯(cuò)的編碼技術(shù)將差錯(cuò)消除即可。在本模塊中輸入22.8KHz 卷積編碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)交織后傳出22.8 KHz 交織編碼信號(hào)。 在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)行交織，交織分為兩次，第一次在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)行交織，交織分為兩次，第一次交織為數(shù)據(jù)塊的內(nèi)部交織，第二次交織為數(shù)據(jù)塊之間的交織。每20ms經(jīng)過(guò)信道編碼后攜帶456個(gè)比特，首先進(jìn)行第一次交織，把456bit分為8組，每組57bit。如果插入普通突發(fā)脈沖序列中的兩組57bit是同一20m

39、s里的，那么該序列丟失會(huì)導(dǎo)致該20ms丟失1/4的比特。為了進(jìn)一步降低通信的誤碼率，需要在兩個(gè)話音幀間進(jìn)行第二次交織。將20ms信號(hào)共456bit分成8組，每組為一個(gè)塊，將兩個(gè)不同20ms里的57bit分別插入A塊和B塊各一組，將20ms中的8組分別插入8個(gè)不同普通突發(fā)脈沖序列中[10]。第二次交織原理如圖3-11所示，第一次交織原理如圖3-10所示， 圖 3-10 第一次交織過(guò)程 圖 3-11 二次交織過(guò)程 2. 解交織模塊 解交織方案是交織方案的逆過(guò)程。在本模塊中輸入22.8 KHz 交織編碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)解交織后傳出22.8 KHz 卷積碼信號(hào)。 3.3.4

40、 調(diào)制、解調(diào)模塊 1.調(diào)制模塊 GSM 系統(tǒng)采用最小移頻鍵控調(diào)制，即GMSK調(diào)制。它的產(chǎn)生方法是將高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器添加到MSK的前面。GMSK調(diào)制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)相當(dāng)完善的程度了，需要的經(jīng)濟(jì)成本很低，經(jīng)濟(jì)收益高。在本模塊中輸入22.8 KHz 交織編碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制后傳出900MHz 22.8KHz 信號(hào)。 GMSK信號(hào)的表達(dá)式為公式(3.1)： （3.1） 2.解調(diào)模塊 解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。在本模塊中輸入900Mhz 22.8KHz 信號(hào)，經(jīng)過(guò)解調(diào)后傳出22.8 KHz 數(shù)字信號(hào)。 其解調(diào)框圖如圖3-12所示， 圖 3-12 GMSK

41、解調(diào)流程圖 3.3.5 信道建模模塊 在仿真中采用信道建模來(lái)模擬真實(shí)通信中的信道環(huán)境。在通信過(guò)程中，由于各方面的影響，信號(hào)的傳播途徑變得很多，每條路徑的接受強(qiáng)度和時(shí)延都各不相同，它們相互作用引起衰弱的產(chǎn)生。瑞利衰落是最主要的衰弱之一，所以我們必須對(duì)其重視。多普勒頻移是指在通信過(guò)程中，發(fā)送端和接收端的路程差在不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致頻率與相位的不斷改變。在本模塊中輸入900Mhz 22.8KHz 信號(hào)，經(jīng)過(guò)信道建模后傳出900Mhz 22.8KHz 信號(hào)。本次仿真采用了 GSM05.05 中的信道模型[11]。多普勒頻移概念如圖 3-13所示， 圖 3-13 多普勒頻移概念 S

42、為發(fā)送端，X到Y(jié)為接收端的移動(dòng)情況，ΔL為從S到X和S到Y(jié)的路徑差，定義為公式(3.2)： （3.2） 相位變化定義為公式(3.3)： （3.3） 多普勒頻移計(jì)算方法如公式(3.4)： （3.4） 公式中各參數(shù)：S為發(fā)送端，X到Y(jié)為接收端的移動(dòng)情況，λ=c/f 是載波的波長(zhǎng)。 本次仿真根據(jù)遠(yuǎn)郊地區(qū)（RA）設(shè)定信道模型參數(shù)。表1為遠(yuǎn)郊地區(qū)（RA）: 6路徑信道模型參數(shù)[12]。 表1 遠(yuǎn)郊地區(qū)（RA）:6路徑信道模型參數(shù) Tap number Relative

43、time（μs） Average relative power（dB） Doppler spectrum (1) (2) (1) (2) 1 0.0 0.0 0.0 0.0 RICE 2 0.1 0.2 -4.0 -2.0 CLASS 3 0.2 0.4 -8.0 -10.0 CLASS 4 0.3 0.6 -12.0 -20.0 CLASS 5 0.4 — -16.0 — CLASS 6 0.5 — -20.0 — CLASS  第四章 GSM系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 4.1 信源編解碼模塊

44、設(shè)計(jì) 1.信源編碼 本次仿真中采用脈沖編碼調(diào)制（Pulse-Code Modulation，PCM）編碼方案。從輸入端輸入語(yǔ)音信號(hào)后，經(jīng)過(guò)限幅模塊（Saturation）、Abs模塊、A 律壓縮器、Gain模塊、量化器（Quanlizer）和二進(jìn)制轉(zhuǎn)換模塊（Integer to Bit Converter），分別對(duì)信號(hào)進(jìn)行[-1,1]的限幅、取絕對(duì)值、壓縮、放大 127 倍、均勻量化和二進(jìn)制化，最終產(chǎn)生 7 位的二進(jìn)制碼。另一分支的Relay模塊對(duì)信號(hào)的極性正與負(fù)分別輸出為0和1，與之前得到的七位編碼組合得到八位PCM碼，Relay模塊的那一位作為八位編碼的首位，最后從輸出端Out1傳出[

45、13]。PCM語(yǔ)音編碼模塊圖如圖 4-1 所示，封裝成的信源編碼模塊子系統(tǒng)如圖4-2所示， 圖 4-1 信源編碼模塊 圖 4-2 信源編碼模塊子系統(tǒng) 2.信源解碼 PCM編碼的逆過(guò)程是PCM解碼。八位PCM碼通過(guò)ln1端口輸入端傳入，前7位編碼由Bit to Interger Converter由二進(jìn)制恢復(fù)成十進(jìn)制，再通過(guò)Gain將其變?yōu)?/127倍，然后由A-Law Expander對(duì)其解壓。另一分支的Relay模塊對(duì)另一位的0和1分別輸出正和負(fù)。與之前得到的信號(hào)相乘，恢復(fù)成原始信號(hào)，最后從輸出端輸出。PCM解碼模塊圖如圖 4-3 所示，封裝成的信源解碼模塊子系統(tǒng)如

46、圖4-4所示， 圖 4-3 信源解碼模塊 圖 4-4 信源解碼模塊子系統(tǒng) 4.2 信道編解碼模塊設(shè)計(jì) 1. 信道編碼 信號(hào)經(jīng)過(guò)信源編碼，封裝成了包含260bit的幀。根據(jù)對(duì)差錯(cuò)的敏感度，將260bit分成三個(gè)部分，其中50bit最重要收保護(hù)數(shù)據(jù)為Class1a,132bit重要收保護(hù)數(shù)據(jù)為Class1b，78bit不受保護(hù)數(shù)據(jù)為Class2。 （1）Class1a 這一級(jí)對(duì)差錯(cuò)最敏感。從MATLAB 函數(shù)提取50bit后，在Simulink中生成（53,50）分組碼，因?yàn)樾枰獜?a級(jí)的50bit中生成3個(gè)校檢比特。然后用CRC 模塊設(shè)置多項(xiàng)式g(D) =

47、 D3 + D + 1來(lái)添加冗余[14]。MATLAB 函數(shù)參數(shù)設(shè)置如圖 4-5 所示，General CRC Generator參數(shù)設(shè)置如圖 4-6 所示，Class1a模塊如圖 4-7 所示，封裝成的Class1a模塊子系統(tǒng)如圖4-8所示， 圖 4-5 提取Class1a參數(shù)設(shè)置 圖 4-6 一般 CRC 發(fā)生器參數(shù)設(shè)置 圖 4-7 Class1a模塊圖 圖 4-8 Class1a模塊子系統(tǒng) （2） Class1b 為了將接收器的寄存器設(shè)置到解碼狀態(tài)，需要在132bit后面添加四個(gè)零比特，這一操作在仿真中可用Zero Pad模塊進(jìn)行[15]，MAT

48、LAB 函數(shù)參數(shù)設(shè)置如圖 4-9所示，零填充模塊參數(shù)設(shè)置如圖 4-10 所示，Class1b模塊如圖 4-11 所示，封裝成的Class1b模塊子系統(tǒng)如圖 4-12 所示， 圖4-9 提取Class1b參數(shù)設(shè)置 圖4-10 零填充模塊參數(shù)設(shè)置 圖4-11 Class1b模塊圖 圖4-12 Class1b模塊子系統(tǒng) （3）CLass2 Class2中的78bit 對(duì)差錯(cuò)最不敏感，因此不受保護(hù)數(shù)據(jù)，也不作編碼處理。提取之后用Buffer2模塊封裝后輸出即可。MATLAB 函數(shù)參數(shù)設(shè)置如圖 4-13所示，Class2模塊如圖 4-14 所示，封裝成的

49、Class2模塊子系統(tǒng)如圖 4-15 所示， 圖4-13 提取Class2參數(shù)設(shè)置 圖4-14 Class2模塊圖 圖4-15 Class2模塊子系統(tǒng) （4） 卷積、重排 將Class1a的53bit（50bit+3bit校驗(yàn)比特）與Class1b的136bit（132bit+4bit零比特）連接成189bit受保護(hù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行卷積編碼后得到378bit，最后與Class2的78bit連接成456bit。在仿真中可用矩陣連接模塊（Matrix Concatenation）進(jìn)行連接，卷積編碼模塊（Convolution Encoder）設(shè)置多項(xiàng)式g(D)=D4+D3+1和

50、g(D)=D4+D3+D+1來(lái)進(jìn)行卷積編碼。Convolution Encoder參數(shù)設(shè)置如圖 4-16所示，卷積編碼模塊如圖 4-17 所示，封裝成的卷積編碼模塊子系統(tǒng)如圖 4-18 所示，完整的信道編碼模塊如圖 4-19 所示， 圖4-16 卷積編碼模塊參數(shù)圖 圖4-17 卷積編碼模塊 圖4-18 卷積編碼模塊子系統(tǒng) 圖4-19 信道編碼模塊 2.信道解碼 仿真中采用Viterbi 譯碼器模塊進(jìn)行信道解碼。Viterbi Decoder模塊如圖 4-20 所示，Viterbi Decoder[16]模塊參數(shù)設(shè)置如圖 4-21所示， 圖4-20

51、Viterbi Decoder模塊 圖4-21 Viterbi Decoder模塊參數(shù)設(shè)置 4.3 交織、解交織模塊設(shè)計(jì) 在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)行交織，交織分為兩次，第一次在GSM系統(tǒng)中，信道編碼后進(jìn)行交織，交織分為兩次，第一次交織為數(shù)據(jù)塊的內(nèi)部交織，第二次交織為數(shù)據(jù)塊之間的交織。每20ms經(jīng)過(guò)信道編碼后攜帶456個(gè)比特，首先進(jìn)行第一次交織，把456bit分為8組，每組57bit。如果插入普通突發(fā)脈沖序列中的兩組57bit是同一20ms里的，那么該序列丟失會(huì)導(dǎo)致該20ms丟失1/4的比特。為了進(jìn)一步降低通信的誤碼率，需要在兩個(gè)話音幀間進(jìn)行第二次交織。將20ms信號(hào)共4

52、56bit分成8組，每組為一個(gè)塊，將兩個(gè)不同20ms里的57bit分別插入A塊和B塊各一組，將20ms中的8組分別插入8個(gè)不同普通突發(fā)脈沖序列中[17]。第一次交織模塊如圖 4-22 所示，第二次交織模塊如圖 4-23 所示，封裝成的第二次交織模塊子系統(tǒng)如圖 4-24 所示， 圖4-22 第一次交織模塊 圖4-23 第二次交織模塊 圖4-24 第二次交織模塊子系統(tǒng) 解交織為交織的逆過(guò)程，解交織模塊如圖 4-25 所示，封裝成的解交織模塊子系統(tǒng)如圖 4-26 所示， 圖4-25 解交織模塊 圖4-26 解交織模塊子系統(tǒng) 交織與解交織的模塊都采用S

53、函數(shù)進(jìn)行編寫。 S函數(shù)代碼： （1）第一次交織 （2）第二次交織 （3）第一次解交織 （4）第二次解交織 4.4 調(diào)制、解調(diào)模塊設(shè)計(jì) GSM 系統(tǒng)采用最小移頻鍵控調(diào)制，即GMSK調(diào)制。它的產(chǎn)生方法是將高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器添加到MSK的前面[18]。GMSK調(diào)制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)相當(dāng)完善的程度了，需要的經(jīng)濟(jì)成本很低，經(jīng)濟(jì)收益高。GMSK 調(diào)制模塊如圖 4-27 所示，GMSK 調(diào)制模塊參數(shù)設(shè)置如圖 4-28所示，GMSK 解調(diào)模塊如圖 4-29 所示，GMSK 解調(diào)模塊參數(shù)設(shè)置如圖 4-30所示， 圖4-2

54、7 GMSK ModulatorBaseband模塊 圖4-28 GMSK ModulatorBaseband模塊參數(shù)設(shè)置 圖4-29 GMSK Demodulator Baseband模塊 圖4-30 GMSK Demodulator Baseband模塊參數(shù)設(shè)置 4.5 信道建模模塊設(shè)計(jì) 1.信道建模 在仿真中采用信道建模來(lái)模擬真實(shí)通信中的信道環(huán)境。多徑瑞利衰落信道模塊如圖 4-31 所示，GMSK 調(diào)制模塊參數(shù)設(shè)置如圖 4-31所示，根據(jù)遠(yuǎn)郊地區(qū)（RA）:6路徑信道模型參數(shù)（表2）設(shè)置信道模型參數(shù)[19]，如圖 4-32所示， 圖4-31 Multip

55、ath Rayleigh Fading Channel模塊 圖 4-32 信道模型參數(shù)設(shè)置 表2 遠(yuǎn)郊地區(qū)（RA）:6路徑信道模型參數(shù) Tap number Relative time（μs） Average relative power（dB） Doppler spectrum (1) (2) (1) (2) 1 0.0 0.0 0.0 0.0 RICE 2 0.1 0.2 -4.0 -2.0 CLASS 3 0.2 0.4 -8.0 -10.0 CLASS 4 0.3 0.6 -12.0 -20.0 C

56、LASS 5 0.4 — -16.0 — CLASS 6 0.5 — -20.0 — CLASS  第五章 仿真結(jié)果與分析 5.1 仿真模型的建立 將信源編碼、信源解碼、信道編碼、信道解碼、交織、解交織、調(diào)制、解調(diào)制、信道建模等模塊建立起來(lái)并且設(shè)定好了參數(shù)之后，將它們統(tǒng)一連接起來(lái)，成為一個(gè)完整的仿真模型，如圖5-1所示， 圖 5-1 GSM 系統(tǒng) Simulink 仿真模型圖 完整的仿真過(guò)程為：利用PCM 語(yǔ)音編碼將20ms的語(yǔ)音塊變?yōu)?13KHz 的語(yǔ)音編碼信號(hào)，然后使用封裝技術(shù)將其變?yōu)?60bit/幀。隨后進(jìn)行信道編碼，將前50bit產(chǎn)生

57、的（53,50）線性分組碼與進(jìn)行過(guò)加尾處理的后132bit進(jìn)行 1/2 卷積編碼，再與剩余78bit進(jìn)行交織處理，得到22.8KHz的交織編碼信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制模塊即GMSK調(diào)制后傳入多徑瑞利衰落信道中。之后就是上述步驟的逆過(guò)程，通過(guò)GMSK 解調(diào)后進(jìn)行時(shí)域均衡消除碼間干擾，再通過(guò)解交織、信道解碼和信源解碼將信號(hào)還原[20]。圖 5-1為GSM 移動(dòng)通信系統(tǒng)的 simulink 仿真模型圖。 5.2 仿真結(jié)果與分析 （1）PCM 編碼結(jié)果分析 圖 5-2 PCM 編碼結(jié)果對(duì)比 結(jié)果分析 ：通過(guò)PCM 編碼將信號(hào)二進(jìn)制化使其變成七位，另一分支的Relay模塊對(duì)信號(hào)的正負(fù)分別輸出為0和1

58、，作為高位與前七位編碼組合得到八位PCM碼。圖 5-2為PCM 編碼結(jié)果對(duì)比圖。 （2）卷積編譯碼結(jié)果分析 圖 5-3 經(jīng)過(guò)卷積編譯碼誤碼率與未經(jīng)過(guò)卷積編譯碼誤碼率比較 結(jié)果分析 ：從圖中可以看出，沒(méi)有進(jìn)行卷積編譯碼的情況下，其誤碼率基本等于理論初期的，也就是說(shuō)其準(zhǔn)確性并未得到相應(yīng)的提高。在經(jīng)過(guò)卷積編譯碼的情況下，當(dāng)SNR小于零時(shí)，其誤碼率比之前的還要高，這一情況產(chǎn)生的原因是當(dāng)信噪比處于比較低的條件下，譯碼的時(shí)候前面的少許比特發(fā)生錯(cuò)誤的可能性很高。當(dāng)SNR大于零時(shí)，其誤碼率比之前的降低了不少，說(shuō)明卷積編譯碼有效的增加了通信的準(zhǔn)確性。圖 5-3 為高斯白噪聲與突發(fā)干擾下經(jīng)過(guò)卷積編譯碼前

59、后誤碼率特性比較圖。 （3）交織結(jié)果分析 圖 5-4 無(wú)交織突發(fā)干擾后誤碼率與交織改善后誤碼率比較 結(jié)果分析 ：在上一步中我們已經(jīng)知道了當(dāng)信噪比處于比較低的條件下，譯碼的時(shí)候前面的少許比特發(fā)生錯(cuò)誤的可能性很高，導(dǎo)致了在SNR比較低的時(shí)候，交織過(guò)的誤碼率反而要比未經(jīng)過(guò)交織的誤碼率要高。當(dāng)SNR逐漸變大時(shí)，交織過(guò)的誤碼率明顯減少，最后兩種誤碼率都成為穩(wěn)定狀態(tài)。交織改善后的誤碼率比無(wú)交織突發(fā)干擾誤碼率低，在0.0030上下，這說(shuō)明了交織明顯提高了通信的準(zhǔn)確性。圖 5-4 為信號(hào)經(jīng)過(guò)信道時(shí)在高斯白噪聲與突發(fā)干擾共同作用下有無(wú)經(jīng)過(guò)卷積交織的誤碼率特性比較結(jié)果圖。 （4） 各時(shí)期星座映射圖分析

60、 圖 5-5 GMSK調(diào)制后 圖 5-6 經(jīng)多路徑瑞利衰落信道后 圖 5-7 時(shí)域均衡后 結(jié)果分析 ：圖 5-5 為信號(hào)經(jīng)過(guò) GMSK調(diào)制后的星座映射圖。圖 5-6 為信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑瑞利衰落信道后的星座映射圖。圖 5-7 為信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)域均衡后的星座映射圖。通過(guò)對(duì)比可知，信號(hào)經(jīng)過(guò)多路徑瑞利衰落信道傳輸，傳輸途徑變多，導(dǎo)致信號(hào)經(jīng)過(guò)多徑瑞利衰落信道后的星座點(diǎn)與原始圖偏離。而信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)域均衡后的星座點(diǎn)有回到原始圖的趨勢(shì)，說(shuō)明時(shí)域均衡幫助信號(hào)還原。 （5）GSM 系統(tǒng)信號(hào)結(jié)果分析 圖 5-8 原始信號(hào)與通過(guò) GSM 系統(tǒng)信號(hào)對(duì)比圖 結(jié)果分析 ：將圖 5-

61、8中信號(hào)前后對(duì)比后我們發(fā)現(xiàn)，語(yǔ)音在通信過(guò)程中遇到了干擾、噪聲、多徑和衰落等現(xiàn)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)GSM系統(tǒng)后的信號(hào)有著不同幅度的失真。這說(shuō)明了即使對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼和調(diào)制，但也只能對(duì)誤差進(jìn)行減少，無(wú)法將誤差徹底消除。 第六章 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是通過(guò)Simulink軟件對(duì)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，在Simulink設(shè)計(jì)窗口中詳細(xì)設(shè)計(jì)了各個(gè)模塊，其中包括：信源編碼、信源解碼、信道編碼、信道解碼、交織、解交織、調(diào)制、解調(diào)制、信道建模等，并將這些模塊統(tǒng)一設(shè)置然后連接在一起，建立起一個(gè)完整的系統(tǒng)，并使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)。完整的仿真過(guò)程為：模擬信號(hào)通過(guò)發(fā)送端，對(duì)其進(jìn)行編碼調(diào)制后傳入信道，隨后由射頻接受到

62、信號(hào)，最后進(jìn)行解調(diào)，將其復(fù)原成原始信號(hào)。在完成仿真過(guò)程后，我們對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，將Simulink中得出的輸入與輸出信號(hào)相比較，二者基本相同，驗(yàn)證了此次仿真研究的準(zhǔn)確性。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解到了GSM通信系統(tǒng)的基本流程和實(shí)現(xiàn)方法，學(xué)習(xí)到了使用Simulink軟件平臺(tái)的基本方法，感受到了使用Simulink仿真通信系統(tǒng)的便捷性和實(shí)用性，領(lǐng)悟到了GSM通信系統(tǒng)的精妙之處。除此之外，本次論文也教會(huì)了我人生中的道理，遇到難題時(shí)，不能急于求成，心急吃不了熱豆腐，應(yīng)該做的是將它各個(gè)部分逐一分析，各個(gè)擊破，最后再統(tǒng)一連接起來(lái)，就會(huì)得到之前不曾有的啟發(fā)和收獲。磨刀不誤砍柴工，在查閱資料的過(guò)程中也會(huì)對(duì)

63、各個(gè)部分的難點(diǎn)深入了解，在腦海中化繁為簡(jiǎn)，使各個(gè)難點(diǎn)部分統(tǒng)一成一個(gè)，即可對(duì)其完全掌握。我的學(xué)習(xí)分析能力在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到了一次升華，足以受用終身。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，我通過(guò)三個(gè)月的時(shí)間，從一開始的查閱資料，到制定設(shè)計(jì)方案，然后將Simulink的仿真方法進(jìn)行掌握，再到建立仿真系統(tǒng)建立，最后撰寫論文，最終完成了GSM的仿真設(shè)計(jì)。在這三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多人幫助過(guò)我，在此我對(duì)他們表示誠(chéng)摯的感謝。 首先要感謝的當(dāng)然是指導(dǎo)。在這三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，每次遇到問(wèn)題，老師總會(huì)不厭其煩的為我指點(diǎn)迷津，在老師的親切關(guān)懷之下，我才能在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中找到前

64、進(jìn)方向，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，擁有前進(jìn)動(dòng)力，最終解決問(wèn)題。老師誨人不倦，德才兼?zhèn)?，兢兢業(yè)業(yè)，這些精神值得所有老師進(jìn)行學(xué)習(xí)。 其次，要對(duì)各位老師表示衷心的感謝。春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干。老師就好像辛勤的園丁，將各種知識(shí)傳授給我們。在大學(xué)生涯學(xué)到的各種寶貴知識(shí)，將成為我們?nèi)松晒χ返慕痂€匙，帶領(lǐng)我們前進(jìn)。另外，也感謝各位同學(xué)們，我們一起努力，一起進(jìn)步，一起收獲，一起成功。 最后，要感謝我的家人。一直默默支持我，鼓勵(lì)我，關(guān)心我。在此向父母致以誠(chéng)摯的感謝！  參考文獻(xiàn) [1]曾憲偉, 張蔭, 陸生禮. 一種GMSK解調(diào)方案的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 電子器件, 2002, 25(4):397-4

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