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摘要:利用Simulink工具构建了基于GMSK调制的DS/FH通信系统仿真模型,对系统性能进行仿真分析。仿真结果表明,GMSK作为一种理想的数字调制方式应用于DS/FH通信系统,可获得良好的频谱效益和抗干扰特性,能实现DS/FH通信系统的高速数据传输。
关键字:GMSK调制;DS/FH通信系统;仿真分析
Simulink Simulation Analysis of DS/FH Communication System
Cai Yanjun
(Engineering College of CAPF,Xi’an710086,China)
Abstract:This paper creates the DS/FH communication system simulation model by the tools of Simulink,and performances of system are analyzed.The results demonstrate that as a ideal digital modulation,GMSK is applied to DS/FH communication system can be obtained good frequency spectrum efficiency and performance of anti-jamming,and can realize high speed data transmission of DS/FH communication system.
Keywords:GMSK modulation;DS/FH communication system;Simulation analysis
传统的DS/FH通信系统采用的调制技术频带占用宽,频谱效益低,数据传输率低,不能满足实际应用的要求。本文将GMSK调制技术应用于DS/FH通信系统中,利用GMSK调制良好的频谱效益和可以采用非相干解调等一系列优点实现DS/FH通信系统的高速数据传输。
一、系统原理框图
GMSK(高斯最小偏移键控)是一种改进的MSK(最小偏移键控)调制技术,其原理是将原始信息先经过高斯滤波器形成高斯脉冲,再进行MSK调制,如图1所示。GMSK调制,是一种较为理想的调制方式,已经被广泛应用于GSM、GPRS系统、数字电视、卫星通信等领域。
图2给出了基于GMSK调制的DS/FH通信系统的原理框图。如图所示,输入信号经过直接序列扩频和GMSK调制后,再经跳频扩频后送入发送端;在接收端,按照相反的顺序对信号进行解跳、解调和解扩,输出信息。
二、仿真模型建立
本文利用Simulink仿真软件建立基于GMSK调制的DS/FH通信系统仿真模型。图3给出了利用Simulink建立的系统仿真模型。
信源:信息速率为1Kbps,输出形式为帧格式。
扩频与解扩:扩频码采用PN序列产生器(PN Generator)产生127位m序列伪随机码,速率为1Kbps。
调制与解调:利用Simulink模块库中的GMSK调制/解调模块实现,信号输入模式为Bit, 值根据仿真需要设置。
跳频与解跳:图4给出了频率合成器的仿真模型。PN序列产生器产生采样周期为1/400,长度为255位m序列,通过buffer模块、比特到整数变换器和unbuffer模块,将二进制数变成与之相对应的整数,馈送到压控振荡器输出频率。
三、仿真结果分析
(一)无干扰条件下仿真分析
1.输入/输出分析。
在输入信息速率为1Kbps、信噪比为10dB、仿真时间设为1s的仿真条件下,观察仿真运行情况,此时得到输入/输出波形图。如图5所示,上方波形为信源输入波形,下方为输出波形。可见系统的输入/输出完全符合要求。
2.频谱与码间串扰分析。
图6给出了在相同信息速率条件下三种调制方式的信号的频谱图。仿真结果显示,GMSK调制信号带宽比MSK和BPSK小,频谱效益较高。但是GMSK的频谱效益是通过牺牲码间串扰性能换来的,如图7所示,三种调制方式中GMSK的码间串扰最大,MSK次之,BPSK最好。
另外,对于GMSK调制信号来说,随着BT值的减小,前置滤波器的带宽越窄,输出功率谱就越紧凑,信号所占带宽也随之减小,频谱效益得到提升,同时也牺牲了码间串扰性能,增大误码率。仿真结果如图8所示。
(二)干扰条件下仿真分析
本文对单音干扰和宽带干扰条件下的DS/FH通信系统进行仿真分析,给出了仿真结果。文中单音噪声信号由Simulink模块库中的“Sine Wave”模块产生,采用Simulink模块库中的“Gaussian Noise Generator”模块高斯白噪声模拟宽带干扰信号。仿真结果如图9所示。
从仿真结果分析可知,基于GMSK调制的DS/FH通信系统对单音噪声干扰有较强的抗干扰性能。单音噪声只对系统的某一个频率有很强的干扰效果,而宽带干扰是对全频进行干扰,因此系统对单音噪声的抗干扰性能要优于对宽带噪声的抗干扰性能。
四、结论
实际应用中DS/FH通信系统采用GMSK调制方式,只需对GMSK调制的高斯预制滤波器带宽进行适当设置,即可获得较高的频谱效益,实现高速数据传输,又可使系统抗干扰性能满足要求,因此GMSK调制应用于DS/FH通信系统有较强的实际意义。
参考文献:
[1]彭伟军,宋文涛,罗汉文.GMSK在跳频通信中的应用及其性能分析[J].通信学报,2000,11,21,11:41-47
[2]彭菊红.短波跳频GMSK调制解调技术的研究[D].武汉:武汉大学,2004
[3]仇佩亮,陈慧芳,谢磊.数字通信基础[M].北京:电子工业出版社,2007:263-267
作者简介:蔡艳军(1983-),男,湖北武汉人,武警工程学院通信工程系助教,研究方向:抗干扰通信。
关键字:GMSK调制;DS/FH通信系统;仿真分析
Simulink Simulation Analysis of DS/FH Communication System
Cai Yanjun
(Engineering College of CAPF,Xi’an710086,China)
Abstract:This paper creates the DS/FH communication system simulation model by the tools of Simulink,and performances of system are analyzed.The results demonstrate that as a ideal digital modulation,GMSK is applied to DS/FH communication system can be obtained good frequency spectrum efficiency and performance of anti-jamming,and can realize high speed data transmission of DS/FH communication system.
Keywords:GMSK modulation;DS/FH communication system;Simulation analysis
传统的DS/FH通信系统采用的调制技术频带占用宽,频谱效益低,数据传输率低,不能满足实际应用的要求。本文将GMSK调制技术应用于DS/FH通信系统中,利用GMSK调制良好的频谱效益和可以采用非相干解调等一系列优点实现DS/FH通信系统的高速数据传输。
一、系统原理框图
GMSK(高斯最小偏移键控)是一种改进的MSK(最小偏移键控)调制技术,其原理是将原始信息先经过高斯滤波器形成高斯脉冲,再进行MSK调制,如图1所示。GMSK调制,是一种较为理想的调制方式,已经被广泛应用于GSM、GPRS系统、数字电视、卫星通信等领域。
图2给出了基于GMSK调制的DS/FH通信系统的原理框图。如图所示,输入信号经过直接序列扩频和GMSK调制后,再经跳频扩频后送入发送端;在接收端,按照相反的顺序对信号进行解跳、解调和解扩,输出信息。
二、仿真模型建立
本文利用Simulink仿真软件建立基于GMSK调制的DS/FH通信系统仿真模型。图3给出了利用Simulink建立的系统仿真模型。
信源:信息速率为1Kbps,输出形式为帧格式。
扩频与解扩:扩频码采用PN序列产生器(PN Generator)产生127位m序列伪随机码,速率为1Kbps。
调制与解调:利用Simulink模块库中的GMSK调制/解调模块实现,信号输入模式为Bit, 值根据仿真需要设置。
跳频与解跳:图4给出了频率合成器的仿真模型。PN序列产生器产生采样周期为1/400,长度为255位m序列,通过buffer模块、比特到整数变换器和unbuffer模块,将二进制数变成与之相对应的整数,馈送到压控振荡器输出频率。
三、仿真结果分析
(一)无干扰条件下仿真分析
1.输入/输出分析。
在输入信息速率为1Kbps、信噪比为10dB、仿真时间设为1s的仿真条件下,观察仿真运行情况,此时得到输入/输出波形图。如图5所示,上方波形为信源输入波形,下方为输出波形。可见系统的输入/输出完全符合要求。
2.频谱与码间串扰分析。
图6给出了在相同信息速率条件下三种调制方式的信号的频谱图。仿真结果显示,GMSK调制信号带宽比MSK和BPSK小,频谱效益较高。但是GMSK的频谱效益是通过牺牲码间串扰性能换来的,如图7所示,三种调制方式中GMSK的码间串扰最大,MSK次之,BPSK最好。
另外,对于GMSK调制信号来说,随着BT值的减小,前置滤波器的带宽越窄,输出功率谱就越紧凑,信号所占带宽也随之减小,频谱效益得到提升,同时也牺牲了码间串扰性能,增大误码率。仿真结果如图8所示。
(二)干扰条件下仿真分析
本文对单音干扰和宽带干扰条件下的DS/FH通信系统进行仿真分析,给出了仿真结果。文中单音噪声信号由Simulink模块库中的“Sine Wave”模块产生,采用Simulink模块库中的“Gaussian Noise Generator”模块高斯白噪声模拟宽带干扰信号。仿真结果如图9所示。
从仿真结果分析可知,基于GMSK调制的DS/FH通信系统对单音噪声干扰有较强的抗干扰性能。单音噪声只对系统的某一个频率有很强的干扰效果,而宽带干扰是对全频进行干扰,因此系统对单音噪声的抗干扰性能要优于对宽带噪声的抗干扰性能。
四、结论
实际应用中DS/FH通信系统采用GMSK调制方式,只需对GMSK调制的高斯预制滤波器带宽进行适当设置,即可获得较高的频谱效益,实现高速数据传输,又可使系统抗干扰性能满足要求,因此GMSK调制应用于DS/FH通信系统有较强的实际意义。
参考文献:
[1]彭伟军,宋文涛,罗汉文.GMSK在跳频通信中的应用及其性能分析[J].通信学报,2000,11,21,11:41-47
[2]彭菊红.短波跳频GMSK调制解调技术的研究[D].武汉:武汉大学,2004
[3]仇佩亮,陈慧芳,谢磊.数字通信基础[M].北京:电子工业出版社,2007:263-267
作者简介:蔡艳军(1983-),男,湖北武汉人,武警工程学院通信工程系助教,研究方向:抗干扰通信。