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MATLAB的移动通信系统仿真.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.36M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    （2006 届）
    SIMULATION OF GSM SYSTEM
    A Dissertation Submitted to
    Xu Hanqing
    Supervised by
    Physical Science And Technology Department
    摘 要
    Abstract
    目 录
    第1章 GSM系统概述
    1.1 GSM系统的发展史
    1.1.1 GSM数字移动通信的发展
    1.1.2 GPRS的发展
    1.1.3 向3G演进之路
    1.2 GSM系统的特点
    1.3 GSM系统的业务功能
    1.3.1 承载业务
    1.3.2 用户业务
    1.3.3 补充业务
    1.4 本文内容安排
    第2章 GSM系统无线接口与无线传输
    2.1 GSM频段划分
    2.2 GSM多址技术
    2.2.1 频分多址
    2.2.2 时分多址
    2.2.3 TDMA帧
    2.2.4 突发脉冲（Burst）
    1TDMA帧=8时隙（120/26=4.615ms）
    2.3 TDMA信道
    2.3.1 业务信道
    2.3.2 控制信道
    2.4 电波传输特点
    2.4.1 传输损耗
    2.4.2 阴影效应
    2.4.3 多径效应
    2.4.4 时间调整
    第3章 GSM系统各模块仿真设计
    3.1 GSM系统仿真设计流程
    一、总体：
    二、数据流程：
    3.2 GSM系统信源模块设计
    3.2.1 工作原理和功能设计
    3.2.2 接口描述和模块实现
    3.2.3 性能测试
    3.3 GSM系统信道编码模块设计
    3.3.1 工作原理和功能设计
    2、重排
    G1 = 1 + D + D3+ D4
    3.3.2 接口描述和模块实现
    3.3.3 性能测试
    3.4 GSM系统交织、映射设计
    3.4.1 工作原理和功能设计
    3.4.2 接口描述和模块实现
    3.4.3 性能测试
    3.5 GSM系统调制模块设计
    3.5.1 工作原理和功能设计
    3.5.2 接口描述和模块实现
    3.5.3 性能测试
    3.6 GSM系统信道仿真设计
    3.6.1 工作原理和功能设计
    3.6.2 接口描述和模块实现
    3.6.3 性能测试
    3.7 GSM系统MLSE均衡器设计
    3.7.1 工作原理和功能设计
    3.7.2 接口描述和模块实现
    GSMMVA_SigMap(int possibleData,double sigLow[2]);
    GSMMVA_FSM(int currentState,int possibleData);
    GSMMVA_IncMetric(int cnt,int dataHistory[CHANNELME
    3.7.3 性能测试
    BER：0
    BER：0
    3.8 GSM系统解交织模块设计
    3.8.1 工作原理和功能设计
    3.8.2 接口描述和模块实现
    3.8.3 性能测试
    3.9 GSM系统Viterbi译码模块设计
    3.9.1 工作原理和功能实现
    一、原理简介
    二、模块结构
    三、模块的主要任务
    3.9.2 接口描述和模块实现
    2.1 全局宏、全局变量和全局数据结构的定义和说明
    2.2 函数说明
    3.9.3 性能测试
    第4章 GSM系统仿真设计联调
    4.1 GSM系统仿真设计结果
    一、仿真信道：
    二、性能统计：
    三、一些原则：
    四、系统运行界面
    五、图形结果
    4.2 GSM系统仿真设计分析
    一、分析的参考标准：
    二、分析：
    第5章 总结与深入
    5.1 论文工作总结
    5.2 进一步的工作
    附录A: 缩略语及专用术语表
    附录B: 本文图表索引
    参考文献
    谢 辞
    南 京 师 范 大 学 毕 业 设 计（论 文） （2006 届） 题 目： 基于 TCH/FS 的 GSM 系统仿真实现 学 专 姓 学 院： 业： 名： 号： 物理科学与技术学院 通信工程 徐汉青 07020532 指导教师： 徐平平 教授 南京师范大学教务处 制
    SIMULATION OF GSM SYSTEM BASED ON TCH/FS A Dissertation Submitted to Nanjing Normal University For the Academic Degree of Bachelor of Engineering By Xu Hanqing Supervised by Professor Xu Pingping Physical Science And Technology Department Nanjing Normal University May 2006
    南 京 师 范 大 学 学 士 学 位 论 文 摘 要 从第一代模拟移动通信系统到目前的第三代数字移动通信系统，蜂窝移动通信已经 历了 20 余年的发展历程。作为欧洲一个数字蜂窝移动通信标准的 GSM 系统于 1991 年 正式在欧洲面世，由于其公开的规范标准以及强大的漫游能力，从而获得了空前的发展。 本课题主要任务是用 C 语言对基于 TCH/FS 信道的 GSM 系统进行仿真，由于移动 无线信道受到各种干扰、多径衰落和阴影衰落等影响，对于数字和数据信号的传输，会 造成突发性误码和随机性错误。为了解决无线信道传输带来的问题，从原始的用户数据 到无线电波所携带的信息，再还原成用户数据，需要进行一系列的变换和反变换，实现 对所传输信号的必要保护。这些变换大致包括：信源编码与解码、信道编码与解码、交 织与解交织、调制以及均衡等模块。本课题在对上述各模块依次进行仿真时，依据协议 GSM05.03 的编码方案对数据进行编码,除采用新型的信源编码技术外，还采用检、纠错 信息编码以及信道编码保护的交织重排等手段，以提高传输效果和通信质量。同时采用 GMSK 调制、信道均衡和 Viterbi 译码等处理方法，来获得在不同信道模型下（AWGN、 GSM HTx 和 GSM EQx 模型）的不同信噪比 Eb/N0 的编码性能。 关键词：GSM 卷积码 交织 GMSK 调制 MLSE 均衡 Viterbi 译码 I
    南 京 师 范 大 学 学 士 学 位 论 文 Abstract From the first generation of analog mobile communication system to the third digital mobile communication system, the cellular mobile communication technology has developed for more than 20 years. As one of cellular digital communication system standards, GSM system was published formally in Europe in 1991, and acquired an unprecedented development because of its public criterion and powerful ability of roaming. This thesis is about the simulation of GSM system based on TCH/FS Channel by C language ,However, the various interferences, multipath fading and shadow fading in wireless communication system , will result in the abrupt error code and random mistakes. In order to resolve the problems bringed from wireless channel, from primal user’s data to information the wireless electric wave takes, then to recover primal user’s data, there needs a series of transformations and contra-transformations the transferred signals.These to implement transformations contain: Information interleaving and deinterleaving, modulation and channel coding and decoding, equalization and so on. Information source coding and decoding, the necessary protection of When the transmission and reception of Normal Burst is simulated, the thesis uses the coding algorithm according to the GSM05.03. In addition to the newly source coding technology, the thesis also uses error detecting and error correction coding and channel coding to heighten the communication quality. What’s more, it adopts the GMSK modulation, channel equalization and Viterbi encoding to acquire the performance under different SNR. Key words：GSM convolutional-code interleaving GMSK-modulation MLSE-equalization Viterbi-decoding II
    南 京 师 范 大 学 学 士 学 位 论 文 目 录 摘 要.......................................................................................................................................... I Abstract....................................................................................................................................II 目 录..................................................................................................................................... III 第 1 章 GSM 系统概述 ..........................................................................................................1 1.1 GSM 系统的发展史.................................................................................................. 1 1.1.1 GSM 数字移动通信的发展............................................................................ 1 1.1.2 GPRS 的发展...................................................................................................2 1.1.3 向 3G 演进之路............................................................................................... 3 1.2 GSM 系统的特点...................................................................................................... 3 1.3 GSM 系统的业务功能.............................................................................................. 4 1.3.1 承载业务..........................................................................................................4 1.3.2 用户业务..........................................................................................................4 1.3.3 补充业务..........................................................................................................5 1.4 本文内容安排............................................................................................................5 第 2 章 GSM 系统无线接口与无线传输..............................................................................6 2.1 GSM 频段划分.......................................................................................................... 6 2.2 GSM 多址技术.......................................................................................................... 6 2.2.1 频分多址..........................................................................................................7 2.2.2 时分多址..........................................................................................................7 2.2.3 TDMA 帧......................................................................................................... 7 2.2.4 突发脉冲（Burst）......................................................................................... 8 2.3 TDMA 信道............................................................................................................. 10 2.3.1 业务信道........................................................................................................10 2.3.2 控制信道........................................................................................................ 11 2.4 电波传输特点.......................................................................................................... 11 2.4.1 传输损耗........................................................................................................ 11 2.4.2 阴影效应........................................................................................................ 11 2.4.3 多径效应........................................................................................................12 2.4.4 时间调整........................................................................................................12 第 3 章 GSM 系统各模块仿真设计....................................................................................14 3.1 GSM 系统仿真设计流程........................................................................................ 14 3.2 GSM 系统信源模块设计........................................................................................ 15 3.2.1 工作原理和功能设计....................................................................................15 3.2.2 接口描述和模块实现....................................................................................15 3.2.3 性能测试........................................................................................................16 3.3 GSM 系统信道编码模块设计................................................................................ 17 3.3.1 工作原理和功能设计....................................................................................17 3.3.2 接口描述和模块实现....................................................................................17 3.3.3 性能测试........................................................................................................19 III
    南 京 师 范 大 学 学 士 学 位 论 文 3.4 GSM 系统交织、映射设计.................................................................................... 20 3.4.1 工作原理和功能设计....................................................................................20 3.4.2 接口描述和模块实现....................................................................................21 3.4.3 性能测试........................................................................................................23 3.5 GSM 系统调制模块设计........................................................................................ 23 3.5.1 工作原理和功能设计....................................................................................23 3.5.2 接口描述和模块实现....................................................................................24 3.5.3 性能测试........................................................................................................25 3.6 GSM 系统信道仿真设计........................................................................................ 26 3.6.1 工作原理和功能设计....................................................................................26 3.6.2 接口描述和模块实现....................................................................................28 3.6.3 性能测试........................................................................................................30 3.7 GSM 系统 MLSE 均衡器设计................................................................................33 3.7.1 工作原理和功能设计....................................................................................33 3.7.2 接口描述和模块实现....................................................................................35 3.7.3 性能测试........................................................................................................42 3.8 GSM 系统解交织模块设计.................................................................................... 44 3.8.1 工作原理和功能设计....................................................................................44 3.8.2 接口描述和模块实现....................................................................................45 3.8.3 性能测试........................................................................................................47 3.9 GSM 系统 Viterbi 译码模块设计........................................................................... 47 3.9.1 工作原理和功能实现....................................................................................47 3.9.2 接口描述和模块实现....................................................................................50 3.9.3 性能测试........................................................................................................51 第 4 章 GSM 系统仿真设计联调........................................................................................52 4.1 GSM 系统仿真设计结果........................................................................................ 52 4.2 GSM 系统仿真设计分析........................................................................................ 58 第 5 章 总结与深入..............................................................................................................60 5.1 论文工作总结..........................................................................................................60 5.2 进一步的工作..........................................................................................................60 附录 A: 缩略语及专用术语表...............................................................................................61 附录 B: 本文图表索引...........................................................................................................63 参考文献..................................................................................................................................64 谢 辞........................................................................................................................................65 IV
    南 京 师 范 大 学 学 士 学 位 论 文 第 1 章 GSM 系统概述 1.1 GSM 系统的发展史 1.1.1 GSM 数字移动通信的发展 移动通信是达到通信最终目的的有效手段，它在商业市场上所具有的巨大潜力已经 越来越多的被人们所认识，移动通信系统的发展可以追溯到 20 世纪 20 年代,在这个阶段 首先出现的是短波专用移动通信系统。1946 年第一个公用汽车电话系统问世，为现代公 用移动通信系统的发展奠定了基础。20 世纪 70 年代，大规模集成电路和微处理器件的 发展使实现复杂系统成为可能。由于覆盖区域受到发射功率的限制，系统开始改由一个 发射台和多个中继接收站所组成，这种复杂配置扩展了系统的覆盖范围。真正的突破是 蜂窝系统的建立，在蜂窝系统中有若干个收发信机，而且每个收发信机所覆盖的范围有 一部分是重叠的。蜂窝系统的概念如图 1-1 所示。 图 1-1 蜂窝系统概念示意图 随着移动通信的无线传输、信道管理及移动交换等技术的发展成熟，无绳电话、无 线寻呼、陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信等移动通信系统相继发展起来。自 20 世纪 80 年代初以来，蜂窝移动通信从第一代模拟蜂窝移动通信系统发展成第二代的数字蜂窝 移动通信系统。作为欧洲一个数字蜂窝移动通信标准的 GSM 系统于 1991 年正式在欧洲 面世，由于公开的规范标准以及强大的漫游能力，从而获得了空前的发展。据全球移动 通信系统协会统计，到 2006 年初，世界 GSM 用户总数已达 17 亿，漫游超过 206 个国家 和地区。GSM 系统主要提供语音业务和低速数据业务。与第一代移动通信相比，GSM 突 出的特征是保密性好、抗干扰能力强、频谱效率高和容量大，平均频率复用系数达到 7。 蜂窝移动通信自 1987 年在我国开通以来，年增长率始终保持在 200%以上，发展极 其迅速，1999 年移动电话用户人数尚不足 5000 万，截至到 2005 年底，加上小灵通用户， 我国目前的移动用户人数已超过 4 亿，中国也因此成为世界上人数最多的移动通信市场。 1
    南 京 师 范 大 学 学 士 学 位 论 文 1994 年初，数字蜂窝移动通信系统 GSM 在广州开通运营，接着在深圳、上海、北京等 大城市相继开通。1995 年 9 月原邮电部决定在全国范围内迅速扩大 GSM 的建设，不久 很多省市都开通运营了 GSM 系统。目前，我国的数字移动通信正处于大发展时期。 1.1.2 GPRS 的发展 GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有的 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务。在某种意义上，可以认为 GPRS 是 GSM 向 IP 和 X.25 数据网的延伸；反过来，也可以说 GPRS 是互联网在无线应用上的延伸。在 GPRS 上可实现 FTP、Web 浏览器、E-mail 等互联网应用。 GPRS 无线分组数据系统与现有的 GSM 语音系统最根本的区别是，GSM 是一种电 路交换系统，而 GPRS 是一种分组交换系统。分组交换的基本过程是把数据先分成若干 个小的数据包，通过不同的路由，以存储转发的接力方式传送到目的端，在组装成完整 的数据。 在 GSM 无线系统中，无线信道资源非常宝贵，如采用电路交换，每条 GSM 信道 只能提供 9.6kbit/s 或 14.4kbit/s 传输速率。如果多个时隙组合在一起，虽可提供更高速 率，但只能被一个用户独占，在成本效率上显然不可行。而采用分组交换的 GPRS 则可 灵活运用无线信道，让其为多个 GPRS 数据用户所共用，从而极大地提高了无线资源的 利用率。在理论上，GPRS 可以将最多 8 个时隙组合在一起，给用户提供高达 171.2kbit/s 的带宽。同时，与 GSM 不同的是，它可同时供多个用户共享。从无线系统本身的特点 看，GPRS 使 GSM 系统实现无线数据业务的能力产生了质的飞跃，从而提供了便利高 效、低成本的无线分组数据业务。 GPRS 特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于突发的 大数据量传输。而这正是大多数移动互联应用的特点。 根据 ETSI（欧洲电信标准化协会）对 GPRS 发展的建议，GPRS 从实验到投入商用 后，可分为两个发展阶段：第一阶段可以向用户提供电子邮件、因特网浏览等数据业务； 第二阶段是 EDGE（Enhanced Data rates for GSM Evolution）的 GPRS，简称 E-GPRS。 EDGE 是一种有效的提高 GPRS 信道编码效率的高速移动数据标准，它允许高达 384kbit/s 的数据传输速率，可以充分满足未来无线多媒体应用的宽带要求。EDGE 使用 的调制技术和目前 GSM 系统采用的调制技术不同，而与第三代移动通信建议使用的调 制技术相同。EDGE 为 GPRS 发展到 3G/UMTS 的过渡技术。EDGE 方案于 1997 年完成 了可行性研究并被 ETSI 通过，标准化进程分为两个阶段，第一阶段重点放在增强的 GPRS（EGPRS）和增强的电路交换数据业务（ECSD），并在 1999 年形成标准，第二阶 段定义改进的多媒体和实时业务形成 2000 年版标准。EDGE 提供了一个从 GPRS 到 UMTS 的过渡性方案，从而使现有的网络运营商可以最大限度地利用现有的网络设备。 2
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