基于SystemView的GSM系統設計與仿真

李 彤，任 斌，董 緒

（1.遼寧石油化工大學 計算機與通信工程學院，遼寧 撫順 113001；2.青海油田企業文化處 甘肅 敦煌 736202）

GSM（Global System of Mobile communication，全球移動通信系統）是歐洲第二代移動通信標準，是當前應用最為廣泛的移動電話標準，是我國移動通信網絡的主體，因此，研究GSM系統仍然具有非常重要的意義[1]。隨著通信技術的發展，通信和信號處理系統越來越復雜，各種新技術的發展對通信系統的實現產生了重大的影響。通信系統復雜性的增加使得分析與設計所需的時間和費用也迅速上升，為了節約人力、物力、財力和時間，就需要前期進行系統仿真和調試。SystemView仿真軟件是研究通信系統的重要工具，利用SystemView軟件對設計的GSM系統進行仿真分析，可以加快系統的設計速度，提高工作效率。

1 GSM系統設計

一個實際的GSM系統包括信號源、波形成型、調制、信道傳輸、射頻接收、兩次混頻和解調器等部分。

1）信號源 系統采用270.883KHz的PN碼發生器，該頻率是GSM系統信道數據的標準傳輸速率，信號經過采樣后模擬一路GSM基帶信號。

2）調制器/發射器 GSM系統采用的調制方式為GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控），其歸一化帶寬BbTb=0.3。調制速率為 1／T=（1 625／6）kb／s，即近似為 270.8 33 kb／s。GMSK 調制是下述兩者之間的折中選擇：相當高的無線頻譜效率（1 b／Hz數量級）和合理的解調復雜性。調制器/發射器頻率帶寬為935～960 MHz，中波頻率為947.5 MHz，用 67.71 kHz搬移947.5 MHz的載波。壓控振蕩器選用CURATAMQEOO1-902的調制器，功率放大器選擇MiniCircuitsTIA-1000-4，為了得到規定的輸出能量，采用單級放大器和衰減器。采用低通濾波器來消除功率放大器的失真。

3）信道 信道由兩部分組成，一部分是用于減少傳輸能量的放大器，另一部分是進入接收機的熱噪聲，接收機采用第一中頻頻率為71 MHz和第二中頻頻率為13 MHz組成的雙重轉化的結構。根據移動通信信道帶寬有限、干擾較大以及存在衰落的基本特征，本設計采用130 dB的信道衰減因子，然后加入熱噪聲模擬高斯信道的特性，并加入頻帶濾波器模擬帶限特性。

4）接收機的射頻部分 首先由增益圖符完成接收信號的射頻放大，然后由固定增益衰減器引入插入損耗后，經射頻濾波，完成整個射頻接收部分。接收機的射頻頻率范圍從935MHz到960MHz，收發器可有效地起到特定帶通濾波器的作用，與其連接的元件是低噪聲放大器。

5）中頻濾波器 本地振蕩器可收到的頻率范圍從864～889 MHz，可以設定本地振蕩器的失真值、截取點和其他參數，得到71 MHz的第一中頻頻率。第一個中頻濾波器采用854252-ISAN濾波器，濾波后最高頻率為71 MHz（對應于947.5 MHz），濾波器輸出分成10份，得到較低的采樣率。濾波器的輸出進入一個自動增益控制的參數放大器或混頻器。第二個本地振蕩器的中頻頻率為13 MHz，第二個中頻頻率信號通過一個四級的Bessel磁性濾波器和一個60 dB的自動增益控制的放大器，這一部分的輸出相當于CQT2030的輸出。

6）解調器 GMSK信號的解調可采用正交相干解調，也可采用鑒相器或差分檢測器。當采用同步解調和相干檢測時，接收端需要提供一個與發射端調制載波同頻同相的相干載波，這個過程叫做載波提取或載波同步。可采用直接法和插入導頻法實現。直接法一般通過LC振蕩電路實現。采用CommQuest CQT2030和CQT2010芯片作為調制解調器和最終的語音恢復，對應這個仿真，全部集中在數據的恢復上。為了達到這樣的目的，選擇一個簡單的正交頻率調制檢測器，直接工作在13 MHz中頻信號，它可以比較不同射頻組成部分對系統性能的影響[2-4]。延時線使13 MHz的載波信號改變了90°。

2 GSM系統仿真

GSM系統圖符的參數設置如表1所示。

表1 GSM系統參數Tab.1 GSM System parameters

系統仿真線路圖如圖1所示。系統采樣點數為262 144，采樣頻率4 096 MHz。信號源為270.833 kHz的PN碼，調制部分由增益圖符2首先對基帶信號進行放大，然后送入調制器圖符進行調制，圖符4用于模擬插入損耗，然后經過兩次放大和射頻濾波之后完成整個調制過程。信道首先是130 dB的信道信號衰減，然后加入熱噪聲和頻帶濾波器來模擬整個頻帶受限的有擾衰減信道。射頻接收部分由圖符13～15組成，由增益圖符13完成接收信號的射頻放大，然后由固定增益衰減器引入插入衰耗后經過圖符15進行射頻濾波，完成系統射頻接收功能。圖符17和圖符21之間的圖符為混頻部分，用于完成信號頻譜向下搬移，然后送入解調器進行解調。其中圖符23為LC諧振電路作用是用于載波的提取，其參數設置如圖2所示[5-6]。

GSM系統仿真結果如圖3和圖4所示。從仿真結果上看，輸出信號除了在調制解調以及信道傳輸過程中引入了時延和隨機噪聲干擾外，輸出信號和輸入信號的波形基本上一致，可見信號源經過發送端的調制，有擾衰落信道的傳輸，最后在接收端進行混頻和解調后正確恢復了原來信號源的信息，該GSM系統能夠正常地工作。仿真結果證明了整個設計系統的正確性。

圖2 LC諧振電路Fig.2 Resonant circuit

圖3 GSM系統輸入信號Fig.3 Input signal to GSM

3 結束語

圖4 GSM系統輸出信號Fig.4 Output signal from GSM

在理論分析了GSM系統的工作原理的基礎上，利用SystemView動態分析工具設計了GSM系統電路，通過波形分析驗證所設計電路的合理性。基于SystemView的設計方法避開了復雜的硬件搭建，把通信系統的設計與實現從基于硬件的、面向用途的系統設計方法中解放出來，設計方便、快捷，驗證了SystemView軟件在仿真領域的優勢和作用。利用SystemView軟件極大地減輕了工作量，在設計過程中便于更改參數，以達到通信系統仿真設計的最優化。仿真結果證明了GSM系統設計的正確性。

[1]樊昌信.通信原理[M].6版.北京：國防工業出版社，2009.

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