基于SystemView的GSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

李 彤，任 斌，董 緒

（1.遼寧石油化工大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.青海油田企業(yè)文化處 甘肅 敦煌 736202）

GSM（Global System of Mobile communication，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）是歐洲第二代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)，是我國移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的主體，因此，研究GSM系統(tǒng)仍然具有非常重要的意義[1]。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信和信號(hào)處理系統(tǒng)越來越復(fù)雜，各種新技術(shù)的發(fā)展對(duì)通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了重大的影響。通信系統(tǒng)復(fù)雜性的增加使得分析與設(shè)計(jì)所需的時(shí)間和費(fèi)用也迅速上升，為了節(jié)約人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，就需要前期進(jìn)行系統(tǒng)仿真和調(diào)試。SystemView仿真軟件是研究通信系統(tǒng)的重要工具，利用SystemView軟件對(duì)設(shè)計(jì)的GSM系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，可以加快系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度，提高工作效率。

1 GSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一個(gè)實(shí)際的GSM系統(tǒng)包括信號(hào)源、波形成型、調(diào)制、信道傳輸、射頻接收、兩次混頻和解調(diào)器等部分。

1）信號(hào)源 系統(tǒng)采用270.883KHz的PN碼發(fā)生器，該頻率是GSM系統(tǒng)信道數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率，信號(hào)經(jīng)過采樣后模擬一路GSM基帶信號(hào)。

2）調(diào)制器/發(fā)射器 GSM系統(tǒng)采用的調(diào)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(diào)制速率為 1／T=（1 625／6）kb／s，即近似為 270.8 33 kb／s。GMSK 調(diào)制是下述兩者之間的折中選擇：相當(dāng)高的無線頻譜效率（1 b／Hz數(shù)量級(jí)）和合理的解調(diào)復(fù)雜性。調(diào)制器/發(fā)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(diào)制器，功率放大器選擇MiniCircuitsTIA-1000-4，為了得到規(guī)定的輸出能量，采用單級(jí)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(jìn)入接收機(jī)的熱噪聲，接收機(jī)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(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)。根據(jù)移動(dòng)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(shè)計(jì)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(jī)的射頻部分 首先由增益圖符完成接收信號(hào)的射頻放大，然后由固定增益衰減器引入插入損耗后，經(jīng)射頻濾波，完成整個(gè)射頻接收部分。接收機(jī)的射頻頻率范圍從935MHz到960MHz，收發(fā)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(shè)定本地振蕩器的失真值、截取點(diǎn)和其他參數(shù)，得到71 MHz的第一中頻頻率。第一個(gè)中頻濾波器采用854252-ISAN濾波器，濾波后最高頻率為71 MHz（對(duì)應(yīng)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(jìn)入一個(gè)自動(dòng)增益控制的參數(shù)放大器或混頻器。第二個(gè)本地振蕩器的中頻頻率為13 MHz，第二個(gè)中頻頻率信號(hào)通過一個(gè)四級(jí)的Bessel磁性濾波器和一個(gè)60 dB的自動(dòng)增益控制的放大器，這一部分的輸出相當(dāng)于CQT2030的輸出。

6）解調(diào)器 GMSK信號(hào)的解調(diào)可采用正交相干解調(diào)，也可采用鑒相器或差分檢測器。當(dāng)采用同步解調(diào)和相干檢測時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波，這個(gè)過程叫做載波提取或載波同步。可采用直接法和插入導(dǎo)頻法實(shí)現(xiàn)。直接法一般通過LC振蕩電路實(shí)現(xiàn)。采用CommQuest CQT2030和CQT2010芯片作為調(diào)制解調(diào)器和最終的語音恢復(fù)，對(duì)應(yīng)這個(gè)仿真，全部集中在數(shù)據(jù)的恢復(fù)上。為了達(dá)到這樣的目的，選擇一個(gè)簡單的正交頻率調(diào)制檢測器，直接工作在13 MHz中頻信號(hào)，它可以比較不同射頻組成部分對(duì)系統(tǒng)性能的影響[2-4]。延時(shí)線使13 MHz的載波信號(hào)改變了90°。

2 GSM系統(tǒng)仿真

GSM系統(tǒng)圖符的參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 GSM系統(tǒng)參數(shù)Tab.1 GSM System parameters

系統(tǒng)仿真線路圖如圖1所示。系統(tǒng)采樣點(diǎn)數(shù)為262 144，采樣頻率4 096 MHz。信號(hào)源為270.833 kHz的PN碼，調(diào)制部分由增益圖符2首先對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行放大，然后送入調(diào)制器圖符進(jìn)行調(diào)制，圖符4用于模擬插入損耗，然后經(jīng)過兩次放大和射頻濾波之后完成整個(gè)調(diào)制過程。信道首先是130 dB的信道信號(hào)衰減，然后加入熱噪聲和頻帶濾波器來模擬整個(gè)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(hào)的射頻放大，然后由固定增益衰減器引入插入衰耗后經(jīng)過圖符15進(jìn)行射頻濾波，完成系統(tǒng)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(hào)頻譜向下搬移，然后送入解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)。其中圖符23為LC諧振電路作用是用于載波的提取，其參數(shù)設(shè)置如圖2所示[5-6]。

GSM系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。從仿真結(jié)果上看，輸出信號(hào)除了在調(diào)制解調(diào)以及信道傳輸過程中引入了時(shí)延和隨機(jī)噪聲干擾外，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的波形基本上一致，可見信號(hào)源經(jīng)過發(fā)送端的調(diào)制，有擾衰落信道的傳輸，最后在接收端進(jìn)行混頻和解調(diào)后正確恢復(fù)了原來信號(hào)源的信息，該GSM系統(tǒng)能夠正常地工作。仿真結(jié)果證明了整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正確性。

圖2 LC諧振電路Fig.2 Resonant circuit

圖3 GSM系統(tǒng)輸入信號(hào)Fig.3 Input signal to GSM

3 結(jié)束語

圖4 GSM系統(tǒng)輸出信號(hào)Fig.4 Output signal from GSM

在理論分析了GSM系統(tǒng)的工作原理的基礎(chǔ)上，利用SystemView動(dòng)態(tài)分析工具設(shè)計(jì)了GSM系統(tǒng)電路，通過波形分析驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的合理性?；赟ystemView的設(shè)計(jì)方法避開了復(fù)雜的硬件搭建，把通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)從基于硬件的、面向用途的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中解放出來，設(shè)計(jì)方便、快捷，驗(yàn)證了SystemView軟件在仿真領(lǐng)域的優(yōu)勢和作用。利用SystemView軟件極大地減輕了工作量，在設(shè)計(jì)過程中便于更改參數(shù)，以達(dá)到通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。仿真結(jié)果證明了GSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。

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