基于SystemView的GSM系统设计与仿真

李 彤，任 斌，董 绪

（1.辽宁石油化工大学 计算机与通信工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.青海油田企业文化处 甘肃 敦煌 736202）

GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通信系统）是欧洲第二代移动通信标准，是当前应用最为广泛的移动电话标准，是我国移动通信网络的主体，因此，研究GSM系统仍然具有非常重要的意义[1]。随着通信技术的发展，通信和信号处理系统越来越复杂，各种新技术的发展对通信系统的实现产生了重大的影响。通信系统复杂性的增加使得分析与设计所需的时间和费用也迅速上升，为了节约人力、物力、财力和时间，就需要前期进行系统仿真和调试。SystemView仿真软件是研究通信系统的重要工具，利用SystemView软件对设计的GSM系统进行仿真分析，可以加快系统的设计速度，提高工作效率。

1 GSM系统设计

一个实际的GSM系统包括信号源、波形成型、调制、信道传输、射频接收、两次混频和解调器等部分。

1）信号源 系统采用270.883KHz的PN码发生器，该频率是GSM系统信道数据的标准传输速率，信号经过采样后模拟一路GSM基带信号。

2）调制器/发射器 GSM系统采用的调制方式为GMSK（高斯滤波最小频移键控），其归一化带宽BbTb=0.3。调制速率为 1／T=（1 625／6）kb／s，即近似为 270.8 33 kb／s。GMSK 调制是下述两者之间的折中选择：相当高的无线频谱效率（1 b／Hz数量级）和合理的解调复杂性。调制器/发射器频率带宽为935～960 MHz，中波频率为947.5 MHz，用 67.71 kHz搬移947.5 MHz的载波。压控振荡器选用CURATAMQEOO1-902的调制器，功率放大器选择MiniCircuitsTIA-1000-4，为了得到规定的输出能量，采用单级放大器和衰减器。采用低通滤波器来消除功率放大器的失真。

3）信道 信道由两部分组成，一部分是用于减少传输能量的放大器，另一部分是进入接收机的热噪声，接收机采用第一中频频率为71 MHz和第二中频频率为13 MHz组成的双重转化的结构。根据移动通信信道带宽有限、干扰较大以及存在衰落的基本特征，本设计采用130 dB的信道衰减因子，然后加入热噪声模拟高斯信道的特性，并加入频带滤波器模拟带限特性。

4）接收机的射频部分 首先由增益图符完成接收信号的射频放大，然后由固定增益衰减器引入插入损耗后，经射频滤波，完成整个射频接收部分。接收机的射频频率范围从935MHz到960MHz，收发器可有效地起到特定带通滤波器的作用，与其连接的元件是低噪声放大器。

5）中频滤波器 本地振荡器可收到的频率范围从864～889 MHz，可以设定本地振荡器的失真值、截取点和其他参数，得到71 MHz的第一中频频率。第一个中频滤波器采用854252-ISAN滤波器，滤波后最高频率为71 MHz（对应于947.5 MHz），滤波器输出分成10份，得到较低的采样率。滤波器的输出进入一个自动增益控制的参数放大器或混频器。第二个本地振荡器的中频频率为13 MHz，第二个中频频率信号通过一个四级的Bessel磁性滤波器和一个60 dB的自动增益控制的放大器，这一部分的输出相当于CQT2030的输出。

6）解调器 GMSK信号的解调可采用正交相干解调，也可采用鉴相器或差分检测器。当采用同步解调和相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波，这个过程叫做载波提取或载波同步。可采用直接法和插入导频法实现。直接法一般通过LC振荡电路实现。采用CommQuest CQT2030和CQT2010芯片作为调制解调器和最终的语音恢复，对应这个仿真，全部集中在数据的恢复上。为了达到这样的目的，选择一个简单的正交频率调制检测器，直接工作在13 MHz中频信号，它可以比较不同射频组成部分对系统性能的影响[2-4]。延时线使13 MHz的载波信号改变了90°。

2 GSM系统仿真

GSM系统图符的参数设置如表1所示。

表1 GSM系统参数Tab.1 GSM System parameters

系统仿真线路图如图1所示。系统采样点数为262 144，采样频率4 096 MHz。信号源为270.833 kHz的PN码，调制部分由增益图符2首先对基带信号进行放大，然后送入调制器图符进行调制，图符4用于模拟插入损耗，然后经过两次放大和射频滤波之后完成整个调制过程。信道首先是130 dB的信道信号衰减，然后加入热噪声和频带滤波器来模拟整个频带受限的有扰衰减信道。射频接收部分由图符13～15组成，由增益图符13完成接收信号的射频放大，然后由固定增益衰减器引入插入衰耗后经过图符15进行射频滤波，完成系统射频接收功能。图符17和图符21之间的图符为混频部分，用于完成信号频谱向下搬移，然后送入解调器进行解调。其中图符23为LC谐振电路作用是用于载波的提取，其参数设置如图2所示[5-6]。

GSM系统仿真结果如图3和图4所示。从仿真结果上看，输出信号除了在调制解调以及信道传输过程中引入了时延和随机噪声干扰外，输出信号和输入信号的波形基本上一致，可见信号源经过发送端的调制，有扰衰落信道的传输，最后在接收端进行混频和解调后正确恢复了原来信号源的信息，该GSM系统能够正常地工作。仿真结果证明了整个设计系统的正确性。

图2 LC谐振电路Fig.2 Resonant circuit

图3 GSM系统输入信号Fig.3 Input signal to GSM

3 结束语

图4 GSM系统输出信号Fig.4 Output signal from GSM

在理论分析了GSM系统的工作原理的基础上，利用SystemView动态分析工具设计了GSM系统电路，通过波形分析验证所设计电路的合理性。基于SystemView的设计方法避开了复杂的硬件搭建，把通信系统的设计与实现从基于硬件的、面向用途的系统设计方法中解放出来，设计方便、快捷，验证了SystemView软件在仿真领域的优势和作用。利用SystemView软件极大地减轻了工作量，在设计过程中便于更改参数，以达到通信系统仿真设计的最优化。仿真结果证明了GSM系统设计的正确性。

[1]樊昌信.通信原理[M].6版.北京：国防工业出版社，2009.

[2]吕跃广，方胜良，等.通信系统仿真[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]罗卫兵，孙桦，张捷.SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M].西安:西安电子科技大学出版社，2001.

[4]孙屹，戴妍峰.Systemview通信仿真开发手册[M].北京：国防工业出版社，2004.

[5]李东生，雍爱霞，左洪浩，等.SystemView系统设计及仿真入门与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

[6]青松，程岱松，武建华.数字通信系统的SystemView仿真与分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.