一文看懂gmsk調(diào)制工作原理_特點(diǎn)及應(yīng)用

　　什么是gmsk調(diào)制

　　高斯最小頻移鍵控（GaussianFilteredMinimumShiftKeying），這是GSM系統(tǒng)采用的調(diào)制方式。數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)空中接口的重要組成部分。GMSK調(diào)制是在MSK（最小頻移鍵控）調(diào)制器之前插入高斯低通預(yù)調(diào)制濾波器這樣一種調(diào)制方式。GMSK提高了數(shù)字移動(dòng)通信的頻譜利用率和通信質(zhì)量。

　　GMSK調(diào)制技術(shù)是從MSK（MinimumShiftKeying）調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)字調(diào)制方式，其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流送交頻率調(diào)制器前先通過(guò)一個(gè)Gauss濾波器（預(yù)調(diào)制濾波器）進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波，以減小兩個(gè)不同頻率的載波切換時(shí)的跳變能量，使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)頻道間距可以變得更緊密。由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號(hào)在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過(guò)濾，因此GSMK調(diào)制的信號(hào)頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛使用，如廣泛使用的GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移動(dòng)通信體制就是使用GMSK調(diào)制方式。

　　gmsk調(diào)制的原理

　　再進(jìn)行MSK調(diào)制（圖1）。雙極性碼元通過(guò)高斯濾波器產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，所以相鄰脈沖之間有重疊。對(duì)應(yīng)某一碼元，GMSK信號(hào)的頻偏不僅和該碼元有關(guān)，而且和相鄰碼元有關(guān)。也就是說(shuō)在不同的碼流圖案下，相同碼元（比如同為“+1”或“-1”）的頻偏是不同的。

　　相鄰碼元之間的相互影響程度和高斯濾波器的參數(shù)有關(guān)，也就是說(shuō)和高斯濾波器的3dB帶寬B有關(guān)。BT值越小，GMSK信號(hào)功率頻譜密度的高額分量衰減越快。主瓣越小，信號(hào)所占用的頻帶越窄，帶外能量的輻射越小，鄰道干擾也越小。

圖一

　　GMSK調(diào)制方式的工作原理及特點(diǎn)

　　調(diào)制前高斯濾波的最小頻移鍵控簡(jiǎn)稱GMSK，基本的工作原理是將基帶信號(hào)先經(jīng)過(guò)高斯濾波器成形，再進(jìn)行最小頻移鍵控（MSK）調(diào)制（圖1）。由于成形后的高斯脈沖包絡(luò)無(wú)陡峭邊沿，亦無(wú)拐點(diǎn)，因此頻譜特性優(yōu)于MSK信號(hào)的頻譜特性。

　　高斯濾波器的頻率傳輸函數(shù)為

　　式中是與濾波器3dB帶寬B有關(guān)的一個(gè)系數(shù)，其沖激響應(yīng)為：

　　假設(shè)輸入數(shù)據(jù)流為二進(jìn)制非歸零信號(hào)，傳輸速率為，為碼元寬度，其數(shù)學(xué)表示式為

　　式中：

　　或-1，其概率分別為。GMSK是角度調(diào)制信號(hào)，已調(diào)信號(hào)寫作：

　　式中：表示和的卷積。GMSK信號(hào)的瞬時(shí)頻率為：為調(diào)制靈敏度，由下式?jīng)Q定：實(shí)際上（8）式是使調(diào)制指數(shù)為的最大頻偏與傳信速率的約束關(guān)系。

　　雙極性碼元通過(guò)高斯濾波器產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，所以相鄰脈沖之間有重迭。由（6）式和（7）式知，對(duì)應(yīng)某一碼元，GMSK信號(hào)的頻偏不僅和該碼元有關(guān)，而且和相鄰碼元有關(guān)。也就是說(shuō)在不同的碼流圖案下，相同碼元（比如同為“+1”或“-1”）的頻偏是不同的。

　　相鄰碼元之間的相互影響程度和高斯濾波器的參數(shù)有關(guān)，也就是說(shuō)和高斯濾波器的3dB帶寬B有關(guān)。通常將高斯濾波器的3dB帶寬B和輸入碼元寬度T的乘積BT值作為設(shè)計(jì)高斯濾波器的一個(gè)主要參數(shù)。BT值越小，相鄰碼元之間的相互影響越大。理論分析和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明。BT值越小，GMSK信號(hào)功率頻譜密度的高額分量衰減越快。主瓣越小，信號(hào)所占用的頻帶越窄，帶外能量的輻射越小，鄰道干擾也越小。

　　GMSK調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)

　　GMSK調(diào)制具有較好的功率頻譜特性與誤碼性能，最大優(yōu)點(diǎn)就是帶外輻射小，較適用于工作在VHF和UHF頻段的移動(dòng)通信系統(tǒng)，因此，GMSK調(diào)制在通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如GSM手機(jī)通信系統(tǒng)與AIS系統(tǒng)就采用這種通信調(diào)制方式。目前，GMSK調(diào)制主要有鎖相環(huán)與正交調(diào)制兩種實(shí)現(xiàn)方式，其中前者在早前得到很大應(yīng)用，但隨著軟件無(wú)線電的提出，正交調(diào)制實(shí)現(xiàn)方式逐漸得到廣泛的研究與應(yīng)用。

　　GMSK的應(yīng)用

　　GMSK信號(hào)具有很好的頻譜和功率特性，特別適用于功率受限和信道存在非線性、衰落以及多普勒頻移的移動(dòng)突發(fā)通信系統(tǒng)。 為了適應(yīng)無(wú)線信道的特性，由該調(diào)制方式所產(chǎn)生的已調(diào)波應(yīng)具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：第一，包絡(luò)恒定或包絡(luò)起伏很小。第二，具有最小功率譜占用率。高斯最小頻移鍵控（GMSK）調(diào)制方式正好具有上述特性。GMSK調(diào)制使在給定的帶寬和射頻信道條件下數(shù)據(jù)吞吐量最大。GMSK是當(dāng)前現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。采用高斯濾波器作調(diào)制前基帶濾波器，將基帶信號(hào)成型為高斯脈沖，再進(jìn)行MSK調(diào)制，這種調(diào)制方式稱為GMSK。由于成形后的高斯脈沖包絡(luò)無(wú)陡峭邊沿，亦無(wú)拐點(diǎn)，經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)波在MSK的基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到平滑其相位路徑。因此它的頻譜特性優(yōu)于MSK，但誤比特率性能不如MSK。

　　Mobitex網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制解調(diào)器：CMX909B芯片的典型應(yīng)用是Mobitex網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。它是半雙工的BT=0.3的GMSK調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)泵，芯片集成了分組數(shù)據(jù)處理的功能。GMSK調(diào)制在給定的帶寬和射頻信道條件下數(shù)據(jù)吞吐量最大。集成的分組數(shù)據(jù)處理能力接收主控制器的一些有規(guī)律的處理任務(wù)，包括保持比特同步、幀同步、塊的編排、循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）和前向糾錯(cuò)編碼（FEC）錯(cuò)誤處理、數(shù)據(jù)交織、擾頻輸出等。解調(diào)器采用反饋平衡技術(shù)減小信道失真（畸變），同時(shí)增強(qiáng)接收機(jī)在沒(méi)有最大似然估計(jì)方法的計(jì)算前提下的接收性能。

　　GMSK調(diào)制/解調(diào)；芯片內(nèi)集成分組檢測(cè)功能；接收/發(fā)送速率可達(dá)38.4kbps；并行uc（主處理器）接口；數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)短、無(wú)填充；低的驅(qū)動(dòng)電壓（3/5伏）操作；與Mobitex兼容（包括R14N短幀）；操作靈活和節(jié)能模式。

　　BT值越小，相鄰碼元之間的相互影響越大。理論分析和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明 。