GMSK

GMSK

高斯濾波最小頻移鍵控(GaussianFilteredMinimumShiftKeying),這是GSM系統採用的調製方式。數字調製解調技術是數字峰窩移動通信系統空中介面的重要組成部分。GMSK調製是在MSK(最小頻移鍵控)調製器之前插入高斯低通預調製濾波器這樣一種調製方式。GMSK提高了數字移動通信的頻譜利用率和通信質量。

簡介


GMSK
GMSK
GMSK,高斯最小頻移鍵控,是GSM系統採用的信號調製方法,於70年代由日本人發明。大致方法是先對信號進行高斯處理,即用信號頻率的上下波動代表0和1,然後使用最小頻移鍵控器對高斯信號進行處理,使信號的波形最大程度上接近方波
GSM使用一種稱作0.3GMSK(高斯最小頻移鍵控)的數字調製方式。0.3表示高斯濾波器帶寬與比特率之比。
GMSK是一種特殊的數字FM調製方式。給RF載波頻率加上或者減去67.708KHz表示1和0。使用兩個頻率表示1和0的調製技術記作FSK(頻移鍵控)。在GSM中,數據速率選為270.833kbit/sec,正好是RF頻率偏移的4倍,這樣作可以把調製頻譜降到最低並提高通道效率。比特率正好是頻率偏移4倍的FSK調製稱作MSK(最小頻移鍵控)。在GSM中,使用高斯預調製濾波器進一步減小調製頻譜。它可以降低頻率轉換速度,否則快速的頻率轉換將導致向相鄰通道輻射能量。
GMSK
GMSK
0.3GMSK不是相位調製(也就是說不是像QPSK那樣由絕對相位狀態攜帶信息)。它是由頻率的偏移,或者說是相位的變化攜帶信息。GMSK可以通過I/Q表示。如果沒有高斯濾波器,當傳送一連串恆定的1時,MSK信號將保持在高於載波中心頻率67.708KHz的狀態。如果將載波中心頻率作為固定相位基準,67.708KHz的信號將導致相位的穩步增加。相位將以每秒67,708次的速率進行360度旋轉。在一個比特周期內(1/270.833KHz),相位將在I/Q中移動四分之一圓周、即90度的位置。數據1可以看作相位增加90度。兩個1使相位增加180度,三個1是270度,依此類推。數據0表示在相反方向上相同的相位變化。
實際的相位軌跡是被嚴格地控制的。GSM無線系統需要使用數字濾波器和I/Q或數字FM調製器精確地生成正確的相位軌跡。GSM規範允許實際軌跡與理想軌跡之間存在均方根(rms)值不超過5度、峰值不超過20度的偏差。

歷史


GMSK
GMSK
l979年由日本國際電報電話公司提出的GMSK調製方式.有較好的功率頻譜特性,較憂的誤碼性能,特別是帶外輻射小,很適用於工作在VHF和UHF頻段的移動通信系統,越來越引起人們的關注。GMSK調製方式的理論研究已較成熟.實際應用卻還不多,主要是由於高斯濾波器的設計和製作在工程上還有一定的困難。
調製前高斯濾波的最小頻移鍵控簡稱GMSK,基本的工作原理是將基帶信號先經過高斯濾波器成形,再進行最小頻移鍵控(MSK)調製。由於成形后的高斯脈衝包絡無陡峭邊沿,亦無拐點,因此頻譜特性優於MSK信號的頻譜特性。

原理


GMSK
GMSK
調製前高斯濾波的最小頻移鍵控簡稱GMSK,基本的工作原理是將基帶信號先經過高斯濾波器成形,再進行最小頻移鍵控(MSK)調製(圖1)。由於成形后的高斯脈衝包絡無陡峭邊沿,亦無拐點,因此頻譜特性優於MSK信號的頻譜特性。
雙極性碼元通過高斯濾波器產生拖尾現象,所以相鄰脈衝之間有重迭。對應某一碼元,GMSK信號的頻偏不僅和該碼元有關,而且和相鄰碼元有關。也就是說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有關,也就是說和高斯濾波器的3dB帶寬B有關。

調製與解調


GMSK
GMSK
FX489是CML公司一種用於GMSK調製解調的晶元,內部包括一個高斯濾波器,整形電路及其它附屬電路。高斯濾波器的BT值為0.3或0.5兩檔可供選擇。傳輸速率為4bps~19.2kbps,能提供發送時鐘和接收時鐘。圖2是FX489的功能示意。
利用FX489實現GMSK信號的調製解調碼元傳輸速率是由FX489外接晶體震蕩器的內部分頻係數(腳3和4的邏輯電平)決定。高斯濾波器BT值的選擇由FX489的腳15決定。

應用


GMSK
GMSK
GMSK信號具有很好的頻譜和功率特性,特別適用於功率受限和通道存在非線性、衰落以及多普勒頻移的移動突發通信系統。
為了適應無線通道的特性,由該調製方式所產生的已調波應具有以下兩個特點:第一,包絡恆定或包絡起伏很小。第二,具有最小功率譜佔用率。高斯最小頻移鍵控(GMSK)調製方式正好具有上述特性。GMSK調製使在給定的帶寬和射頻通道條件下數據吞吐量最大。GMSK是當前現代數字調製技術領域研究的一個熱點。
採用高斯濾波器作調製前基帶濾波器,將基帶信號成型為高斯脈衝,再進行MSK調製,這種調製方式稱為GMSK。由於成形后的高斯脈衝包絡無陡峭邊沿,亦無拐點,經調製后的已調波在MSK的基礎上進一步得到平滑其相位路徑。因此它的頻譜特性優於MSK,但誤比特率性能不如MSK。
Mobitex網路的數據機:CMX909B晶元的典型應用是Mobitex網路的數據機(MODEM)。它是半雙工的BT=0.3的GMSK數據機的數據泵,晶元集成了分組數據處理的功能。GMSK調製在給定的帶寬和射頻通道條件下數據吞吐量最大。集成的分組數據處理能力接收主控制器的一些有規律的處理任務,包括保持比特同步、幀同步、塊的編排、循環冗餘檢驗(CRC)和前向糾錯編碼(FEC)錯誤處理、數據交織、擾頻輸出等。解調器採用反饋平衡技術減小通道失真(畸變),同時增強接收機在沒有最大似然估計方法的計算前提下的接收性能。
GMSK調製/解調;晶元內集成分組檢測功能;接收/發送速率可達38.4kbps;并行uc(主處理器)介面;數據包幀結構短、無填充;低的驅動電壓(3/5伏)操作;與Mobitex兼容(包括R14N短幀);操作靈活和節能模式。
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值作為設計高斯濾波器的一個主要參數。BT值越小,相鄰碼元之間的相互影響越大。理論分析和計算機模擬結果表明。BT值越小,GMSK信號功率頻譜密度的高額分量衰減越快。主瓣越小,信號所佔用的頻帶越窄,帶外能量的輻射越小,鄰道干擾也越小。

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