现代数字调制技术——GMSK.doc

现代数字调制技术之DMSK一、技术背景 GMSK（GaussianFilteredMinimumShiftKeying）即高斯滤波最小频移键控，其是在MSK调制技术的基础上经过改进得到的。MSK信号具有包络恒定、带外功率谱密度下降快等优点，但其在某些特定的场合时则表现出较明显的不足。如在移动通信中对信号所占带宽和带外衰减速度的要求很高，若使用MSK信号则会产生邻道干扰的情况。而目前移动通信的使用非常普遍，如GSM(Global System for Mobile communications)在全球被广泛使用，其采用的调制方式就是GMSK。二、调制原理GMSK调制的原理用一句话总结就是：在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器的一种调制方式。因此在说明GMSK原理之前，要先说一下MSK的调制原理。1、MSK调制原理MSK是2FSK的改进，它是二进制连续相位频移键控的一种特殊情况，它具有正交信号的最小频差，在相邻符号交界处相位保持连续。在一个码元时间Tb内，这类连续相位FSK（CPFSK）可表示为（1） 当为时间的连续函数时，已调波相位在所有时间上是连续的。若传0码时载频为，传1码时载频为，它们相对于未调载波的偏移为，上式又可写为（2） 其中（3）（4） 比较式（1）和式（2）可以看出，在一个码元时间内，相角（5）式中，为初相角，取决于过去码元调制的结果，它的选择要防止相位的任何不连续性。对于FSK信号，当（为整数）时，就认为它是正交的。为了提高频带利用率，要小，当1时，达最小值，有（6）或者（7）称为调制指数。由式（7）得，频偏（8）频差 （9） 它等于码元速率l/Tb之半，这是正交信号的最小频差。CPFSK的这种特殊选择称为最小频移键控（MSK）。由式（6）得 （10）将其代人式（5），得 （11）为了方便，假定=0，则式（11）变为（12）图 1若还假定“”号对应于l码，“”号对应于0码，将t=Tb代人式（11），该式可写为（12）当t0时，在几个连续码元时间内，由式（12）可得出图1所示的变化曲线。图1中正斜率直线表示传1码时的相位轨迹，负斜率直线表示传0码时的相位轨迹。这种由可能的相位轨迹构成的图形称为相位网格图。在每一码元时间内，相对于前一码元载波相位不是增加/2，就是减少/2。在Tb的奇数倍时刻相位取/2的奇数倍，在Tb的偶数倍时刻相位取/2的偶数倍。因此，MSK波形的相位在每一码元结束时必定为/2的整数倍。图 2 MSK信号的产生方框图MSK，GMSK等信号的功率谱密度2、GMSK调制原理GMSK的基本原理是让基带信号先经过高斯滤波器滤波，使基带信号形成高斯脉冲，之后进行MSK调制。由于滤波形成的高斯脉冲包络无陡峭的边沿，亦无拐点，所以经调制后的已调波相位路径在MSK的基础上进一步得到平滑，相位轨迹如图3所示。由图可以看出，它把MSK信号的相位路径的尖角平滑掉了，因此频谱特性优于MSK和SFSK。GMSK已确定为欧洲新一代移动通信的标准调制方式。图4 GMSK信号的产生图3 GMSK信号相位轨迹GMSK信号的产生原理如图4所示。图中低通滤波器为高斯滤波器，输出直接对VCO调频以保持已调波包络的恒定和相位的连续。但该方法要保持VCO中心频率稳定存在一定困难。实际中克服上述缺点的办法是采用锁相环路（PLL）调制器，如图5所示。它由/2相移BPSK调制器之后接一个PLL构成。其中/2BPSK的作用是保证每个码元的相位均变化/2，而PLL对BPSK的相位突变进行平滑，使得在码元转换点相位连续，没有尖角。图5 采用PLL的GMSK信号产生三、现实应用l979年由日本国际电报电话公司提出的GMSK调制方式。有好的功率频谱特性，较优的误码性能，特别是带外辐射小，很适用于工作在VHF和UHF频段的移动通信系统，越来越引起人们的关注。GMSK调制方式的理论研究已较成熟，实际应用却还不多，主要是由于高斯滤波器的设计和制作在工程上还有一定的困难。 调制前高斯滤波的最小频移键控简称GMSK，基本的工作原理是将基带信号先经过高斯滤波器成形，再进行最小频移键控（MSK）调制。由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性。通常将高斯滤波器的3dB带宽B和输入码元宽度T的乘积BT值作为设计高斯滤波器的一个主要参数。BT值越小，GMSK信号功率频谱密度的高频分量衰减越快。图 6 频率响应总而言之，GMSK调制是在数据流送交频率调制器前先通过一个高斯滤波器（预调制滤波器）进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的