高斯滤波最小频移键控

关于GSM 的调制方式：GSM使用一种称作0.3GMSK的数字调制方式。

0.3表示高斯滤波器带宽与比特率之比。

GMSK调制方式的工作原理及特点GMSK--又称高斯滤波最小移频键控法。

是使用高斯滤波器的连续相位移频键控，它具有比等效的未经滤波的连续相位移频键控信号更窄的频谱。

在GSM系统中，为了满足移动通信对邻信道干扰的严格要求，采用高斯滤波最小移频键调制方式（GMS）K ，该调制方式的调制速率为270833Kbit/sec ，每个时分多址TDMA帧占用一个时隙来发送脉冲簇，其脉冲簇的速率为33. 86Kbs。

它使调制后的频谱主瓣窄、旁瓣衰落快，从而满足GSM系统要求，节省频率资源。

GMSK是一种特殊的数字FM调制方式。

给RF载波频率加上或者减去67.708KHZ表示1和0。

使用两个频率表示1和0的调制技术记作FSK （频移键控）。

在GSM中，数据速率选为270.833kbit/sec ，正好是RF频率偏移的4倍，这样作可以把调制频谱降到最低并提高信道效率。

比特率正好是频率偏移4倍的FSK调制称作MSK（最小频移键控）。

在GSM中，使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱。

它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量。

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（Minimun Shift Keying ，简称MSK。

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。

GPRS中同样包含GMS啲调制方式关于EDGE勺调制方式：8PSK调制方式的工作原理及特点相对于GPRS技术的单一调制方式GMS（高斯最小频移键控），E-GPRS技术支持两种调制方式：GMSK和8PSK（ 8相相移键控）。

GMSJ在每一个符号（symbol ）调制一个比特，而8PSK在每8PSK符号速率和Burst长度与一个符号（symbol ）上调制了三个比特，提高了数据传输速率GSM一致，保证了空中接口的一致性。

GFSK1调制定义GFSK - 高斯频移键控高斯频移键控GFSK - Gauss frequency Shift Keying ，是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度。

2调制原理GFSK 高斯频移键控调制是把输入数据经高斯低通滤波器预调制滤波后，再进行FSK 调制的数字调制方式。

它在保持恒定幅度的同时,能够通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽对已调信号的频谱进行控制，具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等无线通信系统所希望的特性。

因此,GFSK调制解调技术被广泛地应用在移动通信、航空与航海通信等诸多领域中。

3实现方式GFSK调制可以分为直接调制和正交调制2种方式。

直接调制直接调制是将数字信号经过高斯低通滤波后，直接对射频载波进行模拟调频。

当调频器的调制指数等于0.5,它就是熟知的GMSK(高斯最小频移键控)调制，因此GMSK调制可以看成是GFSK调制的一个特例。

而在有的文献中,称具有不同BT积和调制指数的GFSK 调制方式为GMSK/FM,这实际上是注意到了当调制指数不等于0.5时，该方式不能称为GMSK这一事实。

直接调制法虽然简单,但由于通常调制信号都是加在PLL频率合成器的VCO上，其固有的环路高通特性将导致调制信号的低频分量受到损失。

因此,为了得到较为理想的GFSK 调制特性，提出了一种称为两点调制的直接调频技术。

在这种技术中,调制信号被分成2部分，一部分按常规的调频法加在PLL的VCO端,另一部分则加在PLL的主分频器一端。

由于主分频器不在控制反馈环内，它能够被信号的低频分量所调制。

这样,所产生的复合GFSK 信号具有可以扩展到直流的频谱特性，且调制灵敏度基本上为一常量,不受环路带宽的影响。

但是，两点调制增加了GFSK调制指数控制的难度。

正交调制正交调制则是一种间接调制的方法。

该方法将数字信号进行高斯低通滤波并作适当的相位积分运算后,分成同相和正交两部分，分别对载波的同相和正交分量相乘,再合成GFSK 信号。

长沙理工大学实习报告本物理与电子科学学院(系)实习名称基于MATLAB的高斯最小频移键控调制研究目录1 实验任务 (1)2 实验目的 (1)3 实验内容 (1)4 实验过程 (1)4.1 引言 (1)4.2 PLL型调制GMSK原理 (2)4.3 正交调制GMSK原理 (3)4.4 GMSK的信号调制仿真 (4)5 实验总结 (5)附录 (7)1 实习任务查阅资料，了解高斯最小频移键控调制过程。

掌握调制技术基本原理，利用MATLAB中的simulink和m文件实现高斯最小频移键控调制仿真，分析实现方法的调制结果。

2 实习目的GMSK调制技术是从MSK（Minimum Shift Keying）调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss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，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。

研究的是GMSK信号的调制技术，分别从仿真模块和原理模块进行学习并验证。

3 实习内容了解GMSK的调制的研究背景、研究意义、国内外研究现状以及相关技术的基本原理。

理解GMSK的调制原理图和相关调制原理公式，基本掌握公式推导过程。

完成GMSK的调制系统的总体方案设计，能基于MATLAB平台设计GMSK的信号发生模块、调制解调模块等模块。

观察每个模块的输入、输出信号特性，根据修改的m文件观测各模块输入、输出特性的差异。

4 实习过程4.1 引言GMSK的功率谱特性和较好的抗干扰性能，特别适用于无线通信和卫星通信，特别是它的带外辐射小，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并获得了广泛的应用。

其中包括：欧洲通信标准化委员会(ETSI)制定的GSM技术规范研制而成的全球通(GSM)数字蜂窝移动系统；由欧洲邮政与电信协会(CEPT)制定的作为欧洲通信标准ETS1300—175的无绳通信标准(DECT)；英国和香港，基于无绳电话(CordlessPhones)和电信点(Telepoint)系统的通信标准，CT-2和CT-3系统；基于爱立信公司提出的Mobitex协议的，Mobitex系统(欧洲)和RAM移动数据系统(美国)；建立在北美高级移动电话系统(AMPS)上实现无线数据业务的蜂窝数字分组数据(CDPD)系统；第三代个人通信系统(PCs)中，美国的基于GSM标准的PCS1900;以及欧洲的由ETIS开发和制定的个人通信网(PCN)标准DCSI800；作为欧洲无线局域网(WLAN)标准的HiperLAN/1以及如今讨论的很多的作为无线个人网络(WPAN)标准的蓝牙(Bluetooth)系统；专用系统中有根据国际民肮组织(ICAO)制定的卫星通信、导航、搜索/空中交通管理}CNS/ATM)系统等，它的应用越来越广泛，应用领域也越来越多元化。

现代数字调制技术之高斯最小频移键控摘要：本文主要介绍了高斯最小频移键控（GMSK）的基本原理，并简单介绍了GMSK高速数传机用于无线视频传输系统的具体实例。

高斯最小频移键控是在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，它提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。

关键词：高斯最小频移键控，GMSK，数字调制一、GMSK 调制的基本原理在频率调制之前，用一个高斯型低通滤波器对基带信号进行预滤波，滤除高频分量，使得功率谱更加紧凑。

这样的调制称为高斯最小频移键控（GMSK ）。

目前GSM 系统采用的就是这种调制方式。

GMSK 信号产生原理如图1。

图1 GMSK 信号产生原理高斯滤波器的传输函数和冲激响应分别为：式中B 为高斯滤波器的3 dB 基带带宽，由于h(t)为高斯型特性，故称为高斯滤波器。

为了方便GMSK 的解调，需要对输入数据进行差分预编码。

设输入数据为di ∈｛0,1｝，将差分编码之后的双极性不归零数据αi 通过高斯低通滤波器，则高斯滤波器的输出为式中Tb 为码元周期，g(t)为高斯滤波器的矩形脉冲响应。

把X(t)加于VCO （压控振荡器），经调频后的GMSK 信号为式中ωc 为混频频率，相位路径GMSK 实现时可采用正交相位调制。

由于g(t)的取值范围为(-∞,∞)，它是物理不可实现的，因此在工程中均需要对g(t)进行截短或近似。

2[(ln 2/2)(/)]()f B H f e -=222/()h t e ππ-τα=αln 2/2/B α=i b iX(t)=αg(t-iT )∑()cos[()]cos ()cos sin ()sin GMSK c c c S t t t t t t t ϕϕϕ=ω+=ω-ω()[()]22t b i b i b T t g iT d T πϕ-∞=ατ--τ∑⎰()bg t dt T ∞-∞=⎰可以证明 则对g(t)进行截短处理，截短长度为(2N+1)Tb ，即经计算，对于BTb =0.3，当N=2时，有因而，在具体计算Φ(t)时，取g(t)的截短长度为5Tb ，具有足够的精度。

最小频移键控（MSK）和高斯最小频移键控1．正交2FSK信号的最小频率间隔（1）非相干检波法接收时的最小频率间隔频率间隔要求当m＝1时得到最小频率间隔，即。

（2）相干检波法接收时的最小频率间隔频率间隔要求正交的2FSK信号的最小频率间隔为。

2.MSK信号的基本原理MSK信号是一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二进制正交2FSK信号。

其波形图如图8-6所示。

图8 -6 MSK信号波形示例（1）MSK信号的频率间隔①码元表示MSK信号的第k个码元可以表示为式中，ωc＝2πf c，为载波角载频；a k＝±1（分别对应输入码元为“1”或“0”）；T B为码元宽度；φk为第k个码元的初始相位。

②码元频率当输入码元为“1”时，a k＝＋1，故码元频率；当输入码元为“0”时，a k＝－1，故码元频率。

MSK信号的频率间隔为为相干解调时正交2FSK信号的最小频率间隔。

（2）MSK码元中波形的周期数一个码元持续时间T B内包含的正弦波周期数式中，N为正整数；m＝1,2,3,…；；无论频率f1和f0等于何值，两种码元包含的正弦波数相差个周期，且一个码元持续时间内包含的正弦波周期数是1/4载波周期数的整数倍。

（3）MSK信号的相位连续性①相位连续性条件前一码元末尾的相位等于后一码元开始时的相位，MSK信号的前后码元之间存在相关性。

即②附加相位连续性第k个码元的附加相位为按照相位连续性，当t＝kT B时，附加相位θk-1(kT B)是第k个码元的初始附加相位θk(kT B)。

即每经过一个码元的持续时间，MSK码元的附加相位改变±π/2，以此画出MSK信号附加相位θk(t)的轨迹图如图8-7所示。

由图8-7可以看出，附加相位在码元间是连续的。

图8-7 MSK信号附加相位图（4）MSK信号的正交表示法①表达式式中②特点p k当k等于奇数时可能改变符号，q k当k等于偶数时可能改变符号，即两者不可能同时改变符号，MSK信号举例如下表8-1所示，可知MSK信号相当于是一种特殊的OQPSK信号，其包络是正弦形，而不是矩形。

GSM 使用一种称作 0.3GMSK（高斯最小频移键控）的数字调制方式。

0.3 表示高斯滤波器带宽与比特率之比。

GMSK 是一种特殊的数字 FM 调制方式：给 RF 载波频率加上或者减去 67.708KHz 表示 1和 0。

使用两个频率表示 1 和 0 的调制技术记作 FSK（频移键控）。

在 GSM 中，数据速率选为 270.833kbit/sec，正好是 RF 频率偏移的 4 倍，这样作可以把调制频谱降到最低并提高信道效率。

比特率正好是频率偏移 4 倍的 FSK 调制称作 MSK（最小频移键控）。

在 GSM 中，使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱。

它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量。

0.3GMSK 不是相位调制（也就是说不是像 QPSK 那样由绝对相位状态携带信息）。

它是由频率的偏移，或者说是相位的变化携带信息。

GMSK 可以通过 I/Q 图表示。

如果没有高斯滤波器，当传送一连串恒定的 1时，MSK 信号将保持在高于载波中心频率 67.708KHz 的状态。

如果将载波中心频率作为固定相位基准，67.708KHz 的信号将导致相位的稳步增加。

相位将以 67.708次/秒的速率进行 360 度旋转。

在一个比特周期内（1/270.833KHz），相位将在 I/Q 图中移动四分之一圆周、即 90 度的位置。

数据 1 可以看作相位增加 90 度。

两个 1 使相位增加 180 度，三个 1 是 270 度，依此类推。

数据 0 表示在相反方向上相同的相位变化。

实际的相位轨迹是被严格地控制的。

GSM 无线系统需要使用数字滤波器和 I/Q 或数字 FM 调制器精确地生成正确的相位轨迹。

GSM 规范允许实际轨迹与理想轨迹之间存在均方根（rms）值不超过 5 度、峰值不超过 20 度的偏差1．射频电路射频电路单元一般分成三部分：接收电路、发射电路、频率合成电路。

合路器的作用是将信号手机的收信和发信组合到一根天线上。