高斯滤波最小频移键控
频移键控
MSK的基本原理
MSK信号的产生和 解调
MSK是一种特殊的连续相位的频移键控(CPFSK)，MSK是调制系数为0.5的连续相位的FSK。 MSK选择两个不同的频率分别传输基带信息中的+1和－1，两种频率信号在一个码元周期内所积累的相位差必 须严格等于π，则MSK信号可以表示为： 式中：ωc=2πfc; ωd=2πfd; ak=±1是传输的数据；是在第k个码元周期间的起始相位，是一个常数。 由于要求不同频率的信号在一个码元周期所积累的相位差严格等于，则可得MSK信号的另一种表示形式： 并且，由于要求两个不同频率的信号在一个码元周期内所积累的相位差为，则必须。 在这个信号中除载波相位之外，还附加了一个相位： ak=±1，φk=0或（模2） 为了易于区别两个信号，则希望这两个信号是正交的，或者说其相关系数为0。如果给定两个信号和，其相关 系数： 上式要为0，则式中的两项须为0。但是上式中第二式为0的可能性有两个，其一是其分母远远大于1，即 4πfcTb>> 1，这个条件在实际的通信系统中比较容易满足。其二是其分子为0，即正弦函数的值为0。这就要 求：。
相位连续的
相位连续的频移键控信号是利用基带信号对一个压控振荡器(VCO)进行频率调制，在二元码{ak}时，可以产 生相位连续的频移键控信号。这种调制方式在码元转换时，相位变化是连续的，而且保持恒定的包络，因此，称 为相位连续的频移键控。其信号瞬时频率与瞬时相位变化如图6所示。
最小（看
频移键控
通信术语
01 简介
目录
02 相位不连续的
03 相位连续的
04 最小（MSK）
05 高斯最小（GMSK）
06 应用
以数字信号控制载波频率变化的调制方式，称为频移键控(FSK)。根据已调波的相位连续与否，频移键控分 为两类：相位不连续的频移键控和相位连续的频移键控。频移键控（Frequency-shift keying）是信息传输中 使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输 中得到了广泛的应用。频移键控如图所示。
调制方式的原理和本质
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。
高斯滤波最小频移键控
ck
延迟 Tb
Qk
Qk sin(π t/2Tb) － Qk sin(π t/2Tb)sinωct
二．高斯滤波最小频移键控(GMSK)
1．GMSK调制
LPF 取 样 判 决 差 分 译 码 BPF 交 替 门 Tb LPF 取 样 判 决
相 干 载 波 提 取 锁 相 环 1 1 2fc+ 2Tb 平 方 器 锁 相 环 2 1 2fc2Tb ÷ 2 Σ + ÷ 2 + Σ π -2sin( 2T t)sin( ωct) b π 2cos( 2T t)cos( ωct) b
－A
t
1 0 0 1 1 0
Ts A O
－A
t
1 1 0 1 0 1
4.1.2 多进制数字调制
1．多进制数字振幅调制MASK
B( t)
(a )
0 1 3 2 0 1 T 2 0
s
3 0 1 t
s 4ASK ( t)
(b )
0
t
s 0 ( t) s 1 ( t)
0 0 t
t
(c )
s 2 ( t)
0 t
TB
0
输入s(t)
180° 180°
输出s0(t)
－s2(t)
TB
0
4.4.3 最小错误概率接收
最小错误概率接收准则就是指使接收端判决恢复原始发送信 码时的误判概率达到最小。
判决为S2 判决为S1
f(x/s2)
f(x/s1)
2 3 VT
1 x 最佳门限
s1(t) 积分 输入x(t)
TB
0
多进制数字相位调制mpsk14pskqpsk的调制和解调输入串并变换逻辑选相电路带通滤波器输出45135225315四相载波产生器输入串并变换载波振荡a移相?2cos?ctsin?ct输出b输入载波恢复acos?ctsin?ct输出b带通滤波器低通滤波抽样判决低通滤波抽样判决位定时并串变换?24dpskqdpsk信号的调制和解调移相?4输入串并变换码变换载波振荡abc移相?4d输出输入载波恢复cos?ctsin?ct输出带通滤波低通滤波抽样判决低通滤波抽样判决位定时码反变换并串变换输入带通滤波输出低通滤波抽样判决低通滤波抽样判决位定时并串变换移相延迟ts42最小频移键控和高斯滤波最小频移键控?421最小频移键控msk?422高斯滤波最小频移键控gmsk?一
GFSK调制
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。
实习基于MATLAB的高斯最小频移键控调制研究
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
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。
最小频移键控技术
即满足 由上式可以容易地写出下列递归条件
ak a k 1 kT s k 1 kT s k 2T 2T
当ak ak－1时 当ak ak－1时。
k 1 , k k k 1 (ak 1 ak ) 2 k -1 k ,
Part
02
最小频移键控MSK
鄢 立
最小频移键控MSK
定义：频移键控FSK的一种改进形式，是一种包络恒定、相 位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号。
最小频移键控MSK
MSK与其他FSK信号的区别 普通FSK方式：每一码元的频率不变或者跳变一个固定值， 两个相邻的频率跳变码元信号，相位通常不连续。 MSK方式：FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊 方式。可以看成是调制指数为0.5的一种CPFSK信号。
最小频移键控MSK--正交FSK最小频率间隔
对于相干接收，保证正交的2FSK信号的最小频率间隔等 于1 / 2Ts。
MSK调制原理
MSK调制过程：先将输入的基带信号进行差分编码，然后 将其分成I、Q两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权 函数cos（πt/2Tb）和sin（πt/2Tb）分别对I、Q两路数据 加权，最后将两路数据分别用正交载波调制。 MSK使用相干载波最佳接收机解调，MSK信号的第k个码 元可以表示为
上式左端4项应分别等于零，所以将第3项sin(2φk) = 0的条 件代入第1项，得到要求 要求 或
最小频移键控(MSK)和高斯最小频移键控
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。
GMSK的原理
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。
高斯滤波最小移频键控GMSK概述
信号
3. GMSK信号的相位路径
t
s (t) cos[ct k f
q( )d ]
GMSK信号的相位变化值取决于在此期间脉冲的面积（在 决定一个码元内脉冲面积时要考虑相邻码元的影响） 。
3. GMSK信号的相位路径
t
s (t) cos[ct k f
q( )d ]
(t)
1
－1
－1
π/2
高斯滤波最小移频键控GMSK
高斯低通滤波器的频率传输函数H(f)为
H ( f ) exp( a2 f 2 )
式中,α是与滤波器3 dB带宽Bb有关的一个系数，选择不同的α， 滤波器的特性随之而改变。通常将高斯低通滤波器的传输函
数值为
1/ 时2 的滤波器带宽，定义为滤波器的3 dB带宽，
即：
Bb
1n2 0.5887
1.36Eb N0
10－1
10－2
BbTb＝ 0.25
Pe
10－3 10－4
瑞利衰落
fD＝ 40 Hz fD＝ 12 Hz fD＝ 4 Hz
10－5
10－6
0
20
40
60
(Eb / No) / dB
图4-39 相干检测误码性能
x(t) A(t) cos[It (t)] A(t Tb ) sin[I (t Tb ) (t Tb )]
1 2
A(t)
A(t
Tb ){sin[It
(t)
It
ITb
(t
Tb )]
GMSK信 号
sin[It (t) It ITb (t Tb )]}
sI(t) BP F
2Tb
t
输入原始数据在通过高斯型低通滤波器之后，输出将 会产生码间串扰。
GMSK的MATLAB仿真
高斯滤波的最小频移键控（GMSK ）引言MSK 调制是调制指数为0.5的二元数字频率调制，具有很好的特性，如恒包络、相对窄的带宽、并可以相干检测。
MSK 信号在任一码元间隔内，其相位变化为Π/2，而在码元转换时刻保持相位连续。
然而，MSK 信号的相位变化是折线，在码元转换时刻会产生尖角，从而使其频谱特性的旁瓣降缓慢，带外辐射相对较大。
移动数字通信中采用高速传输速率时，要求邻道带外辐射低于－(60~80)dB ，而MSK 信号不能满足功率谱在相邻信道的取值低于主瓣峰值60dB 以上的要求，所以需寻求进一步压缩带宽的方法。
为了进一步改善MSK 的频谱特性，有效的办法是对基带信号进行平滑处理，使调制后的信号相位在码元转换时刻不仅连续而且变化平滑，从而达到改善频谱特性的目的。
GMSK 作为MSK 的改进型，即是以高斯低通滤波器作为预调滤波基带滤波器的MSK 方式，所以称为高斯MSK 或GMSK 。
为了在改善信号的频谱特性的同时，还能保持MSK 原有的特征，这种预处理低通滤波器必须满足以下条件：1）窄带，带外截止陡峭，从而抑制不需要的高频分量；2）冲激响应无过冲或过冲 量小，防止产生多余的瞬时频偏；3）保持滤波器输出的脉冲面积不变，使相应的载波相移保持为∏/2。
高斯低通滤波器能很好地满足这些要求。
在GMSK 中，将调制的不归零数据通过预调制高斯脉冲成形滤波器，使其频谱上的旁瓣水平进一步降低。
基带的高斯脉冲成形技术平滑了MSK 信号的相位曲线，因此稳定了信号的即时频率变化，这使得发射频谱上的旁瓣水平大大降低。
将此高斯波形去进行调频，就可使功率谱中高频分量的滚降变快。
预调制高斯滤波器将全响应信号（即每一个基带符号占据一个比特周期Tb ）转换为部分响应信号，每一发射符号占据几个比特周期。
然而由于脉冲成形并不会引起平均相位曲线的偏离，因此GMSK 信号 可以作为MSK 信号进行相干检测，或者作为一个简单的FSK 信号进行非相干检测。
GMSK的工作原理及其性能介绍
一、引言二、GMSK的工作原理目前，在移动通信系统中，GMSK调制式越来越引起人们的关注，这是由于GM-K调制方式具有较好的功率谱特性，其误特性能也较优越，特别是其具有较小的带辐射能量的特点，很适合于工作在VHFUHF频段的移动通信SCPC(每载波单信)系统。
本文就如何实现GMSK调制解调调制前高斯滤波的最小频移键控(GM-SK)的基本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，如图1所示。
由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此其频谱特性优于MSK信号的频谱特性。
数据输入GMSK信号输出四、性能分析图4给出了FX489内部高斯滤波器的频率响应曲线。
图5给出了在BT一0.5和BT一。
.3时的传输眼图。
由图5可以看出，当BT一0.5时，传输眼图张开度较大;当BT一。
.3时，传输眼图的张开度较小。
图6给出了BT~0.5和BT一0.3时的GMSK信号的功率谱密度曲线。
从图6可看出，当BT值小(BT~0.3)时，GMSK信号的带外分量较少，高频分量衰减较快;当BT值大(BT一0.5)时，GMSK信号的带外分量增多，高频分量衰减较慢。
图7给出了利用FX489实现GMSK调制解调时，在BT一0.3和BT一0.5时的误比特率和S/N之间的关系曲线。
从图7中可看出，在相同误比特率的情况下，BT一0.3时所需的S/N比BT=。
.5时所需的S/N要高ZdB左右。
这可以从高斯滤波器输出的“拖尾”现象作出解释，BT值较小时，高斯滤波器输出滤形的拖尾现象较严重，相邻码元之间的相互影响较大，使得传输误比特率增高。
所以，BT 值的选择要综合考虑，既要兼顾传输时的误比特率，又要兼顾带外能量的辐射。
经调制后的已调波相位路径在MSK基础上进一步得到平滑。
GMSK调制器原理方框图如图1。
图1 GMSK调制器原理方框图为了使输出频谱密集,调制前LPF应当具有以下特性:(1)窄带和尖锐的截止;(2)脉冲响应过冲量小;(3)保持滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于π/2的相移。
0.3GMSK原理
再看0.3GMSKGMSK，高斯最小频移键控，是GMS系统采用的信号调制方法，于70年代由日本人发明。
大致方法是先对信号进行高斯处理，即用信号频率的上下波动代表0和1，然后使用最小频移键控器对高斯信号进行处理，使信号的波形最大程度上接近方波。
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。
相位将以每秒67,708次的速率进行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。
利用高斯最小频移键控(GMSK)调制的遥测和测距技术
关键 词 高斯 最小频移键控
遥测
测距
同时传输
中图法分类号
Ｔ Ｎ ９ １ １ ；
文献标志码
Ａ
利用高斯最小频移键控（ Ｇ Ｍ Ｓ Ｋ ） 调制可 以获得 较窄的信号带宽和较快 的副瓣衰减速率¨ Ｊ ， 这在 当今频谱拥挤的无线通信测控领域具有重要意义。 随着 测控 系统 的 发展 ， 频 谱 资 源 越 来 越 呈 现 出其 价 值 。而 Ｇ Ｍ Ｓ Ｋ调制对频谱资源的高效利用 ， 使其成 为测控 系统很 有前 景 的调制 技术 之一 。 Ｇ Ｍ Ｓ Ｋ技术具有恒包络特性 ， 这使得其 同非平 衡 四相相移键控 （ Ｕ Ｑ Ｐ Ｓ Ｋ ） 调制 相 比具有 自身优 势 。因此 ， 本文 研究 了利 用 Ｇ ＭＳ Ｋ调 制 同 时传 输 遥 测 信 号 和伪 码 测 距 信 号 ’ 。通 过 分 析 和仿 真 ， 表 明 了该 方 案 的性 能和应用 特 点 。
／ ｐｔ 、
ｓ （ ） ＝ｃ ｏ 【 ２ ＋ ２ ｆ ｍ Ｊ ｇ （ ￣ － ） ｄ ｒ ） ＝
’ Ｊ 一∞
ｃ ｏ ｓ （ ２ ￣ ｒ ｆ ￣ ｔ ＋ （ ） ）
（ ３ ）
式（ ３ ） 中的 ｋ 胁为 调 频 器 系 数 ， 调整该值 ， 使 得 积 分 量０ （ ｔ ）在 一 个 比特 期 间 内 的增 量 最 大 值 为 ， ｔ ｒ ／ ２ 。
“ 积分” ） 生成式（ ３ ）中的相位 ０ （ ｔ ） ； 测距信号数据 也经 过成 形 函数生 成相 位数 据 ， 经过 副载波调制或直
接和遥测数据 生成 的相位 Ｏ （ ｔ ） 相加， 形 成 同时传输 遥 测和测距信号 的调制相位 ， 然后经 过相位调制 ， 生成 调 制信号 。 其 中的预编码表达式为 ａ ＝ｂ ×ｂ ， 目的是 为 了解调时的简洁 ， 详见文献［ １ ］ 的相关 内容 。 测距 信 号可用 式 （ ４ ） 表示 ：
现代数字调制技术——GMSK
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T内，这类连续相位FSK（CPFSK）可表示为b（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/T b 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）将t=T b 代人式（11），该式可写为（12）当t>0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。
GSM基础知识
GSM基础知识1、GSM调制方式：GMSK（高斯滤波最小频移键控）；2、多址技术：TDMA/FDMA/CDMA；3、GSM手机调整发射功率等级的步长为：2dB；GSM900移动台的最大输出功率8W；DCS1800移动台的最大输出功率1W；4、GSM系统组成部分：MS/BSS/NSS；5、Um:ms between bts、A:bsc between msc；abis:bts between bsc；6、IMSI=MCC+MNC+MSIN7、CGI=LAI(MCC+MNC+LAC)+CI；8、BSIC=NCC+BCC；（6bit编码）9、MSISDN=CC+NDC(国内接入号：130～139)+SN（如：8613506991049）；10、位置更新的几种原因：常规位置更新、IMSI附着与分离、开关机；11、12、在移动通信中，无线信号从发射机到达接收机的主要途径有（A、B、C、D）。
A. 直射B. 反射C. 绕射D. 散射E. 衍射13、天线增益单位为（B，C）。
A. dBB.dBiC. dBdD. dBcE.dBm14、快衰落电场强度概率密度函数服从（ C ）；快衰落主要有哪几种形式（B、D、E ）；用来克服快衰落的技术有哪些（G、I、K ）。
A、对数正态分布B、时间选择性衰落C、瑞利分布D、空间选择性衰落E、频率选择性衰落F、天气选择性衰落G、信道交织技术H、傅立叶变换I、空间分集技术K、RAKE接收机技术15、GSM最大覆盖距离为35km，计算如下：1/2*3.7us/bit*63bit*c=35km16、功率控制-----信号在无线传送过程中，为了减少干扰，提高频谱利用率，延长电池寿命，会改变传送功率。
17、抗快衰落措施－分集：•时间分集：符号交织、检错、纠错编码•空间分集：采用主、分集天线接收。
主、分集天线的接收信号不具有同时衰减的特性。
基站接收机对一定时间范围内不同时延信号的均衡能力也是一种空间分集的形式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
抽 样 判 决
4.2 最小频移键控和高斯滤波最小 频移键控
4.2.1 最小频移键控MSK 4.2.2 高斯滤波最小频移键控(GMSK)
一．最小频移键控MSK
1．MSK信号的调制
Ik Ik cos (π t/2Tb) Ik cos (π t/2Tb)cos ωct
cos (π t/2Tb) 输入数据 ak 差分编码 串/并变换 振荡 f＝1/2Tb 振荡 f＝ fc sin(π t/2Tb) 移相 90° Σ 带通 MSK 滤波器 信号
比较判决 积分 s2(t)
输出y(t)
TB
0
4.4.4 最大后验概率接收
最大后验概率准则就是指根据各个后验概率的大 小，判决其中最大概率所对应的发送码元为发端 的发送信码。
计算 输入s(t) 输出s0(t)
比较判决 计算
ck
延迟 Tb
Qk
Qk sin(π t/2Tb) － Qk sin(π t/2Tb)sinωct
二．高斯滤波最小频移键控(GMSK)
1．GMSK调制
LPF 取 样 判 决 差 分 译 码 BPF 交 替 门 Tb LPF 取 样 判 决
相 干 载 波 提 取 锁 相 环 1 1 2fc+ 2Tb 平 方 器 锁 相 环 2 1 2fc2Tb ÷ 2 Σ + ÷ 2 + Σ π -2sin( 2T t)sin( ωct) b π 2cos( 2T t)cos( ωct) b
-
输入数据
高斯低通滤波器 （Bb）
MSK调制器
GMSK信号出
输入数据 不归零NRZ
预调制滤波器
FM调制器 调制指数h=0.5
GMSK信号出
2．GMSK解调
GMSK 中 频 滤波器
迟延 Tb
π 相移 2
LPF
取样判决
ak
输入数据 不归零NRZ
高斯滤波器
GMSK信号出 FM调制器 调制指数h(0.4～0.7)
ˇ
4.3 频带数字信号的无线传播
4.3.1 时变多径信道特性
4.3.2 分集接收技术
4.3.1
时变多径信道特性
当信号在信道中进行传输时，它不可避免的会发生传输时 延（信号在收、发两端之间进行传输需要时间）、衰减 （由于信道特性不理想，信号在其中传输产生线性失真， 发生能量损耗，主要表现为幅度减小等）、失真（由于信 道特性不理想，使信号在传输中产生非线性失真，表现为 波形畸变、频谱改变等）等变化。 一．时变多径信道 各种用于数字信号传输的无线信道有两种基本的特征， 其中一种是传输信号通过多条具有不同时延的传输路径到 达接收端。在传输一个宽度极窄的脉冲时，由于多散射特 征引起的不同时延导致了接收信号在时间上的扩展，称这 种信道为时间弥散信道。
c
t 输出
移相 sin
＋
ct
bБайду номын сангаас
×
× cos c t sin c t × 载波 恢复
低通 滤波
抽样 判决
a
输入
带通 滤 波器
位 定时
并 /串 变 输 出 换 抽样 判决
低通 滤波
b
（2）4DPSK/QDPSK信号的调制和解调
c a 输入 串 /并 变 换 b d 码变换 载波 振荡
－
比 接收机
接收机
较 器
(a) 空 间 分集
存储器
(c) 时 间
发射机1
接收机1
分集
发射机2
接收机2
(b)频率
1．空间分集 空间分集的依据在于衰落的空间独立性，即在任意两个不同的位 置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两 处所收信号的衰落是不相关的（独立的）。 实际中，空间分集常通过采用多重天线来实现，如发送端用单个 天线发射，而接收端则用多个分隔足够远的天线接收。 2．频率分集 由于频率间隔大于相干带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是 不相关的，因此可以用两个以上不同的频率传输同一信息（即前 面所介绍的多载波调制）以实现频率分。 这样的频率分集需要用两部以上的发射机同时发送同一信号，并 在接收端要用两部以上的独立接收机来接收信号。它不仅使设备 复杂，而且在频谱利用方面也很不经济。 3．时间分集 同一信号在不同的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间 隔不小于信道相干时间，那么各次发送信号所出现的衰落将是彼 此独立的，接收机将重复收到的同一信号进行合并，就能减小衰 落的影响。
－A
t
1 0 0 1 1 0
Ts A O
－A
t
1 1 0 1 0 1
4.1.2 多进制数字调制
1．多进制数字振幅调制MASK
B( t)
(a )
0 1 3 2 0 1 T 2 0
s
3 0 1 t
s 4ASK ( t)
(b )
0
t
s 0 ( t) s 1 ( t)
0 0 t
t
(c )
s 2 ( t)
0 t
一．分集技术
分集接收技术包括两个方面：首先是如何把接收到的多径信号分 离成独立的多路信号，即分集；其次，还要考虑怎样将这些多路 分离信号的能量按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最 大，以降低衰落的影响，这就是合并。 根据提供给接收机各路信号的不同方式，可把分集技术具体划分 为频率分集、时间分集和空间分集三种。
s1(t)匹配滤波器 S2(t)匹配滤波器 输入s(t)
比 判决 较
输出s0(t)
SM(t)匹配滤波器
4.4.2最小均方误差接收机
最小均方误差原则指在输出信号与各个可能发送信号的均 方差值中，与实际发送信号的均方差值最小。
平方 －s1(t) s1(t) 比较判决 s2(t) 平方 积分 积分
4.3.2 分集接收技术
分集接收技术是通信中的一种用相对较低费用就可以大幅度地改 进无线通信的性能的有效接收技术，适用范围较广。它通过查找 和利用无线传播环境中独立的多径信号来实现的。 分集技术的基本思路是将接收到的多径信号分离成独立的多路信 号，然后将这些多路分离信号的能量按一定规则合并起来，使接 收的有用信号能量最大，使接收的数字信号误码率最小。
二．合并 合并就是将接收端收到的L条相互独立的支 路信号用适当的方式组合叠加，以减小衰 落的影响。实际数字通信系统中，一般都 采用线性合并的方式，把输入的L路独立衰 落信号通过加权相加后输出。按照加权系 数的不同选取方法，有选择合并、最大比 值合并和等增益合并三种合并方式。
4.4 最佳接收机
无线信道的第二种特征是传输介质结构随 时间而变化。如果多次重复进行窄脉冲传 输试验，将会发现由于传输介质的物理结 构变化而引起接收信号的改变，这些改变 包括多散射信号的相对时延。 由于信道使用者一般不能预测接收信号随 时间的变化．因此需要使用统计特性来描 述随时间变化的多径信道；为了获得信道 的统计描述，首先考虑未调制载波的传输 情况。
TB
0
输入s(t)
180° 180°
输出s0(t)
－s2(t)
TB
0
4.4.3 最小错误概率接收
最小错误概率接收准则就是指使接收端判决恢复原始发送信 码时的误判概率达到最小。
判决为S2 判决为S1
f(x/s2)
f(x/s1)
2 3 VT
1 x 最佳门限
s1(t) 积分 输入x(t)
TB
0
1．振幅键控2ASK
振幅键控使正弦载波的幅度随数字基带信号而变化，时域表示和 波形如下。
s2 ASK (t )
1 s (t ) Tb 载波信号 t t 0
a
n
1
n
g (t nTS ) cos wc t
1 0 0 1
2ASK信号 t
3．二进制移相键控（2PSK） 4．差分相移键控
Ts A O
移相 4 输出 ＋
＋
移相 4
低通 滤波 cos c t sin c t 低通 滤波 载波 恢复
抽样 判决 码反变 换 抽样 判决 并 /串 变 换 输出
输入
带通 滤波
位定时
低 通 滤 波
抽 样 判 决
输 入
带 通 滤 波
延 迟T s
移 相
位 定时
并 /串 变 换
输 出
低 通 滤 波
s 3 ( t)
0 t
2．多进制数字频率调制MFSK 3．多进制数字相位调制MPSK （1）4PSK/QPSK的调制和解调
输入
串 /并 变换
逻辑选相 电路 4 5° 1 35 ° 2 25 ° 3 15 ° 四相载波产生 器
带通 滤波器
输出
a 载波 振荡 输入 串 /并 变换 － 2
× c os
第4章
4.1
数字信号的频带传输
基本数字调制信号 4.2 最小频移键控和高斯滤波最小 频移键控 4.3 频带数字信号的无线传播 4.4 最佳接收机
4.1 基本数字调制信号
4.1.1 二进制数字调制
4.1.2 多进制数字调制
4.1.1 二进制数字调制
当基带信号为二进制时，所进行的数字调制就是二进制数字调制， 常见的有二进制振幅键控2ASK、频移键控2FSK和相移键控2PSK 及差分相移键控2DPSK。
4.4.1 最大输出信噪比准则和匹配滤波接收机 4.4.2最小均方误差接收机 4.4.3 最小错误概率接收 4.4.4 最大后验概率接收