gmsk调制原理

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。在GSM系统中，由于收发不在同一时隙，因此手机可以省去用于隔离收发的双工器，而只需使用简单的收发合路器就可以将发信、收信信号组合到一根天线上而不会互相干扰。

对接收电路，天线将信号接收下来，通过合路器进入接收通道，与接收本振信号（即频率合成器产生的接收VCO信号）混频，将高频信号变成中频信号，再进行信号的正交解调，产生接收I、Q信号；然后再进行GMSK（高斯滤波最小频移键控）解调，把模拟信号转变为数字信号，之后送入基带处理单元。

对发射电路，由基带部分送来TDMA帧数据流（速率为270.833kbit/s）进行GSMK调制形成发射I、Q信号，再送到发信上变频器调制到发射频段，通过功率放大后经合路器由天线发射出去。频率合成器为发射和接收单元提供变频所必需的本振信号，采用锁相环技术来稳定频率，它从时钟基准电路获得频率基准。

时钟基准电路一般为13MHz时钟，一方面为频率合成电路提供时钟基准，另一方面给逻辑电路提供工作时钟。

2．

3．5．多址方式

在蜂窝移动通信系统中，有许多用户要同时通过一个基站和其它用户进行通信。因此存在这样的问题：怎样从众多用户中区分出是哪一个用户发出的信号，以及用户怎样识别出基站发出的信号中哪一个是给自己的。这个问题的解决方法就是多址技术。

我们设想，不论是用户发出的信号，还是基站发出的信号，若每个信号都具有不同的特征，则根据不同的特征我们就能区分出不同的信号来。

信号的特征表现在这样几个方面：信号的工作频率、信号出现的时间、信号具有的波形。根据这三种特征，相对应的有三种多址方式，即：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。

在实际应用中，还包括这三种基本多址方式的混合方式，如GSM系统采用的就是FDMA／TDMA多址方式。

1．频分多址

频分多址，始是用信号的不同频率来区分信号。对一个通信系统，对给定的一个总的频段，划分成若干个等间隔的频道（又叫信道），每个不同频道分配给不同的用户使用。信道的划分要注意几点：相邻频道之间无明显串扰、每个频道宽度能传输一路信息、收发信息之间要留一段保护频带，防止收发频率干扰。

一般情况下，将高频段作为移动台的接收频段，因为信号方向是从基站到移动台，接收信道又称前向信道。将低频段作为移动台的发射频段，信号方向是从移动台到基站，所以发射信道又称反向信道。

2．时分多址

时分多址是基于时间分割信道。即把时间分割成周期性的时间段（时帧），对一个时帧再分割成更小的时间段（间隙），然后根据一定的分配原则，使每个用户在每个时帧内只能按指定的时隙收发信号。以一个8小时隙的时分多址系统为例。

比如，有8个用户都处于相同的工作频率，按频分多址系统来看，他们不能同时工作，只能是一个用户工作后，别一个用户才能工作，否则会造成同频干扰。但若按图的时分多址方式，把T0时隙分配给第一个用户，或者说第一个用户在时帧1到T0工作后隔T1－T7时隙，又在时帧2的T0时隙工作。以此类推，把T1时隙分配第二个用户工作……把T7时隙分配给第八个用户。用这种"分时复用"的方式，可以使同频率的用户"同时"工作，有效地利用频率资源，提高了系统的容量。

例如，一个系统的总频段划分成124个频道，若只能按FDMA方式，则只有124个信道。若在FDMA基础上，再采用时分多址，每个频道容纳8个时隙，则系统信道总的容量为124×8＝992个信道。

时分多址系统中有一个关键的问题是系统的"定时"问题。要保证整个时分多址系统有条不紊地工作，包括信号的传输、处理、交换等，必须要有一个统一的时间基准。

要解决上述问题，大家很容易想到的方法是系统中的各个设备内部设置一个高精度时钟，在通信开始时，进行一次时钟校正，只要时钟不发生明显漂移，系统都能准确定时。但真正的情况不是这样，因为要使系统的时钟很精确，无论从技术还是价格方面考虑都不适合。

GSM系统的定时采用的是主从同步法。即系统所有的时钟均直接或间接从属于某一个主时钟信息。主时钟有很高的精度，其时钟信息以广播的方式传送到系统的许多设备，或以分层方式逐层传送给系统的其他设备。各设备收到上层的时钟信号后，提取出定时信息，与上层时钟保持一致，这个过程又称之为时钟锁定。

（1）GSM的信道

在GSM系统规范中，对总的频谱划分成200kHz为单位的一个个频段，称为频段，而对每一个频隙，允许8个用户使用，即从时分多址方式来看，每个时帧有8个时隙（Time Slot），每个时隙的长度为BP＝15/26＝0.577ms，而每一个时帧长度为15/26×8＝4.615ms。

上面所讲的时隙长度是GSM规范定义的，而移动台在无线路径上的传输的实际情况又是怎样的呢？

前面讲到的经交织加密后的数据块为114位，这些位加上其它一些信息位元共组成156.25位，以脉冲串的形成调制到某一个频率上，并限定在一个时隙范围内进行传输，这些脉冲串称为"Burst"（突发）。

根据用途不同，Burst有许多格式，如接入Burst、Fburst、Sburst、常规Burst等。我们仅介绍常规Burst的内容。

在Burst之间，即每个时隙之间要有一定的保护间隔，即147位有用信息的前后有一段保护时间，一般取信号小于-59dB的部分为保护时间，约30μs。

（2）GSM的时帧结构