GMSK调制方式的特点和实现

一、引言

1979年由日本国际电报电话公司提出的GMSK调制方式．有较好的功率频谱特性，较忧的误码性能，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。

二、GMSK调制方式的工作原理及特点

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(图1)。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。




图1 GMSK调制

高斯滤波器的频率传输函数为



式中是与滤波器3dB带宽B有关的一个系数，其冲激响应为：



假设输入数据流为二进制非归零信号，传输速率为为码元宽度，其数学表示式为



式中：




。GMSK是角度调制信号，已调信号写作：
　


式中：



的卷积。

GMSK信号的瞬时频率为：



为调制灵敏度，由下式决定：



实际上(8)式是使调制指数为的最大频偏与传信速率的约束关系。

双极性码元通过高斯滤波器产生拖尾现象，所以相邻脉冲之间有重迭。由(6)式和(7)式知，对应某一码元，GMSK信号的频偏不仅和该码元有关，而且和相邻码元有关。也就是说在不同的码流图案下，相同码元(比如同为“+1”或“-1”)的频偏是不同的。

相邻码元之间的相互影响程度和高斯滤波器的参数有关，也就是说和高斯滤波器的3dB带宽B有关。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，相邻码元之间的相互影响越大。理论分析和计算机模拟结果表明 。BT值越小，GMSK信号功率频谱密度的高额分量衰减越快。主瓣越小，信号所占用的频带越窄，带外能量的辐射越小，邻道干扰也越小。

三、用FX489实现GMSK信号的调制和解调

FX489是CML公司一种用于GMSK调制解调的芯片，内部包括一个高斯滤波器，整形电路及其它附属电路。高斯滤波器的BT值为0.3或0.5两档可供选择。传输速率为4bps～19.2kbps，能提供发送时钟和接收时钟。图2是FX489的功能示意。



图2 FX489功能

利用FX489实现GMSK信号的调制解调见图3。码元传输速率是由FX489外接晶体震荡器的内部分频系数（脚3和4的逻辑电平）决定（表1）。高斯滤波器BT值的选择由FX489的脚15决定。当15脚为“1”时，BT值为0.5；为“0”时，BT值为0.3。图3中的组成的低通滤波器是增益调节电路，应满足：
　


组成信号电平调节和直流电平调节电路。

四、性能分析及结论

图4给出FX489内部高斯滤波器的频率响应曲线。图5是GMSK的功率谱密度曲线。图6为传输眼图。见图5，当BT值为




图3 用FX489实现GMSK信号的调制解调



图4 滤波器频率响应



图5 GMSK信号的功率谱密度