0.3的GMSK

0.3的GMSK

fanglei007 Post at 2010-3-18 9:17:00

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。

在我看来，0.3GMSK的理解有两个方面：

第一，为什么GSM要用恒包络的调制方式？本来相移键控不需要关心调制信号的幅度变化，因为解调的时候只对信号的相位一维信号解调。（否则就成了QAM解调了，同时对相位和幅度解调）。但是如果调制信号的幅度变化剧烈，在当时的硬件发展水平，涉及到如何选择大功率线性度的丙类功率放大器等等因素，为了避免功率引起的非线性失真，最直接的方法就是使用恒包络调制。、

第二，为什么要最小频移？因为考虑到信号占用带宽的问题。在最小频移的情况下（dF=1/4F0）的情况下，信号的功率谱随着频率偏离中心频率的衰减最快。这样就可以减少调制信号的占用带宽。

至于为什么是0.3,那是因为计算高斯滤波器的矩形脉冲响应g(t)的积分比较方便，而且也简化了硬件电路的设计。