GMSK的原理

2024年3月30日发(作者：成长型思维)

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/c，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