l979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:
或-1,其概率分别为 。GMSK是角度调制信号,已调信号写作:
式中:
表示和的卷积。
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FX489内部放大器的负反馈电路; 、组成的低通滤波器是增益调节电路,应满足:
、和组成信号电平调节和直流电平调节电路。
表1
引脚"3" 引脚"4" CLKDIVA CLKDIVB |
外接晶体频率(MHz) | |||
4.096 |
4.9152 |
2.048 |
2.4576 | |
数据速率(bps) | ||||
0 0 |
16000 |
19200 | ||
0 1 |
16000 |
19200 |
8000 |
9600 |
1 0 |
8000 |
9600 |
4000 |
4800 |
1 1 |
4000 |
4800 |
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