这种方法比较直观,它通过直接控制载波的瞬时相位来生成GMSK信号,可以看作是“直接调相”路径。其核心是使用锁相环。
工作原理:基带信号经过高斯预滤波后,直接作为控制信号,通过PLL内部的调制器来连续调整输出信号的相位,最终产生调制指数为0.5的连续相位频移键控(CPFSK)信号。这实现了对载波的直接相位调制。
这是目前更为主流和灵活的数字实现方法,可以看作是“间接调相”路径。它并不直接去调载波的相位,而是通过正交调制(一种矢量调制方式)来合成所需的相位轨迹。
工作原理如下:
高斯滤波:首先,原始的二进制数据流通过一个高斯低通滤波器,对基带信号进行平滑处理,这是GMSK调制的关键预处理步骤。
相位累加:滤波后的信号经过积分,生成连续的相位路径Φ(t)。
正交调制:通过查表或CORDIC算法,分别计算Φ(t)的正弦和余弦值,从而生成相互正交的基带分量—I路(同相分量)和Q路(正交分量)信号。
矢量合成:最后,这两路信号分别与两路相位相差90°的载波相乘并相加,就合成出了最终的GMSK已调信号。
在GMSK信号中,相位累加运算是必须的,但它的位置和实现形式取决于你是从哪个角度来看待这个信号的。


尽管MSK已经非常优秀,但其相位路径在码元切换点仍然可能存在一些尖锐的拐点,这导致信号的带外辐射依然存在,无法满足更严苛的频谱使用要求。
关键的突破发生在1979年,由日本国际电报电话公司的研究人员提出。他们的天才想法是:在MSK调制器之前,插入一个高斯低通预调制滤波器。
这个滤波器的作用是“打磨”原始的矩形脉冲基带信号,使其变得平滑、没有陡峭的边缘。经过高斯滤波器成形后的脉冲再送入MSK调制器,最终产生的GMSK信号,其相位路径不仅连续,而且非常平滑,没有任何拐点。这带来的直接好处就是信号的能量更加集中,频谱主瓣更窄,旁瓣衰减极快,带外辐射极低。
GMSK的性能由一个至关重要的参数决定:BT值。它是高斯滤波器的3dB带宽 B 与码元持续时间 T 的乘积。
BT值越小:滤波器越窄,对基带信号的平滑作用越强,信号频谱越紧凑,带外辐射越小。但代价是脉冲在时间上展得更宽,会产生 “码间干扰” 。
BT值越大:滤波器越宽,信号波形越接近原始的MSK,码间干扰越小,但频谱效率会降低。
因此,BT值的选择是一个精妙的折衷。例如,GSM系统就选择了BT = 0.3,在频谱效率和系统性能之间取得了完美的平衡。
凭借其频谱利用率高和包络恒定(可使用高效的非线性功率放大器)的两大优势,GMSK成为了第二代移动通信系统GSM的官方标准调制方式,伴随了全球数十亿人的通话和短信时代。它也在蓝牙(基本速率模式)、GPRS、蜂窝数字分组数据等领域得到了广泛应用。
即使在追求更高数据传输速率的今天,GMSK依然没有退出历史舞台。它被应用于一些特殊场景,例如在跳频通信中用于提升抗干扰能力,其思想也融入了更复杂的调制技术发展中。
function [I,Q,g] = gmsk_mod(BURST,Tb,OSR,BT)
% gmsk_mod: This function accepts a burst bit sequence and