GMSK的原理

zhanganri

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GMSK的详细工作原理

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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 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特征，则根据不同的特征我们就能区分出不同的信号来。
　　信号的特征表现在这样几个方面：信号的工作频率、信号出现的时间、信号具有的波形。根据这三种特征，相对应的有三种多址方式，即：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）。
　　在实际应用中，还包括这三种基本多址方式的混合方式，如GSM系统采用的就是FDMA／TDMA多址方式。
　　1．频分多址
　　频分多址，始是用信号的不同频率来区分信号。对一个通信系统，对给定的一个总的频段，划分成若干个等间隔的频道（又叫信道），每个不同频道分配给不同的用户使用。信道的划分要注意几点：相邻频道之间无明显串扰、每个频道宽度能传输一路信息、收发信息之间要留一段保护频带，防止收发频率干扰。
　　一般情况下，将高频段作为移动台的接收频段，因为信号方向是从基站到移动台，接收信道又称前向信道。将低频段作为移动台的发射频段，信号方向是从移动台到基站，所以发射信道又称反向信道。
　　2．时分多址
　　时分多址是基于时间分割信道。即把时间分割成周期性的时间段（时帧），对一个时帧再分割成更小的时间段（间隙），然后根据一定的分配原则，使每个用户在每个时帧内只能按指定的时隙收发信号。以一个8小时隙的时分多址系统为例。
　　比如，有8个用户都处于相同的工作频率，按频分多址系统来看，他们不能同时工作，只能是一个用户工作后，别一个用户才能工作，否则会造成同频干扰。但若按图的时分多址方式，把T0时隙分配给第一个用户，或者说第一个用户在时帧1到T0工作后隔T1－T7时隙，又在时帧2的T0时隙工作。以此类推，把T1时隙分配第二个用户工作……把T7时隙分配给第八个用户。用这种"分时复用"的方式，可以使同频率的用户"同时"工作，有效地利用频率资源，提高了系统的容量。
　　例如，一个系统的总频段划分成124个频道，若只能按FDMA方式，则只有124个信道。若在FDMA基础上，再采用时分多址，每个频道容纳8个时隙，则系统信道总的容量为124×8＝992个信道。
时分多址系统中有一个关键的问题是系统的"定时"问题。要保证整个时分多址系统有条不紊地工作，包括信号的传输、处理、交换等，必须要有一个统一的时间基准。
　　要解决上述问题，大家很容易想到的方法是系统中的各个设备内部设置一个高精度时钟，在通信开始时，进行一次时钟校正，只要时钟不发生明显漂移，系统都能准确定时。但真正的情况不是这样，因为要使系统的时钟很精确，无论从技术还是价格方面考虑都不适合。
　　GSM系统的定时采用的是主从同步法。即系统所有的时钟均直接或间接从属于某一个主时钟信息。主时钟有很高的精度，其时钟信息以广播的方式传送到系统的许多设备，或以分层方式逐层传送给系统的其他设备。各设备收到上层的时钟信号后，提取出定时信息，与上层时钟保持一致，这个过程又称之为时钟锁定。
　　（1）GSM的信道
　　在GSM系统规范中，对总的频谱划分成200kHz为单位的一个个频段，称为频段，而对每一个频隙，允许8个用户使用，即从时分多址方式来看，每个时帧有8个时隙（Time Slot），每个时隙的长度为BP＝15/26＝0.577ms，而每一个时帧长度为15/26×8＝4.615ms。
　　上面所讲的时隙长度是GSM规范定义的，而移动台在无线路径上的传输的实际情况又是怎样的呢？
　　前面讲到的经交织加密后的数据块为114位，这些位加上其它一些信息位元共组成156.25位，以脉冲串的形成调制到某一个频率上，并限定在一个时隙范围内进行传输，这些脉冲串称为"Burst"（突发）。
　　根据用途不同，Burst有许多格式，如接入Burst、Fburst、Sburst、常规Burst等。我们仅介绍常规Burst的内容。
　　在Burst之间，即每个时隙之间要有一定的保护间隔，即147位有用信息的前后有一段保护时间，一般取信号小于-59dB的部分为保护时间，约30μs。
　　（2）GSM的时帧结构
　　GSM的时帧结构有5个层次，分别是高帧、超帧、复帧、TDMA时帧和时隙。
　　时隙是构成物理信道的基本单元，8个时隙构成一个TDMA时帧。TDMA时帧构成复帧，复帧是业务信道和控制信道进行组合的基本单元。由复帧构成超帧，超帧构成高帧，高帧是TDMA帧编号的基本单元，即在高帧内对TDMA帧顺序进行编号。
　　1高帧＝2048个超帧＝2715648个TDMA帧，高帧的时长为3小时28分53秒760毫秒。高帧周期与加密及跳频有关，每经过一个高帧时长会重新启动密码与跳频算法。
　　1个超帧＝1326个TDMA帧，超帧时长为6.12秒。
　　复帧有两种结构，一种用于业务信道，其结构形式是由26个TDMA帧构成的复帧；另一种用于控制信道，其结构为51个TDMA帧构成的复帧。
　　1个TDMA帧＝8个时隙，其时帧长度为4.615毫秒，1个时隙长度为0.577ms，在时隙内传送数据脉冲串，称为突发（Burst），一个突发包含156.25位数据。
　　（3）数字调制技术
　　我们前面讨论过的话音信息（控制信息也一样）是经模／数转换、语音编码、信道编码、交织、加密、时帧形成等过程形成的脉冲数据流。这些基带数据信号含有丰富的低频成分，不能在无线信道中传输，必须将数字基带信号的频谱变为适合信道转输的频谱，才能进行传输，这一过程称为数字调制。
　　数字调制是用正弦高频信号为载波，用基带信号控制载波的三个基本参量（幅度、相位、频率），使载波的幅度、相位、频率随基带信号的变化而变化，从而携带基带信号的信息。相对应的三种调制方式是最基本的数字调制方式，称为幅度键控（ASK）、频率键控（FSK）、和相位键控（PSK）。
　　我们知道，对相同频率的基带数据，采用不同的调制方式可以使调制后的频谱的有效带宽不同，而无线系统的频谱资源非常有限（如GSM系统每个信道频谱宽度为200kHz），所以采用何种调制技术使得调制后的频谱适合无线信道的有限带宽要求是非常重要的，在泛欧的GSM系统规范中，采用的是GMSK（最小高斯滤波频移键控）调制技术，这种调制方式使得调制后的频谱的主瓣宽度窄、旁瓣衰落快，对相邻信道的干扰小，其调制的速率为270.833kbit/s。4．GSM系统
　　4．1．GSM系统结构
　　GSM系统由三个分系统组成，即移动台、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）
　　1．移动台
　　移动台是GSM系统中的用户设备，可以车载型、便携型和手持型。
　　移动台并非固定于一个用户，在系统中的任何一个移动台都可以利用用户识别卡（SIM卡）来识别移动用户，保证合法用户使用移动网。
　　移动台也有自己的识别码，称为国际移动设备识别号（IMEI）。网络可以对IMEI进行检查，比如关断有故障的移动台或被盗的移动台，检查移动台的型号许可代码等。
　　GSM移动台不仅能完成传统的电话业务、数字业务，如传输文字、图像、传真等，还能完成短消息业务等非传统的业务。
　　2．基站子系统（BSS）
　　基站子系统包含了GSM数字移动通信系统的无线通信部分，它一方面通过无线接口直接与移动台连接，完成无线信道的发送、和管理，另一方面连接到网络子系统的交换机。
　　基站子系统可以分为两部分：一是基站收、发台（BTS），一是基站控制器（BSC）。BTS负责无线传输，BSC负责控制和管理。
　　3．网络子系统（NSS）
　　网络子系统分为六个功能单元，即移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）、鉴权中心（AUC）、设备识别寄存器（EIR）、操作与维护中心（OMC），现分别介绍：
　　（1）移动交换中心（MSC）
　　MSC是网络核心，它具有交换功能，能使移动用户之间，移动用户与固定用户之间互相连接。它提供了与其它的MSC互连接口，和与固定网（如PSTN，ISDN等）的接口。
　　MSC从三种数据库――归属位置寄存器（HLR），拜访位置寄存器（VLR），鉴权中心（AUC）――取得处理用户呼叫请求所需的全部数据，MSC也跟据最新数据更新数据库。
　　（2）归属位置寄存器（HLR）
　　归属位置寄存器是系统的中央数据库，它存储着归属用户的所有数据，包括用户的接入验证、漫游能力、补充业务等。另外，HLR还为MSC提供关于移动台实际漫游所在的MSC区域的信息（动态数据），这样使任何入局呼叫立即按选择的路径送到被呼用户。
　　（3）拜访位置寄存器（VLR）
　　VLR存储进入其覆盖区的移动用户的全部有关信息，它是动态用户数据库，它需要与有关的HLR进行大量数据交换。如果用户进入另一个VLR区，那么在VLR中存储的数据就会被删除。
　　（4）鉴权中心（AUC）
　　AUC存储保护移动用户通信不受侵犯的必要信息。由于空中接口易受到窃听，因此在GSM系统规范中要求有保护移动用户不受侵犯的措施，如用户的鉴权，传输信息加密等，而鉴权信息和密钥就存储在AUC中。
　　（5）操作维护中心（OMC）
　　OMC是网络操作者对全国进行监控和操作的功能实体。
　　（6）设备识别寄存器（EIR）
　　这个寄存器存储有关移动台设备参数的数据库，EIR实现对移动设备的识别、监视、闭锁等功能。
5．GSM手机原理
　　目前市场上的GSM手机品牌颇多，且不同品牌手机型号又有多种，但不论是哪个厂家的手机，其电路原理都一样，不同的只是具体的硬件、体积、外观而已。对维修人员来讲，掌握手机的电路原理是非常重要的，因为只有了解电路原理、设计思路和各种功能模块的作用，才能对手机故障进行全面分析，才能主动地查出故障所在。
　　5．1．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。



5．2．基带部分
　　基带部分包括模拟话音的数字化、语音编／解码、加／解密、TDMA时帧形成／分解、键盘／显示接口电路。
　　从送话器的模拟话音信号经8kHz抽样及A／D转换后，变为13位均匀量化的104kbit/s数据流，在语音编码器内进行规则脉冲激励－－长期预测编码。编码输入为每20ms的数据段，经话音编码压缩后变为260bit，即编码后的速率为13kbis／s。
　　13kbis/s话音信号进入信道编码器进行信道编码，对20ms数据段的260bit分类，对重要性不同的数据进行不同的保护（即信道编码），信道编码后的数据速率为22.8kbit/s。
　　编码后的话音和信令信息进入交织及加密单元，在交织单元形成114bit数据块，加密后再加入训练序列及头、尾比特组成156.25bit（包括8.25保护比特）的突发（Burst）。这些突发按信息类型组合到不同的TDMA帧，形成复帧、超帧及高帧，最后形成270.833kbit/s数据流送入射频部分去调制。
　　接收电路为上述相反的过程。
　　手机采用单片机系统，完成整机的逻辑控制，包括对信道的编／译码，TDMA帧形成、无线信道的频率合成等控制。
　　此外，还具有键盘／显示器、SIM卡接口等控制。

z6826w

呵呵，干得好啊，来骗钱的嘛

san_water

呵呵，强烈支持2楼的，好样的，垃圾资料就要暴光，不能让他得逞

xgm0315

谢谢二楼的兄弟

blazer007

哈哈 二楼的 兄弟！谢谢！
严重鄙视一楼的 “zhanganri”！
骗钱的家伙！

darium

哈哈。支持二楼的。坚决维权！

haoxi14

支持二楼的.......狂顶

rosesman

幸好没有买，否则又被骗了

whisper-lc

[em14]

aoli

支持二楼的，提倡原理性知识共享。

xudaxue

谢谢二楼，原理性知识还是大家共享好，

gago

唉 这个也卖2rdb

bbkliding03

ding, 顶一下!基础知识好![em01]

beassiduous

I learned the GMSK priciple in my college days,most of members in this forum also knew it .

so, the webmaster should punish that guy named " zhanganri" because of his notable cheats

[em01]

frival

真是做生意的料啊！

john-deng

呵呵，强烈支持2楼的，好样的，垃圾资料就要暴光，不能让他得逞

qzg0070586

顶一个

jinkingaa

支持二楼

Orichard

谢谢二楼的兄弟