Pourquoi le GSM a-t-il adopté la modulation GMSK au lieu de MSK ?

Pourquoi le GSM a-t-il adopté la modulation GMSK au lieu de MSK ?

Le choix de la GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) dans le standard GSM repose sur sa capacité à réduire le spectre émis tout en conservant les avantages de la MSK (Minimum Shift Keying). Contrairement à la MSK, qui présente une transition de phase constante mais génère des pics de puissance spectrale hors bande, la GMSK applique un filtrage gaussien sur le signal de données avant la modulation, réduisant ainsi significativement les émissions hors bande sans recourir à des filtres RF complexes. Cette propriété permet à GMSK de répondre aux contraintes de coexistence spectrale strictes du GSM, tout en garantissant une efficacité énergétique adaptée aux équipements mobiles.

Filtrage gaussien appliqué au flux binaire

Dans la GMSK, le flux binaire est préalablement filtré par un filtre gaussien afin de limiter la largeur de bande du signal modulé. Ce filtrage introduit une transition plus progressive entre les symboles, ce qui atténue la présence de lobes secondaires dans le spectre de puissance.

Contraintes spectrales dans le canal GSM 200 kHz

Le canal GSM utilise une largeur de bande de 200 kHz pour un débit binaire de 270.833 kbps. L’adoption de la MSK aurait entraîné un débordement spectral incompatible avec le plan de fréquence GSM, en particulier à proximité des canaux adjacents. La GMSK permet une occupation spectrale compatible avec la séparation stricte des canaux, tout en maintenant une modulation de phase continue, nécessaire à l’amplification efficace.

Compatibilité avec les amplificateurs à haut rendement

La GMSK conserve l’enveloppe constante de la MSK, ce qui rend possible l’utilisation d’amplificateurs RF non linéaires à haut rendement tels que les amplificateurs de classe C ou E. Cette caractéristique est cruciale pour les terminaux mobiles, qui doivent minimiser la consommation d’énergie sans altérer la fidélité du signal modulé.

Impact sur le récepteur GSM

Grâce à la limitation du spectre, les récepteurs GSM peuvent être conçus avec des filtres de canaux moins stricts, ce qui simplifie leur architecture tout en maintenant des performances suffisantes face aux interférences adjacentes. De plus, la modulation GMSK introduit une phase plus lisse, facilitant la synchronisation et la détection cohérente du signal.

Codage de phase et intégration au schéma de trame GSM

La GMSK s’intègre naturellement au codage de phase différentielle utilisé dans les trames GSM. Ce codage réduit la sensibilité aux erreurs de phase absolue, tout en assurant une démodulation robuste dans un environnement mobile sujet aux trajets multiples.

Pour explorer un autre aspect fondamental du GSM, on peut se pencher sur la structure temporelle des trames et son rôle dans la synchronisation intercellulaire.