詳解藍芽標準中的Pi 4 DQPSK調製

2021-08-14 05:51:48 字數 2262 閱讀 5528

藍芽是一種被廣泛應用的無線通訊標準,工作在2.4ghz-2.4835ghz頻段範圍,所用的調製方式有三種:gfsk,pi/4-dqpsk和8dpsk。今天就來介紹下pi/4-dqpsk調製。

bpsk

首先從最簡單的bpsk講起,bpsk就是二進位制相移鍵控只有兩種相位狀態,並且兩種相位狀態差180°。其星座圖如下:

bpsk訊號只有i路,若將q路也傳送額外資訊則頻譜效率可以加倍,於是就有了qpsk。

qpsk

qpsk每次進入兩bit資料,允許有4種相位變化,其星座圖如下:

為了減小帶外輻射一般會經過成型濾波器,我們畫出經過滾降係數為0.3的根公升余弦濾波器之後的訊號星座圖如下:

可以看出有穿越原點的相位軌跡,這實際上會造成相位失真。為了分析訊號我們畫出滾降係數分別為0.2和0.9的公升余弦濾波器時訊號幅度,可以看到訊號幅度變化顯著,在一些點甚至會趨近於零,此時相應的相位軌跡也趨近於原點。不同滾降因子訊號的幅度變化程度即峰均比是不同的,滾降因子為0.2時papr為2.86db,滾降因子為0.9時papr為1.11db.

一般的當訊號幅度變化越大發射功放所要求的線性範圍就越大。功放設計者盡可能使工作點接近壓縮區域以獲得高的功放效率。但一般都要在功放效率和帶外輻射之間進行權衡。

在相干檢測時qpsk和bpsk的誤位元率相同。為了解決qpsk相位軌跡通過原點的問題,可以使用oqpsk來實現。

oqpsk

oqpsk是偏移正交相移鍵控,與qpsk相比,oqpsk調製在產生一條支路時插入了乙個位元時間延遲。

下圖顯示了如何通過插入乙個位元延時使相位軌跡遠離原點:

qpsk有問題的相位軌跡與180度相位旋轉有關係,而oqpsk能夠把180度相位旋轉分成兩個90度相位變化,因此相位軌跡遠離原點。同樣的畫出經過滾降係數為0.3的根公升余弦濾波器之後的訊號星座圖如下:

從上圖中可以看出oqpsk調製避免了接近原點的相位軌跡。因此也可以減小訊號的papr。當採用相干檢測oqpsk訊號時其誤位元率與bpsk和qpsk調製相同。

dqpsk

dqpsk調製的資訊在傳送訊號的相位差之中:

s(k)=s(k-1)*e^(jδφ(k));

其相位狀態只在x座標軸和y座標軸上。

對於dqpsk調製可以採用差分檢測來處理,但差分檢測錯誤會傳播,即當前錯誤會作為下乙個符號的參考相位。在awgn通道中差分檢測效能會比相干檢測差3db。另外注意差分檢測和差分解碼的差別,差分解碼是對進行相干檢測出的訊號使用差分解調方程進行解碼。而差分檢測對接收訊號的相位進行差分處理。

π/4-dqpsk

π/4-dqpsk相比與dqpsk只是可變相位均為π/4的倍數,但其星座圖有8個可能的相位狀態,任意符號時刻只有4個是可用的。

經過srrc濾波器的π/4-dqpsk訊號如下圖,可以看出相位狀態上有符號間干擾,相位軌跡雖然沒經過原點但卻比較接近原點。

在藍芽中就是選擇π/4-dqpsk調製作為其一種調製方式。選擇π/4-dqpsk可能是在複雜度和效能上的折中吧。

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