蓝牙是一种被广泛应用的无线通信标准,工作在2.4GHz-2.4835GHz频段范围,所用的调制方式有三种:GFSK,pi/4-DQPSK和8DPSK。今天就来介绍下pi/4-DQPSK调制。
BPSK
首先从最简单的BPSK讲起,BPSK就是二进制相移键控只有两种相位状态,并且两种相位状态差180°。其星座图如下:
BPSK信号只有I路,若将Q路也发送额外信息则频谱效率可以加倍,于是就有了QPSK。
QPSK
QPSK每次进入两bit数据,允许有4种相位变化,其星座图如下:
为了减小带外辐射一般会经过成型滤波器,我们画出经过滚降系数为0.3的根升余弦滤波器之后的信号星座图如下:
可以看出有穿越原点的相位轨迹,这实际上会造成相位失真。为了分析信号我们画出滚降系数分别为0.2和0.9的升余弦滤波器时信号幅度,可以看到信号幅度变化显著,在一些点甚至会趋近于零,此时相应的相位轨迹也趋近于原点。不同滚降因子信号的幅度变化程度即峰均比是不同的,滚降因子为0.2时PAPR为2.86dB,滚降因子为0.9时PAPR为1.11dB.
一般的当信号幅度变化越大发射功放所要求的线性范围就越大。功放设计者尽可能使工作点接近压缩区域以获得高的功放效率。但一般都要在功放效率和带外辐射之间进行权衡。
在相干检测时QPSK和BPSK的误比特率相同。为了解决QPSK相位轨迹通过原点的问题,可以使用OQPSK来实现。
OQPSK
OQPSK是偏移正交相移键控,与QPSK相比,OQPSK调制在产生一条支路时插入了一个比特时间延迟。
下图显示了如何通过插入一个比特延时使相位轨迹远离原点:
QPSK有问题的相位轨迹与180度相位旋转有关系,而OQPSK能够把180度相位旋转分成两个90度相位变化,因此相位轨迹远离原点。同样的画出经过滚降系数为0.3的根升余弦滤波器之后的信号星座图如下:
从上图中可以看出OQPSK调制避免了接近原点的相位轨迹。因此也可以减小信号的PAPR。当采用相干检测OQPSK信号时其误比特率与BPSK和QPSK调制相同。
DQPSK
DQPSK调制的信息在发送信号的相位差之中:
S(k)=S(k-1)*e^(jΔφ(k));
其相位状态只在X坐标轴和Y坐标轴上。
对于DQPSK调制可以采用差分检测来处理,但差分检测错误会传播,即当前错误会作为下一个符号的参考相位。在AWGN信道中差分检测性能会比相干检测差3dB。另外注意差分检测和差分译码的差别,差分译码是对进行相干检测出的信号使用差分解调方程进行译码。而差分检测对接收信号的相位进行差分处理。
π/4-DQPSK
π/4-DQPSK相比与DQPSK只是可变相位均为π/4的倍数,但其星座图有8个可能的相位状态,任意符号时刻只有4个是可用的。
经过SRRC滤波器的π/4-DQPSK信号如下图,可以看出相位状态上有符号间干扰,相位轨迹虽然没经过原点但却比较接近原点。
在蓝牙中就是选择π/4-DQPSK调制作为其一种调制方式。选择π/4-DQPSK可能是在复杂度和性能上的折中吧。