藍(lán)牙射頻調(diào)變模式與測(cè)量
1 引 言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/195882.htm藍(lán)牙是一種無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)技術(shù),IEEE將其作為802.15.1,它具有非常廣闊的應(yīng)用前景。藍(lán)牙1.2版(標(biāo)準(zhǔn)速率)當(dāng)前提供721 kb/s的最大數(shù)據(jù)傳輸率,理論值為1 Mb/s。藍(lán)牙2.0版(增強(qiáng)速率EDR)的是藍(lán)牙無線技術(shù)的演進(jìn),提供的最大實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸率為2.1 Mb/s,理論值為3 Mb/s。由于藍(lán)牙EDR用移相鍵控(PSK)調(diào)變模式替代標(biāo)準(zhǔn)速率的高斯頻移鍵控(GFSK),實(shí)現(xiàn)較高數(shù)據(jù)傳輸率,藍(lán)牙收發(fā)系統(tǒng)的射頻設(shè)計(jì)也由直接調(diào)制VCO架構(gòu)轉(zhuǎn)向IQ混合架構(gòu),提高了電路集成度,從模擬信號(hào)處理轉(zhuǎn)向數(shù)字信號(hào)處理。
在研發(fā)藍(lán)牙應(yīng)用產(chǎn)品的過程中,射頻部分是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),其性能的好壞決定了藍(lán)牙無線通信質(zhì)量的優(yōu)劣。因此,本文主要分析藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)速率與增強(qiáng)速率的三種調(diào)變模式的差異性,以及用實(shí)時(shí)頻譜儀測(cè)量藍(lán)牙跳頻信號(hào)的方法。
2 藍(lán)牙系統(tǒng)簡(jiǎn)述
藍(lán)牙系統(tǒng)工作于ISM頻段上,通常是在2.402~2.48 GHz之間的79個(gè)信道上運(yùn)行,信道帶寬1 MHz,采用了跳頻擴(kuò)頻技術(shù)(FHSS)。藍(lán)牙v1.2系統(tǒng)使用稱為0.5BT高斯頻移鍵控(GFSK)的數(shù)字頻率調(diào)變模式實(shí)現(xiàn)彼此間的通信。即將載波向上頻移157 kHz代表“1”,向下頻移157 kHz代表“0”,基本傳輸速率為1 Mb/s。在發(fā)送器中,先通過高斯脈沖濾波器對(duì)基帶數(shù)據(jù)整形,然后在壓控振蕩器(VCO)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的FSK直接調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了GFSK調(diào)變模式。將數(shù)據(jù)濾波器的-3 dB帶寬設(shè)定在500 kHz,-20 dB帶寬設(shè)定在1 MHz,以限制射頻信號(hào)的占用頻帶。
藍(lán)牙設(shè)備之間的通信采用時(shí)分復(fù)用(TDD)技術(shù),即接收器和發(fā)送器在不同的時(shí)隙交替?zhèn)魉托畔?,如:?jiǎn)螘r(shí)隙(DH1)、三時(shí)隙(DH3)和五時(shí)隙(DH5)等,時(shí)隙公稱長(zhǎng)度為625μs。在很擁擠的頻段上,為了保證可靠地鏈接設(shè)備,采用一種載頻受偽隨機(jī)序列控制的跳頻模式,最大跳頻速率為1 600跳/s。
藍(lán)牙v2.0是對(duì)藍(lán)牙v1.2進(jìn)行改進(jìn),加入了增強(qiáng)速率(EDR)特性,它不僅具備v1.2的所有功能特性,并且在數(shù)據(jù)封包的負(fù)載部分運(yùn)用了兩種新的調(diào)變模式。它使用移相鍵控(PSK)技術(shù)來調(diào)變RF載波,使每個(gè)符號(hào)的位元數(shù)增加2~3倍,因此,提供了2 Mb/s和3 Mb/s的最高資料速率。EDR封包1使用π/4-DQPSK調(diào)變模式,EDR封包2使用8DPSK調(diào)變模式。在發(fā)送器中,先通過平方根升余弦濾波器(滾降系數(shù)α=0.5)對(duì)基帶數(shù)據(jù)整形,后經(jīng)過差分編碼在I&Q架構(gòu)中進(jìn)行PSK調(diào)制;在接收器中,先解調(diào)還原基帶數(shù)據(jù),后用平方根升余弦濾波器整形,實(shí)現(xiàn)了π/4-DQPSK和8DPSK兩種調(diào)變模式;其結(jié)果-20 dB信道帶寬達(dá)1.5 MHz,比GFSK調(diào)變模式稍大。
3 基帶數(shù)據(jù)速率封包
3.1 藍(lán)牙基本速率封包
藍(lán)牙v1.2基帶數(shù)據(jù)封包中包含了存取碼、標(biāo)頭、保護(hù)時(shí)段(guard band)和負(fù)載(payload),如圖1所示?;舅俾收{(diào)變指的是GFSK,數(shù)據(jù)會(huì)以每個(gè)符號(hào)攜帶一個(gè)位元的方式,在1 Mb/s的資料速率下進(jìn)行傳輸,因此符號(hào)速率為1 Ms/s。資料會(huì)利用最小115 kHz的載波頻率中的位移或偏差,在RF載波上調(diào)變。高斯脈沖波形將-20 dB的頻寬維持1 MHz,頻譜利用率比BFSK高一倍。
3.2 藍(lán)牙增強(qiáng)速率封包
藍(lán)牙v2.0 EDR封包先在存取碼和標(biāo)頭的部分使用GFSK調(diào)變模式,但是,在保護(hù)時(shí)間5μs之后,負(fù)載部分則用π/4-DQPSK或8DPSK調(diào)變模式,如圖2所示。在保持指定的1 Ms/s符號(hào)速率前提下,增強(qiáng)速率分別提升資料速率到2 Mb/s或3 Mb/s,即每個(gè)符號(hào)發(fā)射二到三位碼元。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)結(jié)果,在封包的GFSK調(diào)變部分振幅顯得相當(dāng)固定,但在DPSK調(diào)變波形中振幅卻有較大的波動(dòng)。
4 數(shù)字調(diào)變模式
在藍(lán)牙射頻部分中,調(diào)變模式是關(guān)鍵性技術(shù),直接決定通信系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。藍(lán)牙v2.0采用兩種新型的數(shù)字調(diào)變模式,大大地提升了藍(lán)牙通信系統(tǒng)的質(zhì)量。
評(píng)論