1. 程式人生 > >詳解藍芽標準中的Pi/4-DQPSK調製

詳解藍芽標準中的Pi/4-DQPSK調製

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:
這裡寫圖片描述
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:
這裡寫圖片描述
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的根升餘弦濾波器之後的訊號星座圖如下:
這裡寫圖片描述


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的升餘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.
這裡寫圖片描述
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。功放設計者儘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一個位元時間延遲。
這裡寫圖片描述
下圖顯示瞭如何通過插入一個位元延時使相位軌跡遠離原點:
這裡寫圖片描述
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的根升餘弦濾波器之後的訊號星座圖如下:
這裡寫圖片描述
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。
這裡寫圖片描述

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一個符號的參考相位。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譯碼的差別,差分譯碼是對進行相干檢測出的訊號使用差分解調方程進行譯碼。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。
這裡寫圖片描述
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。
這裡寫圖片描述
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。