蓝牙射频调变模式与测量

2011-10-13 12:33:24来源: 互联网

1 引 言

蓝牙是一种无线个人区域网络(WPAN)技术,IEEE将其作为802.15.1,它具有非常广阔的应用前景。蓝牙1.2版(标准速率)当前提供721 kb/s的最大数据传输率,理论值为1 Mb/s。蓝牙2.0版(增强速率EDR)的是蓝牙无线技术的演进,提供的最大实际数据传输率为2.1 Mb/s,理论值为3 Mb/s。由于蓝牙EDR用移相键控(PSK)调变模式替代标准速率的高斯频移键控(GFSK),实现较高数据传输率,蓝牙收发系统的射频设计也由直接调制VCO架构转向I&Q混合架构,提高了电路集成度,从模拟信号处理转向数字信号处理。

在研发蓝牙应用产品的过程中,射频部分是一个关键环节,其性能的好坏决定了蓝牙无线通信质量的优劣。因此,本文主要分析蓝牙标准速率与增强速率的三种调变模式的差异性,以及用实时频谱仪测量蓝牙跳频信号的方法。

2 蓝牙系统简述

蓝牙系统工作于ISM频段上,通常是在2.402~2.48 GHz之间的79个信道上运行,信道带宽1 MHz,采用了跳频扩频技术(FHSS)。蓝牙v1.2系统使用称为0.5BT高斯频移键控(GFSK)的数字频率调变模式实现彼此间的通信。即将载波向上频移157 kHz代表“1”,向下频移157 kHz代表“0”,基本传输速率为1 Mb/s。在发送器中,先通过高斯脉冲滤波器对基带数据整形,然后在压控振荡器(VCO)上进行简单的FSK直接调制,实现了GFSK调变模式。将数据滤波器的-3 dB带宽设定在500 kHz,-20 dB带宽设定在1 MHz,以限制射频信号的占用频带。

蓝牙设备之间的通信采用时分复用(TDD)技术,即接收器和发送器在不同的时隙交替传送信息,如:单时隙(DH1)、三时隙(DH3)和五时隙(DH5)等,时隙公称长度为625μs。在很拥挤的频段上,为了保证可靠地链接设备,采用一种载频受伪随机序列控制的跳频模式,最大跳频速率为1 600跳/s。

蓝牙v2.0是对蓝牙v1.2进行改进,加入了增强速率(EDR)特性,它不仅具备v1.2的所有功能特性,并且在数据封包的负载部分运用了两种新的调变模式。它使用移相键控(PSK)技术来调变RF载波,使每个符号的位元数增加2~3倍,因此,提供了2 Mb/s和3 Mb/s的最高资料速率。EDR封包1使用π/4-DQPSK调变模式,EDR封包2使用8DPSK调变模式。在发送器中,先通过平方根升余弦滤波器(滚降系数α=0.5)对基带数据整形,后经过差分编码在I&Q架构中进行PSK调制;在接收器中,先解调还原基带数据,后用平方根升余弦滤波器整形,实现了π/4-DQPSK和8DPSK两种调变模式;其结果-20 dB信道带宽达1.5 MHz,比GFSK调变模式稍大。

3 基带数据速率封包

3.1 蓝牙基本速率封包

蓝牙v1.2基带数据封包中包含了存取码、标头、保护时段(guard band)和负载(payload),如图1所示。基本速率调变指的是GFSK,数据会以每个符号携带一个位元的方式,在1 Mb/s的资料速率下进行传输,因此符号速率为1 Ms/s。资料会利用最小115 kHz的载波频率中的位移或偏差,在RF载波上调变。高斯脉冲波形将-20 dB的频宽维持1 MHz,频谱利用率比BFSK高一倍。

3.2 蓝牙增强速率封包

蓝牙v2.0 EDR封包先在存取码和标头的部分使用GFSK调变模式,但是,在保护时间5μs之后,负载部分则用π/4-DQPSK或8DPSK调变模式,如图2所示。在保持指定的1 Ms/s符号速率前提下,增强速率分别提升资料速率到2 Mb/s或3 Mb/s,即每个符号发射二到三位码元。通过测试发现结果,在封包的GFSK调变部分振幅显得相当固定,但在DPSK调变波形中振幅却有较大的波动。

4 数字调变模式

在蓝牙射频部分中,调变模式是关键性技术,直接决定通信系统的性能优劣。蓝牙v2.0采用两种新型的数字调变模式,大大地提升了蓝牙通信系统的质量。

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关键字:蓝牙射频  调变模式

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1013/article_3700.html
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