深入理解蓝牙BLE之“无线通信的调制解调”

news2024/11/19 17:21:39

FSK:

Frequency Shift Keying,频移键控,即一种允许根据数字调制信号改变载波频率而进行数据传输的数字调制技术,比如在BFSK中,二进制1和二进制0期间传输不同频率的载波信号。由于这种调制解调方式容易实现,抗噪声和抗衰减性能较强,因此在 中低速数字通信系统中得到了较为广泛的应用。

定义:

 FSK,英文为Frequency Shift Keying,即一种允许根据数字调制信号改变载波频率而进行数据传输的数字调制技术,比如在BFSK中,二进制1和二进制0期间传输不同频率的载波信号。

二进制 FSK (BFSK) 可以用以下数学方程式表示:

s(t) = A* cos(2*π*f1*t) 对于二进制1

s(t) = A* cos(2*π*f2*t)对于二进制 0

FSK的生成:

 从上图我们可以知道,FSK信号的产生包括两个振荡器和一个开关组成。其中,振荡器分别产生不同频率的信号,如一个产生高频信号F1,另外一个产生低频信号F2,两个载波信号通过二进制序列控制的开关选择输出,当调制信号位为1时,开关切换到1端口,输出F1;反之,当调制信号位为0是,开关切换到2端口,输出F2。

优势:

  • 具有较低的错误概率 (Pe)
  • 提供高SNR(信噪比)
  • 由于包络恒定,具有更高的抗噪能力,对通过信道的衰减变化具有鲁棒性
  • FSK发送器和接收器的实现对于低数据速率应用来说很简单。

缺点:

  • 与其他调制技术(如 ASK 和 PSK)相比,它使用更大的带宽
  • 与 PSK 调制相比,AWGN 信道中的 BER(误码率)性能更差

2FSK:

二进制频移键控(2FSK)是通过对两个不同载波信号进行变换使其成为数字信号来完成信息传输的。是用载波频率的变化来表征被传信息的状态的,被调载波的频率随二进制序列 0、1 状态而变化。

2GFSK:

其中G是Gauss Filter的缩写,其作用就是用来限制信号的频谱宽度,所以GFSK的意思就是说:当原始数字信号在经过FSK调变送出前,加上一个高斯低通滤波器来限制调变后的信号频谱宽度,使得在通讯上能限制频谱宽度的传输以及功率的消耗,而BT则是高斯滤波器的一个参数。

低功耗蓝牙采用了高斯频移键控2GFSK-BT0.5的调制方式。高斯滤波器通过增加从一个值到另一个值得频率转换时间,优化了一个符号到下一个符号的转换。如果没有高斯滤波器,频率转换会非常快,从而导致很大的噪声。高斯滤波器的引入,意味着从比特0到比特1的转换迅速而高效。

2FSK时域图:

2GFSK时域图:

从上2图的对比可知,就调制信号而言,频域下的2GFSK比频域下的2FSK更加平滑,而且旁瓣杂散信号基本被过滤干净,同时信号占用带更窄了。但是,相较于2FSK调制而言,性能并没有因此恶化,基本不变,而且频谱密度效率还更高了。那既然这么叼,BLE毫无疑问肯定要选择2GFSK调制方式啊。

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