CN112398770B - 一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备 - Google Patents

一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN112398770B
CN112398770B CN202011271704.4A CN202011271704A CN112398770B CN 112398770 B CN112398770 B CN 112398770B CN 202011271704 A CN202011271704 A CN 202011271704A CN 112398770 B CN112398770 B CN 112398770B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
signal
digital
radio frequency
shift keying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011271704.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112398770A (zh
Inventor
徐斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zgmicro Nanjing Ltd
Original Assignee
Zgmicro Nanjing Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zgmicro Nanjing Ltd filed Critical Zgmicro Nanjing Ltd
Publication of CN112398770A publication Critical patent/CN112398770A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112398770B publication Critical patent/CN112398770B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/12—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/14—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制/解调方法及其设备，该方法包括将输入的二进制数据流分组，每组包含多个比特；将二进制数据流映射为相位序列，其中，一个二进制数据组通过格雷编码被映射为预定相位集之中的一个相位；利用预设的频率波形积分得到的相位波形,将相位序列调制为相位信号。基于该相位信号获得的基带信号，用于蓝牙低功耗信号传输时，可以在提高BLE无线传输速率的同时，保持较高的功率放大效率、较低的解调复杂度、及较高的抗多路径干扰的性能。

Description

一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备
技术领域
本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种蓝牙低功耗多相位频移键控多相位频移键控调制、解调方法及设备。
背景技术
物联网是智能时代的基础，无线连接技术是物联网的核心。随着物联网的发展，各种无线连接技术得到了广泛的应用，如蓝牙低功耗技术(BLE:Bluetooth Low Energy)。BLE不仅在物联网无线连接领域得到了广泛的应用，蓝牙低功耗音频(BLE Audio)还将给人们带来更低功耗更低成本及更高质量的无线音频服务。但是，BLE的最大传输速率只有2Mbps，限制了无线传输速率或无线音频质量的进一步提高，尤其是，高分辨率音频的无线传输和设备固件更新需要的高速数据传输。为了提高BLE无线传输速率，可以降低BLE所采用的高斯频移键控(GFSK:Gaussian Frequency Shift Keying)调制的符号周期。但是，符号周期越短，受多路径干扰的影响越大，远距离无线传输的性能越差。也可以考虑采用经典蓝牙(Classic Bluetooth)所用的差分相移键控(DPSK:Differential Phase Shift Keying)调制，或者，采用多载波调制技术，以提高无线传输速率。但是，DPSK调制信号和多载波调制信号都跟BLE恒定包络信号不同，具有较高的峰均功率比。高峰均功率比的信号对功率放大器的线性度要求很高，因而实现复杂度高且功率效率低，不适合对功耗效率要求很高的BLE应用。还可以采用多阶频移键控(MFSK:M_ary FSK)调制，但是，MFSK解调复杂度高，解调性能差。
发明内容
本发明公开一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备，在提高BLE无线传输速率的同时，保持较高的功率放大效率、较低的解调复杂度、及较高的抗多路径干扰的性能。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为，一方面提供一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制方法，包括:
将输入的二进制数据流分组，每组包含多个比特；将所述二进制数据流映射为相位序列，其中，一个二进制数据组通过格雷编码被映射为预定相位集之中的一个相位；
利用预设的频率波形积分得到的相位波形，将所述相位序列调制为相位信号；
所述相位波形的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000021
其中，所述预设的频率波形的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000022
w(t)为d次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000023
其中，T为符号周期，T1、T2为预设的符号周期内时间分段值，T0为脉冲持续时间，且T0＝T2-T1，d为大于0的实数，π为圆周率，cos()为余弦函数，t为时间。
优选地，T1＝T-T2。
优选地，所述相位信号的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000024
且，相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA0002777883660000025
满足的关系为
Figure BDA0002777883660000026
其中，p(t)为相位波形，T为符号周期，t为时间，k为相位符号的序号。
优选地，所述一个二进制数据组通过格雷编码被映射为预定相位集之中的一个相位，包括：
通过格雷编码，将每两个数据比特{b0，b1}映射为四相位集{+π/4，+3π/4，-3π/4，-π/4}中的一个相位θ；或者，
通过格雷编码，将每三个数据比特{b0，b1，b2}映射为八相位集{+π/8，+3π/8，+5π/8，+7π/8，-7π/8，-5π/8，-3π/8，-π/8}中的一个相位θ；或者，
通过格雷编码，将每四个数据比特{b0，b1，b2，b3}映射为十六相位集{±π/16，±3π/16，±5π/16，±7π/16，±9π/16，±11π/16，±13π/16，±16π/16}中的一个相位θ。
具体地，设置脉冲持续时间T0等于符号周期T，d取值为3；
采用四相位频移键控QPFSK调制时，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为1us，设置T1＝0us，T2＝1us；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含8个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为2Mbps；所述前导符包含16个比特的{0010001000100010}，将其映射为8个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，其时长为8us；
或者，
采用四相位频移键控QPFSK调制时，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为4Mbps；所述前导符包含32个比特的{00 10 00 10 00 1000 10 00 10 00 10 00 10 00 10}，将其映射为16个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，其时长为8us。
具体地，设置脉冲持续时间T0等于符号周期T，d取值为3；
采用八相位频移键控8PFSK调制时，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带三个比特的数据，传输速率为6Mbps；
所述前导符包含48个比特的{010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010110 010 110 010 110}，并将其映射为16个相位序列{+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8}，其时长为8us。
具体地，设置脉冲持续时间T0等于符号周期T，d取值为3，T1取值为0us；
采用十六相位频移键控16PFSK调制时，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带四个比特的数据，传输速率为8Mbps；
所述前导符包含64个比特的{0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 01001100 0100 1100 0100 1100 0100 1100}，并将其映射为16个相位序列{+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16}，其时长为8us。
具体地，设置脉冲持续时间T0小于符号周期T，d取值为2；
采用四相位频移键控QPFSK调制时，设置符号周期T＝1us，T0＝0.8us，设置T1＝0.1us，T2＝0.9us；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含8个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为2Mbps；所述前导符包含16个比特的{00 10 00 10 00 10 0010}，并将其映射为8个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，其时长为8us；
或者，
采用四相位频移键控QPFSK调制时，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4us，设置T1＝0.05us，T2＝0.45us；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为4Mbps；所述前导符包含32个比特的{00 10 00 10 00 10 0010 00 10 00 10 00 10 00 10}，并将其映射为16个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，其时长为8us。
具体地，设置脉冲持续时间T0小于符号周期T，d取值为2；
采用八相位频移键控8PFSK调制时，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4us，设置T1＝0.05us，T2＝0.45us；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带三个比特的数据，传输速率为6Mbps；
所述前导符包含48个比特的{010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010110 010 110 010 110}，并将其映射为16个相位序列{+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8}，其时长为8us。
具体地，设置脉冲持续时间T0小于符号周期T，d取值为2；
采用十六相位频移键控16PFSK调制时，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4us，设置T1＝0.05us，T2＝0.45us；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带四个比特的数据，传输速率为8Mbps；
所述前导符包含64个比特的{0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 01001100 0100 1100 0100 1100 0100 1100}，并将其映射为16个相位序列{+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16}，其时长为8us。
第二方面提供一种一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制方法，该方法包括：
将输入的二进制数据流分组并映射为相位序列；
利用预设的频率波形积分得到的相位波形，将所述相位序列调制为相位信号，基于所述相位信号获得基带信号；其中，
所述相位波形p(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000051
所述频率波形y(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000052
所述相位信号
Figure BDA0002777883660000053
的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000054
且，相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA0002777883660000055
满足的关系为
Figure BDA0002777883660000056
所述基带信号的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000057
其中，
Figure BDA0002777883660000058
其中，T为符号周期，d为大于0的实数，π为圆周率，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数，t为时间，A为信号幅度，k为相位符号的序号。
第三方面提供一种蓝牙低功耗多相位频移键控解调方法，用于对利用第一、第二方面所述调制方法调制的信号进行解调，包括，
将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
对所述基带信号进行频率和时间同步并采样后得到基带采样信号；
基于所述基带采样信号获得差分信号；
根据所述差分信号解调出二元数据。
优选地，所述基带信号为：
Figure BDA0002777883660000059
其中
Figure BDA00027778836600000510
为基带信号，
Figure BDA00027778836600000511
为接收信号的幅度，n(t)为加性噪声，Δf(t)为残留频率偏差，ε(t)为相位噪声，为处理值符号；
所述基带采样信号为：
Figure BDA0002777883660000061
其中
Figure BDA0002777883660000062
为基带采样信号，∈(k*T)为经过频率同步或校准后的相位误差；
基于所述基带采样信弓
Figure BDA0002777883660000063
计算差分信号
Figure BDA0002777883660000064
其中：
Figure BDA0002777883660000065
具体地，基于所述差分信号
Figure BDA0002777883660000066
所包含的实部信号
Figure BDA0002777883660000067
和虚部信号
Figure BDA0002777883660000068
解调获得二元数据，其中：
针对采用四相位频移键控QPFSK调制的射频信号，恢复二元数据的估值
Figure BDA0002777883660000069
和
Figure BDA00027778836600000610
的方法为，
Figure BDA00027778836600000611
和
Figure BDA00027778836600000612
针对采用八相位频移键控8PFSK调制的射频信号，恢复二元数据的估值
Figure BDA00027778836600000613
和
Figure BDA00027778836600000614
的方法为，
Figure BDA00027778836600000615
和
Figure BDA00027778836600000616
和
Figure BDA00027778836600000617
其中，||为绝对值符号；
针对采用十六相位频移键控16PFSK调制的射频信号，恢复二元数据的估值
Figure BDA00027778836600000618
Figure BDA00027778836600000619
和
Figure BDA00027778836600000620
的方法为，
Figure BDA00027778836600000621
和
Figure BDA00027778836600000622
和
Figure BDA0002777883660000071
和
Figure BDA0002777883660000072
其中，||为绝对值符号，E为系数。
更具体地，设置E的值为大于2且小于3的实数。
进一步具体地，设置E的值为2.414。
第四方面提供一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制发射机，其特征在于，所述发射机实现第一、第二方面所述的方法，以及包含：
发送数据处理单元，配置为提供二进制数据流；
相位映射单元，配置为根据格雷编码，将二进制数据流分组并映射为相位序列；
相位波形产生单元，配置为利用预设的频率波形积分，产生相位波形；
相位信号产生单元，配置为利用所述相位波形，将所述相位序列调制为相位信号；
基带信号产生单元，配置为将所述相位信号转换为两个分路基带信号；
射频信号产生单元，配置为将两个分路基带信号分别调制为两个分路射频信号，再将两个分路射频信号合并后，经过功率放大器生成射频信号；
和天线，配置为将所述射频信号发射到空中。
第五方面提供一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制接收机，其特征在于，所述接收机实现第三方面所述的方法，以及包含：
天线，配置为接收空中无线射频信号；
射频信号处理单元，配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
同步单元，配置为估计接收机和发射机之间的频率偏差，以及准确的采样时间；
采样单元，配置为对所述基带信号进行采样后得到基带采样信号；
差分解调单元，配置为基于所述基带采样信号获得差分信号；
解映射单元，根据所述差分信号解调出二元数据；
接收数据处理单元，配置为处理二进制数据流。
第六方面提供一种蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制发射机，其特征在于，所述发射机实现第一、第二方面所述的方法，以及包含：
发送数据处理单元，配置为提供二进制数据流；
相位映射单元，配置为根据格雷编码，将二进制数据流分组并映射为相位序列；
数字相位波形产生单元，配置为利用预设的频率波形积分，产生数字相位波形；
数字相位信号产生单元，配置为利用所述数字相位波形，将所述相位序列调制生成数字相位信号，或
根据预先保存的波形数据，生成数字相位信号；
数字基带信号产生单元，将所述数字相位信号转换为两路数字基带信号；
数模转换单元，配置为将所述两个分路数字基带信号分别转换为两个分路模拟基带信号；
射频信号产生单元，配置为将两个分路模拟基带信号分别调制为两个分路射频信号，再将两个分路射频信号合并后，经过功率放大器生成射频信号；
和天线，配置为将所述射频信号发射到空中。
第七方面提供一种一种蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制接收机，其特征在于，所述接收机实现第三方面所述的方法，以及包含：
天线，配置为接收空中无线射频信号；
射频信号处理单元，配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为低中频模拟基带信号；
模数转换单元，配置为将所述低中频模拟复基带信号转化为数字低中频复信号；
数字低中频下变频单元，配置为将把数字低中频复信号转化为I/Q两路数字基带信号；
数字滤波器，配置为对数字基带信号低通滤波；
数字同步单元，配置为对滤波后的数字基带信号估计频率偏差和采样时间偏差；
数字差分解调单元，配置为对间隔为过采样点的I/Q两路数字基带信号做差分处理，获得两路信号序列；
解映射单元，配置为将两路信号序列映射为二进制数据流；
接收数据处理单元，配置为处理二进制数据流
利用以上各个方面中的方法、装置中的一个或多个，可以更为有效地在提高无线传输速率的同时，保持较高的功率放大效率、较低的解调复杂度、及较高的抗多路径干扰的性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的蓝牙低功耗多相位频移键控调制发射机的结构图；
图3为本发明实施例提供的蓝牙低功耗多相位频移键控调制接收机的结构图；
图4为本发明实施例提供的蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制发射机的结构图；
图5为本发明实施例提供的蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制接收机的结构图；
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它的实施例，都属于本发明保护的范围。
如前所述，现有的提高BLE无线传输速率的技术中，降低高斯频移键控(GFSK：Gaussian Frequency Shift Keying)调制的符号周期受多路径干扰的影响大，远距离传输的性能差。差分相移键控(DPSK：Differential Phase Shift Keying)或者多载波调制的调制信号，和BLE恒定包络信号不同，峰均功率比较高，对功率放大器要求高，实现复杂度高，且功率效率低不适合BLE应用。多阶频移键控(MFSK：M_ary FSK)调制的解调的复杂度高、性能差。
为解决上述技术问题，本发明提出满足一定相位约束的多相位频移键控(MPFSK：Multiple Phase Frequency Shift Keying)调制及相应的复杂度较低的解调方法，该方法可以结合多阶频移键控调制技术功率放大效率高、和多阶相移键控调制技术解调复杂度低的优点，在提高BLE无线传输速率的同时，保持较高的功率放大效率、较低的解调复杂度、及较高的抗多路径干扰的性能。
图1示出本发明实施例提供的一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制方法的流程图，如图1所示，该方法至少包括如下步骤：
步骤11，将输入的二进制数据流分组，每组包含多个比特；将二进制数据流映射为相位序列，其中，一个二进制数据组通过格雷编码被映射为预定相位集之中的一个相位。
具体的，把每组多个数据比特通过格雷编码映射为相位集之中的相位，其中，每组数据比特的个数为L，相位集的相位个数为M＝2L。相对于自然二进制码，格雷码是一种错误更小的编码方式。
为了便于描述发明的核心思想，本文中，当M＝4时，将采用本申请的MPFSK调制方法称为：四相位频移键控(4MFSK)调制，或称为：正交相位频移键控(QPFSK：QuadraturePhase Frequency Shift Keying)调制；当M＝8时，将采用本申请的MPFSK调制方法称为：八相位频移键控(8PFSK)调制；M＝16时，将采用本申请的MPFSK调制方法称为：十六相位频移键控(16PFSK)调制。
在一个实施例中，采用四相位集{+π/4，+3π/4，-3π/4，-π/4}，每两个数据比特{b0，b1}采用格雷编码(Gray Coding)映射为四相位集中的一个相位θ。映射关系如表1所示。
表1四相位映射表
b0 b1 θ
0 0 +π/4
0 1 +3π/4
1 1 -3π/4
1 0 -π/4
在一个实施例中，采用四相位集{+π/4，+3π/4，-3π/4，-π/4}，每两个数据比特{b0，b1}采用格雷编码(Gray Coding)映射为四相位集中的一个相位θ。映射关系如表2所示。
表2八相位映射表
b0 b1 b2 θ
0 0 0 +π/8
0 0 1 +3π/8
0 1 1 +5π/8
0 1 0 +7π/8
1 1 0 -7π/8
1 1 1 -5π/8
1 0 1 -3π/8
1 0 0 -π/8
在一个实施例中，采用四相位集{+π/4，+3π/4，-3π/4，-π/4}，每两个数据比特{b0，b1}采用格雷编码(Gray Coding)映射为四相位集中的一个相位θ。映射关系如表3所示。
表3十六相位映射表
Figure BDA0002777883660000101
Figure BDA0002777883660000111
可以理解，不同的实施例中，还可以采用其他相位集，也可以建立其它的二进制数据组与相位集中的相位的映射关系，本说明书对此不做限制。
步骤12，利用预设的频率波形积分得到的相位波形，将所述相位序列调制为相位信号。
具体地，相位波形通过d次方根余弦脉冲(Cosine Pulse)积分并归一化得到。相位波形的数学表达式如下：
Figure BDA0002777883660000112
其中，T为符号周期(Symbol Duration)，频率波形分为三段，数学表达式为，
Figure BDA0002777883660000113
其中，w(t)可以采用d次方根余弦脉冲(Cosine Pulse)，其数学表达式为，
Figure BDA0002777883660000114
其中，T0为脉冲持续时间，T0＝T2-T1，d为大于0的实数，π为圆周率，cos()为余弦函数，t为时间。
在另一些具体实施方式中，w(t)的数学表达式可以为：
Figure BDA0002777883660000121
其中，T0为脉冲持续时间，T0＝T2-T1，d为大于0的实数，π为圆周率，cos()为余弦函数，t为时间。
在一个实施例中，T1＝T-T2。
本实施例提供的调制方法可以通过调节T0和d的大小，调节信号占用的物理带宽和抗多路径干扰的性能。在一些实施例中，d取值可以为0.5，1，2或3等。
在一个实施例中，相位信号的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000122
在一个较佳实施例中，相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA0002777883660000123
满足的关系为
Figure BDA0002777883660000124
Figure BDA0002777883660000125
满足该关系可以便于接收端采用差分相位解调方法，以降低其解调复杂度。
p(t)为相位波形，T为符号周期，t为时间，k为相位符号的序号。
步骤13，将所述相位信号分别通过余弦函数和正弦函数转换为两路基带信号。
在一个实施例中，采用MPFSK调制的基带信号的数学表达式为，
Figure BDA0002777883660000126
其中，A为信号幅度，j为虚部符号，
Figure BDA0002777883660000127
IB(t)和QB(t)即为本步骤中将相位信号转换而获得的两个分路基带信号。
在一个实施例中，还可以根据两个分路基带信号，获取射频信号：
采用MPFSK调制的射频信号为，
Figure BDA0002777883660000128
其中，Fc为射频载波频率，P为射频信号放大增益，IR(t)＝IB(t)*cos(2π*Fc*t)，QR(t)＝-QB(t)*sin(2π*Fc*t)。
本发明实施例又提供一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制方法，该方法至少包括如下步骤：
步骤A：将输入的二进制数据流分组并映射为相位序列；
所述步骤A可以与前述实施例的步骤11相同或相似。
步骤B：利用预设的频率波形积分得到的相位波形，将相位序列调制为相位信号，基于所述相位信号获得基带信号；其中，
相位波形p(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000131
所述频率波形y(t)的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000132
所述相位信号
Figure BDA0002777883660000133
的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000134
且，相位序列{θk}和相位信号
Figure BDA0002777883660000135
满足的关系为
Figure BDA0002777883660000136
所述基带信号的数学表达式为：
Figure BDA0002777883660000137
其中，
Figure BDA0002777883660000138
其中，T为符号周期，d为大于0的实数，π为圆周率，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数，t为时间，A为信号幅度，k为相位符号的序号，j为虚部符号。
本发明实施例还提供一种复杂度较低的解调方法，用于对上述调制方法调制的信号进行解调，该解调方法包括：
将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；对基带信号进行频率和时间同步，并采样后得到基带采样信号；基于基带采样信号获得差分信号；根据差分信号解调出二元数据。
作为本发明的一种较佳实施例，其具体的步骤可以包括，
解调第一步，把射频信号乘以相位差90度的正交两路射频载波下变频为基带信号：
Figure BDA0002777883660000139
其中，
Figure BDA0002777883660000141
为接收信号的幅度，n(t)为加性噪声，Δf(t)为残留频率偏差，ε(t)为相位噪声。
解调第二步，经过频率和时间同步并采样后的信号为
Figure BDA0002777883660000142
其中，∈(k*T)为经过频率同步或校准后的相位误差。
解调第三步，求差分信号
Figure BDA0002777883660000143
其中，
Figure BDA0002777883660000144
∈k＝∈[(k+1)*T]-∈(k*T)，
Figure BDA0002777883660000145
Figure BDA0002777883660000146
()*为复共轭。
在另一个实施例中，为了便于解调，还可以把EQ.08转换为
Figure BDA0002777883660000147
其中，
Figure BDA0002777883660000148
解调第四步，根据差分信号解调出二元数据。
在一个实施例中，针对采用四相位频移键控QPFSK调制的射频信号，恢复二元数据b2k和b2k+1的估值
Figure BDA0002777883660000149
和
Figure BDA00027778836600001410
的方法为，
根据表1所示的映射关系和EQ.10得到的实部信号和虚部信号，如果虚部信号
Figure BDA00027778836600001411
大于或等于0，二元数据b2k判决为0；如果虚部信号
Figure BDA00027778836600001412
小于0，二元数据b2k判决为1；如果实部信号
Figure BDA00027778836600001413
大于或等于0，二元数据b2k+1判决为0；如果实部信号
Figure BDA00027778836600001414
小于0，二元数据b2k+1判决为1。其数学表达式如下，
Figure BDA00027778836600001415
和
Figure BDA00027778836600001416
在一个实施例中，针对采用八相位频移键控8PFSK调制的射频信号，恢复二元数据b3k，b3k+1和b3k+2的估值
Figure BDA00027778836600001417
和
Figure BDA00027778836600001418
的方法为，
根据表2所示的映射关系和EQ.10得到的实部信号和虚部信号，如果虚部信号
Figure BDA00027778836600001419
大于或等于0，二元数据b3k判决为0；如果虚部信号
Figure BDA00027778836600001420
小于0，二元数据b3k判决为1；如果实部信号
Figure BDA0002777883660000151
大于或等于0，二元数据b3k+1判决为0；如果虚部信号
Figure BDA0002777883660000152
小于0，二元数据b3k+1判决为1；如果实部信号的绝对值
Figure BDA0002777883660000153
大于或等于虚部信号的绝对值
Figure BDA0002777883660000154
b3k+2判决为0；如果实部信号的绝对值
Figure BDA0002777883660000155
小于虚部信号的绝对值
Figure BDA0002777883660000156
b3k+2判决为0。数学表达式如下，
Figure BDA0002777883660000157
和
Figure BDA0002777883660000158
和
Figure BDA0002777883660000159
其中，||为绝对值符号。
在一个实施例中，针对采用十六相位频移键控16PFSK调制的射频信号，恢复二元数据b4k，b4k+1，b4k+2和b4k+3的估值
Figure BDA00027778836600001510
和
Figure BDA00027778836600001511
的方法为，
根据表3所示的映射关系和EQ.10得到的实部信号和虚部信号，如果虚部信号
Figure BDA00027778836600001512
大于或等于0，二元数据b4k判决为0；如果虚部信号
Figure BDA00027778836600001513
小于0，二元数据b4k判决为1；如果实部信号
Figure BDA00027778836600001514
大于或等于0，二元数据b4k+1判决为0；如果虚部信号
Figure BDA00027778836600001515
小于0，二元数据b4k+1判决为1；如果实部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001516
大于或等于虚部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001517
b4k+2判决为0；如果实部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001518
小于虚部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001519
b4k+2判决为0；如果实部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001520
减去虚部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001521
的差值的绝对值乘以一定的系数大于或等于实部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001522
加上虚部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001523
的和，b4k+3判决为0；如果实部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001524
减去虚部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001525
的差值的绝对值乘以一定的系数小于实部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001526
加上虚部信号的绝对值
Figure BDA00027778836600001527
的和，b4k+3判决为0。数学表达式如下，
Figure BDA00027778836600001528
和
Figure BDA00027778836600001529
和
Figure BDA00027778836600001530
和
Figure BDA0002777883660000161
其中，||为绝对值符号，E为系数。
在一个例子中，E设置为大于2小于3的实数值。在一个更具体的例子中E设置为2.414。
本发明实施例提供的MPFSK调制在BLE中应用的包格式同BLE当前的非编码包格式(Uncoded PHY)相同，如表4所示。包括前导符(Preamble)，接入地址(Access Address)，协议数据单元(PDU：Protocol Data Unit)和循环冗余校验(CRC：Cyclic RedundancyCheck)，其中，接入地址32bits，CRC 24bits。应用中，同当前BLE协议类似，每种包格式通过链路协议，即LL_PHY_UPDATE，来协商切换。
表4
Preamble Access Address PDU CRC
以下提供了采用本发明的MPFSK调制方法针对四种BLE传输速率的具体实施方案，为便于描述和理解，以下将它们分别定义为：LE E2M，LE E4M，LE E6M和LE E8M。
根据一种实施方式，为了占用更小的物理带宽，EQ.03中用三次方根余弦脉冲，即d取值3，脉冲持续时间T0等于符号周期T，其中，LE E2M，LE E4M，LE E6M和LE E8M配置的具体参数分别如下：
LE E2M采用QPFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为1us，设置T1＝0us，T2＝1us。如图3所示的包格式中，前导符包含8个符号(Symbol)。每个符号携带两个bits，符号周期T＝1us，传输速率为2Mbps。前导符16个bits为{0010001000 100010}，映射为8个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，时长共为8us。
LE E4M采用QPFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us。如图3所示的包格式中，前导符包含16个符号(Symbol)。每个符号携带两个bits，符号周期T＝0.5us，传输速率为4Mbps。前导符32个bits为{00 10 00 10 00 10 00 10 00 10 00 10 00 10 00 10}，映射为16个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，时长共为8us。
LE E6M采用8PFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us。如图3所示的包格式中，前导符包含16个符号(Symbol)。每个符号携带三个bits，符号周期T＝0.5us，传输速率为6Mbps。前导符48个bits为{010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110}，映射为16个相位序列{+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8}，时长共为8us。
LE E8M采用十六相位频移键控16PFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us。如图3所示的包格式中，前导符包含16个符号(Symbol)。每个符号携带四个bits，符号周期T＝0.5us，传输速率为8Mbps。前导符64个bits为{0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 01001100 0100 1100 0100 1100}，映射为16个相位序列{+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，}，时长共为8us。
根据另一种实施方式，为了更好地抑制多路径干扰，EQ.03中用二次方根余弦脉冲，脉冲持续时间T0小于符号周期T，即d取值2，其中，LE E2M，LE E4M，LE E6M和LE E8M配置的具体参数分别如下：
LE E2M采用QPFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置符号周期T＝1us，T0＝0.8us，设置T1＝0.1us，T2＝0.9us。如图3所示的包格式中，前导符包含8个符号(Symbol)。每个符号携带两个bits，符号周期T＝1us，传输速率为2Mbps。前导符16个bits为{00 10 0010 00 10 00 10}，映射为8个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，时长共为8us。
LE E4M采用QPFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4us，设置T1＝0.05us，T2＝0.45us。如图3所示的包格式中，前导符包含16个符号(Symbol)。每个符号携带两个bits，符号周期T＝0.5us，传输速率为4Mbps。前导符32个bits为{00 10 00 10 00 10 00 10 00 10 00 10 00 10 00 10}，映射为16个相位序列{+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4，+π/4，-π/4}，时长共为8us。
LE E6M采用8PFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4us，设置T1＝0.05us，T2＝0.45us。如图3所示的包格式中，前导符包含16个符号(Symbol)。每个符号携带三个bits，符号周期T＝0.5us，传输速率为6Mbps。前导符48个bits为{010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110}，映射为16个相位序列{+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8，+5π/8，-5π/8}，时长共为8us。
LE E8M采用十六相位频移键控16PFSK调制，对于EQ.02和EQ.03中的参数，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4us，设置T1＝0.05us，T2＝0.45us。如图3所示的包格式中，前导符包含16个符号(Symbol)。每个符号携带四个bits，符号周期T＝0.5us，传输速率为8Mbps。前导符64个bits为{0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 11000100 1100 0100 1100}，映射为16个相位序列{+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，+15π/16，-15π/16，}，时长共为8us。
图2示出本发明实施例提供的蓝牙低功耗多相位频移键控调制发射机的结构图，如图2所示，该发射机包含发送数据处理单元(Transmit Data Processor)，相位映射单元(Phase Mapper)，相位波形产生单元(Pulse Shaper)，相位信号产生单元(Phase SignalGenerator)，基带信号产生单元(Baseband Signal Generator)，射频信号产生单元(RadioTransmitter)，和天线(Antenna)。
其中，发送数据处理单元提供二元数据流。在不同的实施例中，其功能还可以包括数据加密、白化、信道编码、循环冗余校验(CRC：Cyclic Redundancy Check)中的一个或多个。相位映射单元采用格雷编码，根据表1、表2和表3，把数据处理单元提供二元数据流分组并映射为相位序列。相位波形产生单元根据EQ.01，EQ.02和EQ.03产生相位波形。相位信号产生单元使用相位波形产生单元生成的相位波形把相位映射单元产生的相位序列，根据EQ.04生成相位信号。基带信号产生单元根据EQ.05把相位信号产生单元生成的相位信号转换为两路基带信号，IB(t)和QB(t)。IB(t)和QB(t)的生成过程如EQ.05所示，包括分别根据cosine和sine函数把相位信号变换为两路基带信号，再增益放大其幅度为A。射频信号产生单元根据EQ.06把基带信号产生单元生成的两路基带信号IB(t)和QB(t)分别调制在相位差90度的正交两路射频载波cos(2π*Fc*t)和sin(2π*Fc*t))上生成两路射频信号IR(t)和QR(t)。两路射频信号相加合并后，再经过增益为P的功率放大器生成射频信号S(t)。最后，天线把射频信号产生单元调制的射频信号发射到空中。
图3示出本发明实施例提供的蓝牙低功耗多相位频移键控调制接收机的结构图，如图3所示，该接收机包含天线(Antenna)，射频信号处理单元(Radio Receiver)，同步单元(Synchronizer)，采样单元(Sampler)，差分解调单元(Differentiator)，解映射单元(De-Mapper)，接收数据处理单元(Receive Data Processor)。天线接收空中的无线射频信号。
其中，天线接收空中的无线射频信号。射频信号处理单元把射频信号乘以相位差90度的正交两路射频载波下变频为基带信号，如EQ.07所示。在不同的实施例中，射频信号处理单元还可以包括带通滤波、低噪声放大器、基带增益放大器、基带滤波器中至少一个，用于增强信号并滤除干扰和噪声。同步单元用于估计接收机和发射机之间的频率偏差，并估计准确的采样时间。采样单元根据同步单元提供的同步信号校准频率偏差，并以符号周期T为间隔在准确的时间点采样信号，如EQ.08。差分解调单元根据EQ.09和EQ.10对间隔为周期T的采样信号做差分处理，即复数共轭乘，并获得
Figure BDA0002777883660000191
和
Figure BDA0002777883660000192
两路信号序列。解映射单元根据EQ.11或EQ.12或EQ.13把
Figure BDA0002777883660000193
和
Figure BDA0002777883660000194
两路信号序列映射为二元数据流。最后，接收数据处理单元进一步处理二元数据流，在不同的实施例中，其还可以配置解白化、信道解码、循环冗余校验和解密功能中的一个或多个。
本发明提供的蓝牙低功耗多相位频移键(MPFSK)调制还可以采用数字调制方法。图4示出本发明实施例提供的蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制发射机的结构图，如图4所示，该数字发射机包含，发送数据处理单元(Transmit Data Processor)，相位映射单元(Pbase Mapper)，数字相位波形产生单元(Digital Pulse Shaper)，数字相位信号产生单元(Digital Phase Signal Generator)，数字基带信号产生单元(Digital BasebandSignal Generator)，数模转换单元(DAC：Digital-to-Analog Converter)，射频信号产生单元(Radio Transmitter)，和天线(Antenna)。
其中，发送数据处理单元提供二元数据流，在不同的实施例中，其功能还可以包括数据加密、白化、信道编码、循环冗余校验(CRC：Cyclic Redundancy Check)中至少一个。相位映射单元根据格雷编码，即Tab.1，Tab.2或Tab.3，把数据处理单元提供二元数据流分组并映射为相位序列。数字相位波形产生单元根据EQ.01，EQ.02和EQ.03产生数字相位波形，在不同的实施例中，LE E2M，LE E4M，LE E6M和LE E8M的数字波形过采样率分别为64，32，32和32。数字相位信号产生单元使用数字相位波形产生单元生成的数字相位波形把相位映射单元产生的相位序列，根据EQ.04生成数字相位信号。数字基带信号产生单元根据EQ.05把数字相位信号产生单元生成的数字相位信号转换为两路数字基带信号，即根据余弦和正弦函数把数字相位信号变换为两路数字基带信号，在一个实施例中，每路数字基带信号量化为9bits。两路数字基带信号通过DAC转换为模拟基带信号。射频信号产生单元对数模转换单元输出的模拟基带信号低通滤波后，根据EQ.06把两路模拟基带信号IB(t)和QB(t)分别调制在相位差90度的正交两路射频载波cos(2π*Fc*t)和sin(2π*Fc*t))上生成两路射频信号IR(t)和QR(t)，两路射频信号相加合并后，再经过增益为P的功率放大器生成射频信号S(t)。最后，天线把射频信号产生单元调制的射频信号发射到空中。
本发明提供的蓝牙低功耗多相位频移键(MPFSK)调制还可以采用数字解调方法。图5示出本发明实施例提供的一种蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制接收机的结构图，如图5所示，该数字接收机包含，天线(Antenna)，射频信号处理单元(Radio Receiver)，模数转换单元(ADC：Analog-to-Digital Converter)，数字低中频下变频单元(Digital LowIntermediate Frequency Down Converter)，数字滤波器(Digital Filter)，数字同步单元(Digital Synchronizer)，数字差分解调单元(Digital Differentiator)，解映射单元(De-Mapper)，接收数据处理单元(Receive Data Processor)。
其中，天线接收空中的无线射频信号。在射频信号处理单元，采用低中频结构把射频信号乘以相位差90度的正交两路射频载波下变频为低中频模拟复基带信号，在不同的实施例中，LE E2M，LE E4M，LE E6M和LE E8M均可以采用2MHz低中频结构把射频信号乘以相位差90度的正交两路射频载波下变频为2MHz低中频模拟复基带信号。在不同的实施例中，射频信号处理单元还可以包括带通滤波、低噪声放大器、基带增益放大器、低通或带通模拟滤波器中至少一个，用于增强信号并滤除干扰和噪声。模数转换单元，将低中频模拟复基带信号转化为数字低中频复信号，在不同的实施例中，LE E2M，LE E4M，LE E6M和LE E8M的模数转换的采样率可以为16MHz，其中，LE E2M过采样率可以为16，LE E4M、LE E6M和LE E8M的过采样倍数可以为8。数字低中频下变频单元，将数字低中频复信号转化为I/Q两路数字基带信号。数字滤波器对数字基带信号低通滤波，进一步抑制干扰和噪声。数字同步单元对滤波后的数字基带信号估计频率偏差和采样时间偏差，提供到数字差分解调单元用于校准频率偏差和计算最佳的差分采样点。数字差分解调单元对间隔为过采样点的两个数字复信号做差分处理，即复数共轭乘，并获得EQ.10所示的
Figure BDA0002777883660000201
和
Figure BDA0002777883660000202
两路信号序列，在不同的实施例中，LEE2M过采样倍数可以为16，LE E4M、LE E6M和LE E8M的过采样倍数可以为8。解映射单元根据EQ.11，EQ.12或EQ.13把
Figure BDA0002777883660000204
和
Figure BDA0002777883660000203
两路信号序列映射为二元数据流。接收数据处理单元，进一步处理二元数据流，在不同的实施例中，其还可以配置解白化、信道解码、循环冗余校验和解密功能中的一个或多个。
从以上实施例可以看出，采用本发明公开的蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及其设备，采用满足预定相位约束的多相位频移键控(MPFSK：Multiple PhaseFrequency Shift Keying)调制与解调技术，结合多阶频移键控调制技术功率放大效率高、和多阶相移键控调制技术解调复杂度低的优点，在提高BLE无线传输速率的同时，保持较高的功率放大效率、较低的解调复杂度、及较高的抗多路径干扰的性能
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制方法，其特征在于:
将输入的二进制数据流分组，每组包含多个比特；将所述二进制数据流映射为相位序列，其中，一个二进制数据组通过格雷编码被映射为预定相位集之中的一个相位；
利用预设的频率波形积分得到的相位波形,将所述相位序列调制为相位信号；
所述相位波形的数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000011
其中，所述预设的频率波形的数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000012
w(t)为d次方根余弦脉冲，其数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000013
其中，T为符号周期，T1、T2为预设的符号周期内时间分段值，T0为脉冲持续时间，且T0＝T2-T1，d为大于0的实数，π为圆周率，cos()为余弦函数，t为时间；
所述相位信号的数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000014
且，相位序列{θk}和所述相位信号
Figure FDA0004166684050000016
满足的关系为
Figure FDA0004166684050000015
其中，p(t)为相位波形，T为符号周期，t为时间，k为相位符号的序号。
2.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，T1＝T-T2。
3.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述一个二进制数据组通过格雷编码被映射为预定相位集之中的一个相位，包括:
通过格雷编码，将每两个数据比特{b0,b1}映射为四相位集{+π/4,+3π/4,-3π/4,-π/4}中的一个相位θ；或者，
通过格雷编码，将每三个数据比特{b0,b1,b2}映射为八相位集{+π/8,+3π/8,+5π/8,+7π/8,-7π/8,-5π/8,-3π/8,-π/8}中的一个相位θ；或者，
通过格雷编码，将每四个数据比特{b0,b1,b2,b3}映射为十六相位集{±π/16,±3π/16,±5π/16,±7π/16,±9π/16,±11π/16,±13π/16,±16π/16}中的一个相位θ。
4.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，设置脉冲持续时间T0等于符号周期T，d取值为3；
采用四相位频移键控QPFSK调制时，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为1us，设置T1＝0us，T2＝1us；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含8个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为2Mbps；所述前导符包含16个比特的{00 10 00 10 00 10 00 10}，将其映射为8个相位序列{+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4}，其时长为8us；
或者，
采用四相位频移键控QPFSK调制时,设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为4Mbps；所述前导符包含32个比特的{00 10 00 10 00 10 0010 00 10 00 10 00 10 00 10}，将其映射为16个相位序列{+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4}，其时长为8us。
5.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，设置脉冲持续时间T0等于符号周期T，d取值为3；
采用八相位频移键控8PFSK调制时，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带三个比特的数据，传输速率为6Mbps；
所述前导符包含48个比特的{010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110010 110 010 110}，并将其映射为16个相位序列{+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8}，其时长为8us。
6.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，设置脉冲持续时间T0等于符号周期T，d取值为3，T1取值为0us；
采用十六相位频移键控16PFSK调制时，设置脉冲持续时间T0和符号周期T均为0.5us，设置T1＝0us，T2＝0.5us；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带四个比特的数据，传输速率为8Mbps；
所述前导符包含64个比特的{0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 01001100 01001100 0100 1100 0100 1100}，并将其映射为16个相位序列{+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16}，其时长为8us。
7.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，设置脉冲持续时间T0小于符号周期T，d取值为2；
采用四相位频移键控QPFSK调制时，设置符号周期T1us，T0＝0.8us，设置1＝0.1，2＝0.9；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含8个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为2Mbps；所述前导符包含16个比特的{00 10 00 10 00 10 0010}，并将其映射为8个相位序列{+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4}，其时长为8us；
或者，
采用四相位频移键控QPFSK调制时，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4，设置1＝0.05，2＝0.45；设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带两个比特的数据，传输速率为4Mbps；所述前导符包含32个比特的{00 10 00 10 00 1000 10 00 10 0010 00 10 00 10}，并将其映射为16个相位序列{+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4,+π/4,-π/4}，其时长为8us。
8.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，设置脉冲持续时间T0小于符号周期T，d取值为2；
采用八相位频移键控8PFSK调制时，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4，设置T1＝0.05，2＝0.45；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带三个比特的数据，传输速率为6Mbps；
所述前导符包含48个比特的{010 110 010 110 010 110 010 110 010 110 010 110010 110010 110}，并将其映射为16个相位序列{+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8,+5π/8,-5π/8}，其时长为8us。
9.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，设置脉冲持续时间T0小于符号周期T，d取值为2；
采用十六相位频移键控16PFSK调制时，设置符号周期T＝0.5us，T0＝0.4，设置T1＝0.05，2＝0.45；
设置蓝牙低功耗数据包中的前导符包含16个相位符号，每个符号携带四个比特的数据，传输速率为8Mbps；
所述前导符包含64个比特的{0100 1100 0100 1100 0100 1100 0100 1100 01001100 01001100 0100 1100 0100 1100}，并将其映射为16个相位序列{+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16,+15π/16,-15π/16}，其时长为8us。
10.一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制方法，其特征在于:
将输入的二进制数据流分组并映射为相位序列；
利用预设的频率波形积分得到的相位波形,将所述相位序列调制为相位信号，基于所述相位信号获得基带信号；其中，
所述相位波形p(t)的数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000041
所述频率波形y(t)的数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000042
所述相位信号
Figure FDA0004166684050000043
的数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000044
且，相位序列{θk}和相位信号
Figure FDA0004166684050000045
满足的关系为
Figure FDA0004166684050000046
Figure FDA0004166684050000047
所述基带信号的数学表达式为：
Figure FDA0004166684050000048
其中，
Figure FDA0004166684050000049
其中，T为符号周期，d为大于0的实数，π为圆周率，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数，t为时间，A为信号幅度，k为相位符号的序号，j为虚部符号。
11.一种蓝牙低功耗多相位频移键控解调方法，用于对权利要求1至10中之一所述调制方法调制的信号进行解调，其中包括，
将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
对所述基带信号进行频率和时间同步并采样后得到基带采样信号；
基于所述基带采样信号获得差分信号；
根据所述差分信号解调出二元数据。
12.根据权利要求11所述的解调方法，其特征在于，
所述基带信号为：
Figure FDA0004166684050000051
其中
Figure FDA0004166684050000052
为基带信号，
Figure FDA0004166684050000053
为接收信号的幅度，j为虚部符号，n(t)为加性噪声，Δf(t)为残留频率偏差，ε(t)为相位噪声，～为处理值符号；
所述基带采样信号为：
Figure FDA0004166684050000054
其中
Figure FDA0004166684050000055
为基带采样信号，∈(k*T)为经过频率同步或校准后的相位误差；
基于所述基带采样信号
Figure FDA0004166684050000056
计算差分信号
Figure FDA0004166684050000057
其中：
Figure FDA0004166684050000058
13.根据权利要求12所述的解调方法，其特征在于，基于所述差分信号
Figure FDA0004166684050000059
所包含的实部信号
Figure FDA00041666840500000510
和虚部信号
Figure FDA00041666840500000511
解调获得二元数据，其中：
针对采用四相位频移键控QPFSK调制的射频信号，恢复二元数据的估值
Figure FDA00041666840500000512
和
Figure FDA00041666840500000513
的方法为，
Figure FDA00041666840500000514
和
Figure FDA00041666840500000515
针对采用八相位频移键控8PFSK调制的射频信号，恢复二元数据的估值
Figure FDA00041666840500000516
和
Figure FDA00041666840500000517
的方法为，
Figure FDA00041666840500000518
和
Figure FDA0004166684050000061
和
Figure FDA0004166684050000062
其中，||为绝对值符号；
针对采用十六相位频移键控16PFSK调制的射频信号，恢复二元数据的估值
Figure FDA0004166684050000063
Figure FDA0004166684050000064
和
Figure FDA0004166684050000065
的方法为，
Figure FDA0004166684050000066
和
Figure FDA0004166684050000067
和
Figure FDA0004166684050000068
和
Figure FDA0004166684050000069
其中，||为绝对值符号，E为系数。
14.根据权利要求13所述的解调方法，其特征在于，设置E的值为大于2且小于3的实数。
15.根据权利要求14所述的解调方法，其特征在于，设置E的值为2.414。
16.一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制发射机，其特征在于，所述发射机实现权利要求1-10中之一所述的方法，以及包含：
发送数据处理单元，配置为提供二进制数据流；
相位映射单元，配置为根据格雷编码，将二进制数据流分组并映射为相位序列；
相位波形产生单元，配置为利用预设的频率波形积分，产生相位波形；
相位信号产生单元，配置为利用所述相位波形，将所述相位序列调制为相位信号；
基带信号产生单元，配置为将所述相位信号转换为两个分路基带信号；
射频信号产生单元，配置为将两个分路基带信号分别调制为两个分路射频信号,再将两个分路射频信号合并后，生成射频信号；
和天线，配置为将所述射频信号发射到空中。
17.一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制接收机，其特征在于，所述接收机实现权利要求11-15中之一所述的方法，以及包含：
天线，配置为接收空中无线射频信号；
射频信号处理单元，配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为基带信号；
同步单元，配置为估计接收机和发射机之间的频率偏差，以及准确的采样时间；
采样单元，配置为对所述基带信号进行采样后得到基带采样信号；
差分解调单元，配置为基于所述基带采样信号获得差分信号；
解映射单元，根据所述差分信号解调出二元数据；
接收数据处理单元，配置为处理二进制数据流。
18.一种蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制发射机，其特征在于，所述发射机实现权利要求1-10中之一所述的方法，以及包含：
发送数据处理单元，配置为提供二进制数据流；
相位映射单元，配置为根据格雷编码，将二进制数据流分组并映射为相位序列；
数字相位波形产生单元，配置为利用预设的频率波形积分，产生数字相位波形；
数字相位信号产生单元，配置为利用所述数字相位波形,将所述相位序列调制生成数字相位信号，或
根据预先保存的波形数据，生成数字相位信号；
数字基带信号产生单元，将所述数字相位信号转换为两路数字基带信号；
数模转换单元,配置为将两个分路数字基带信号分别转换为两个分路模拟基带信号；
射频信号产生单元，配置为将两个分路模拟基带信号分别调制为两个分路射频信号,再将两个分路射频信号合并后，生成射频信号；
和天线，配置为将所述射频信号发射到空中。
19.一种蓝牙低功耗数字多相位频移键控调制接收机，其特征在于，所述接收机实现权利要求11-15中之一所述的方法，以及包含：
天线，配置为接收空中无线射频信号；
射频信号处理单元，配置为将接收到的射频信号，乘以相位差90度的正交两路射频载波，下变频为低中频模拟基带信号；
模数转换单元，配置为将所述低中频模拟复基带信号转化为数字低中频复信号；
数字低中频下变频单元,配置为将把数字低中频复信号转化为I/Q两路数字基带信号；
数字滤波器，配置为对数字基带信号低通滤波；
数字同步单元，配置为对滤波后的数字基带信号估计频率偏差和采样时间偏差；
数字差分解调单元，配置为对间隔为过采样点的I/Q两路数字基带信号做差分处理，获得两路信号序列；
解映射单元，配置为将两路信号序列映射为二进制数据流；
接收数据处理单元，配置为处理二进制数据流。
CN202011271704.4A 2020-10-12 2020-11-13 一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备 Active CN112398770B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2020110869199 2020-10-12
CN202011086919 2020-10-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112398770A CN112398770A (zh) 2021-02-23
CN112398770B true CN112398770B (zh) 2023-07-07

Family

ID=74359115

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011164921.3A Active CN112350970B (zh) 2020-10-12 2020-10-27 一种多相位频移键控调制、解调方法及设备
CN202011271704.4A Active CN112398770B (zh) 2020-10-12 2020-11-13 一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011164921.3A Active CN112350970B (zh) 2020-10-12 2020-10-27 一种多相位频移键控调制、解调方法及设备

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN112350970B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113489664B (zh) * 2021-09-06 2021-11-26 杭州万高科技股份有限公司 无线频移键控通信频偏补偿电路和方法
CN113890809A (zh) * 2021-10-29 2022-01-04 中国电子科技集团公司第五十四研究所 调制解调方法、物端节点、接收机、通信系统
CN114422316B (zh) * 2021-12-23 2022-11-25 之江实验室 一种具备相位噪声抑制能力的调制解调方法
CN114826291B (zh) * 2022-03-31 2024-04-09 华南理工大学 一种映射表生成方法及双频带数字射频发射机

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7072414B1 (en) * 1999-09-07 2006-07-04 The Aerospace Corporation Gaussian minimum shift keying (GMSK) precoding communication method
US9001948B2 (en) * 2010-12-23 2015-04-07 Texas Instruments Incorporated Pulse shaping in a communication system
CN104092638B (zh) * 2014-06-26 2017-08-29 广州海格通信集团股份有限公司 一种恒包络psk调制解调器的设计方法
EP3616378B1 (en) * 2017-04-25 2021-06-02 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Generating an fsk signal comprised in an ofdm signal
CN109039966B (zh) * 2018-08-01 2021-02-12 上海华虹集成电路有限责任公司 一种基于判决反馈、低复杂度的gfsk信号的解调方法
CN111245757B (zh) * 2019-11-04 2021-07-02 南京中感微电子有限公司 一种相移键控调制解调方法及设备
CN111431828B (zh) * 2020-06-09 2020-10-16 南京中感微电子有限公司 一种低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备
CN111711590B (zh) * 2020-06-15 2022-04-29 中国人民解放军海军航空大学 一种基于椭圆球面波信号的多支路连续相位调制解调方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112350970B (zh) 2023-05-26
CN112398770A (zh) 2021-02-23
CN112350970A (zh) 2021-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112398770B (zh) 一种蓝牙低功耗多相位频移键控调制、解调方法及设备
WO2021249139A1 (zh) 低功耗蓝牙恒定包络相位调制和解调方法及设备
CN111245757B (zh) 一种相移键控调制解调方法及设备
Barnela et al. Digital modulation schemes employed in wireless communication: A literature review
US8503546B1 (en) Multiple layer overlay modulation
US7072411B1 (en) Computation reduction in OFDM system using frequency domain processing
CN111800368B (zh) 一种基于16进制8-8星座图映射的数字通信方法
CN111901269B (zh) 可变调制指数的高斯频移键控调制方法、装置及系统
CN102396200B (zh) 接收机设备、通信系统、接收方法和通信方法
US8855244B2 (en) Digitally demodulating a minimum-shift keying (MSK) signal
US8971450B2 (en) Transmission device, reception device, transmission method and reception method for wireless communication system
US20040184565A1 (en) Method and apparatus for sub sample-per-symbol demodulator for a spectrally efficient waveform with an LPI feature
CN114448763B (zh) 一种任意码率通用mpsk解调系统及其解调方法
US6459742B1 (en) Digital modulation process and modulator implementing the process
Aghvami Digital modulation techniques for mobile and personal communication systems
CN112600781B (zh) 一种变包络频移键控调制、解调方法及设备
US11140018B2 (en) Method and apparatus for intra-symbol multi-dimensional modulation
EP1157455A1 (en) Fm demodulator using a differentiator
KR101289889B1 (ko) 무선 통신 시스템의 송신 장치, 수신 장치, 송신 방법 및 수신 방법
Galvão et al. Bandwidth efficient gaussian minimum frequency-shift keying approach for software defined radio
Udawant et al. Digital image processing by using GMSK
Schiphorst et al. A Bluetooth-enabled HiperLAN/2 receiver
CN114629763B (zh) 一种基于神经网络的ofdm系统iq信号解调方法及装置
CN117640322B (zh) 一种基于帧格式的调频遥测信号调制方法
Chen et al. SERs of Different Modulation Systems in 1G-4G

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant