【蓝牙Mesh】精品系列之十——调制特性（上）

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根据蓝牙Core5.0，BLE采用的调制方式是GFSK（Gaussian Frequency Shift Keying，高斯频移键控），BT（Bandwidth-Bit period Product,带宽位周期乘积）= 0.5。h(Modulation Index,调制指数) =[0.45,0.55]。 二进制1(binary one)应由正频率偏差表示，二进制0(binary zero)应由负频率偏差表示。BLE采用调制特性（Modulation Characteristics）中的11110000和10101010序列的频率偏移的峰值和均值来衡量其发射机调制性能。嗯哼,说（ting）人(bÙ)话(dŎng)？没关系，我们分7个部分来分别阐述，

上篇-基础部分，讲述以下内容：
        1、调制方式

2、FSK调制

3、调制指数h

4、高斯滤波器

下篇-进阶部分，讲述以下内容：

5、GFSK调制

6、[What]Modulation Characteristics是什么？

7、[How]BLE怎么测试Modulation Characteristics？

1、调制方式

通信中的调制（modulation），是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程。逆过程就是解调。通俗来讲，就是把低频信号搬移到高频信号的过程。

为什么要调制？众所周知，平常我们所听到看到的信号，由于频率、带宽以及易受干扰等原因，不适合直接用天线发射，所以就使用一个高频信号作为载波，把需要传输的信号混入载波中。

最基本的调制方法：AM（Amplitude Modulation，幅度调制）、FM（Frequency Modulation，频率调制）、PM（Phase modulation，相位调制）。

2、FSK调制

FSK(Frequency-shift keying，频移键控)调制是以数字信号控制载波频率变化的调制方式，是载波的频率随信息符号成正比的一种调制方式，当发送信息符号1时发射频率向上搬移fdHz，当发送信息符号-1时发射频率向下搬移fdHz。

以2FSK为例，其输入符号为0和1，通过在输入0时将载波频率减小，在输入1时将载波频率增大，调制信号就携带了原始的数据信息。

频率的突发切换会引起较大的带外频谱旁瓣(所以当地认证机构一般有辐射杂散的测试项)，为了减小瞬时相变进而减小带外辐射一般将信息符号先预调制滤波器再进行频率调制。另外还存在如何选择合适频偏的问题。

3、调制指数h

对于GFSK调制的频率偏移会引入一个变量表示归一化频偏，该变量被叫做调制指数h(Modulation Index,调制指数)或者带宽效率，单位：bit/Symbol。

其定义为：h=2fd/Rb，fd为频率偏移量，Rb为通信速率。

通俗来说，在调频信号中，频偏就是调频波频谱偏移中心频率的量，相对而言频偏越大，调频波的频谱带宽越大（不是绝对的，因为调频波的频谱带宽还与调制指数有关）。而调频指数的含义就是频率在传播过程中，围绕中心频率震荡的周期变化速率。

根据蓝牙Core5.0，BLE采用h=[0.45,0.55]，在Rb=1Mbps的通信速率下，根据上式，可知fd=[225,275]kHz，所以调制特性的要求之一f1avg =[225,275]kHz。

4、高斯滤波器

高斯滤波（Gauss filter）是一种信号的线性平滑滤波器，适用于消除高斯噪声。其一维高斯分布和二维高斯分布如下图：

在蓝牙中选用BT（Bandwidth-Bit period Product,带宽位周期乘积）= 0.5的高斯滤波器，B是高斯滤波器的3dB带宽，不同的BT滤波器频率响应如下图所示：