1. 从绝对 RF 相位开始
设:
- Initiator 本振相位: ϕ I \phi_I ϕI
- Reflector 本振相位: ϕ R \phi_R ϕR
- 单程信道传播相位: θ C H \theta_{\mathrm{CH}} θCH
- 双方本振相对相位:
Δ θ L O = ϕ I − ϕ R \boxed{ \Delta\theta_{\mathrm{LO}}= \phi_I-\phi_R } ΔθLO=ϕI−ϕR
假设两端距离为 d d d,单程传播时间:
τ = d c \tau=\frac{d}{c} τ=cd
频率为 f f f 时,单程传播相位为:
θ C H ( f ) = − 2 π f τ = − 2 π f d c \boxed{ \theta_{\mathrm{CH}}(f)= -2\pi f\tau= -\frac{2\pi fd}{c} } θCH(f)=−2πfτ=−c2πfd
负号表示信号传播产生相位滞后。
对应单程复信道:
H ( f ) = A C H ( f ) e j θ C H ( f ) H(f)= A_{\mathrm{CH}}(f) e^{j\theta_{\mathrm{CH}}(f)} H(f)=ACH(f)ejθCH(f)
2. Initiator → Reflector 的相位推导
2.1 Initiator 发射
Initiator 发出的 RF 复相量可以表示为:
x I = A I T X e j ϕ I x_I= A_I^{TX}e^{j\phi_I} xI=AITXejϕI
经过无线信道:
y R = H ( f ) x I y_R= H(f)x_I yR=H(f)xI
代入:
y R = A C H e j θ C H A I T X e j ϕ I = A R e j ( ϕ I + θ C H ) \begin{aligned} y_R &= A_{\mathrm{CH}}e^{j\theta_{\mathrm{CH}}} A_I^{TX}e^{j\phi_I}\\ &= A_Re^{j(\phi_I+\theta_{\mathrm{CH}})} \end{aligned} yR=ACHejθCHAITXejϕI=ARej(ϕI+θCH)
所以,到达 Reflector 天线的信号相位是:
ϕ i n c o m i n g , R = ϕ I + θ C H \phi_{\mathrm{incoming},R}= \phi_I+\theta_{\mathrm{CH}} ϕincoming,R=ϕI+θCH
2.2 Reflector 用自己的本振下变频
Reflector 的本振相位为 ϕ R \phi_R ϕR。复数下变频等价于乘:
e − j ϕ R e^{-j\phi_R} e−jϕR
于是基带结果为:
y B B , R = A R e j ( ϕ I + θ C H ) e − j ϕ R = A R e j ( θ C H + ϕ I − ϕ R ) \begin{aligned} y_{BB,R} &= A_Re^{j(\phi_I+\theta_{\mathrm{CH}})} e^{-j\phi_R}\\ &= A_Re^{j(\theta_{\mathrm{CH}}+\phi_I-\phi_R)} \end{aligned} yBB,R=ARej(ϕI+θCH)e−jϕR=ARej(θCH+ϕI−ϕR)
由于:
Δ θ L O = ϕ I − ϕ R \Delta\theta_{\mathrm{LO}}= \phi_I-\phi_R ΔθLO=ϕI−ϕR
所以:
P C T R = A R e j ( θ C H + Δ θ L O ) \boxed{ PCT_R= A_Re^{j(\theta_{\mathrm{CH}}+\Delta\theta_{\mathrm{LO}})} } PCTR=ARej(θCH+ΔθLO)
也就是:
θ R = θ C H + Δ θ L O \boxed{ \theta_R= \theta_{\mathrm{CH}} + \Delta\theta_{\mathrm{LO}} } θR=θCH+ΔθLO
3. Reflector → Initiator 的相位推导
现在交换方向。
3.1 Reflector 发射
Reflector 发射信号:
x R = A R T X e j ϕ R x_R= A_R^{TX}e^{j\phi_R} xR=ARTXejϕR
经过相同的互易无线信道:
y I = H ( f ) x R = A C H e j θ C H A R T X e j ϕ R = A I e j ( ϕ R + θ C H ) \begin{aligned} y_I &= H(f)x_R\\ &= A_{\mathrm{CH}}e^{j\theta_{\mathrm{CH}}} A_R^{TX}e^{j\phi_R}\\ &= A_Ie^{j(\phi_R+\theta_{\mathrm{CH}})} \end{aligned} yI=H(f)xR=ACHejθCHARTXejϕR=AIej(ϕR+θCH)
到达 Initiator 天线的信号相位是:
ϕ i n c o m i n g , I = ϕ R + θ C H \phi_{\mathrm{incoming},I}= \phi_R+\theta_{\mathrm{CH}} ϕincoming,I=ϕR+θCH
3.2 Initiator 使用自己的本振下变频
Initiator 下变频时乘:
e − j ϕ I e^{-j\phi_I} e−jϕI
所以:
y B B , I = A I e j ( ϕ R + θ C H ) e − j ϕ I = A I e j ( θ C H + ϕ R − ϕ I ) \begin{aligned} y_{BB,I} &= A_Ie^{j(\phi_R+\theta_{\mathrm{CH}})} e^{-j\phi_I}\\ &= A_Ie^{j(\theta_{\mathrm{CH}}+\phi_R-\phi_I)} \end{aligned} yBB,I=AIej(ϕR+θCH)e−jϕI=AIej(θCH+ϕR−ϕI)
由于:
ϕ R − ϕ I = − Δ θ L O \phi_R-\phi_I= -\Delta\theta_{\mathrm{LO}} ϕR−ϕI=−ΔθLO
所以:
P C T I = A I e j ( θ C H − Δ θ L O ) \boxed{ PCT_I= A_Ie^{j(\theta_{\mathrm{CH}}-\Delta\theta_{\mathrm{LO}})} } PCTI=AIej(θCH−ΔθLO)
即:
θ I = θ C H − Δ θ L O \boxed{ \theta_I= \theta_{\mathrm{CH}}- \Delta\theta_{\mathrm{LO}} } θI=θCH−ΔθLO
这就是"两端 PCT 中本振项符号相反"的来源:
{ θ R = θ C H + Δ θ L O θ I = θ C H − Δ θ L O \begin{cases} \theta_R= \theta_{\mathrm{CH}} + \Delta\theta_{\mathrm{LO}}\\4pt \theta_I= \theta_{\mathrm{CH}}- \Delta\theta_{\mathrm{LO}} \end{cases} {θR=θCH+ΔθLOθI=θCH−ΔθLO
Bluetooth Core 6.2 正是采用这个数学定义。Core 6.2 PCT 数学模型
4. 为什么普通复数相乘刚好正确
将两个 PCT 相乘:
Z = P C T R P C T I Z= PCT_RPCT_I Z=PCTRPCTI
代入:
Z = A R e j ( θ C H + Δ θ L O ) A I e j ( θ C H − Δ θ L O ) Z= A_Re^{j(\theta_{\mathrm{CH}}+\Delta\theta_{\mathrm{LO}})} A_Ie^{j(\theta_{\mathrm{CH}}-\Delta\theta_{\mathrm{LO}})} Z=ARej(θCH+ΔθLO)AIej(θCH−ΔθLO)
利用指数相乘相位相加:
e j α e j β = e j ( α + β ) e^{j\alpha}e^{j\beta}= e^{j(\alpha+\beta)} ejαejβ=ej(α+β)
得到:
Z = A R A I e j θ C H + Δ θ L O + θ C H − Δ θ L O = A R A I e j 2 θ C H \begin{aligned} Z &= A_RA_I e^{j \\theta_{\\mathrm{CH}} +\\Delta\\theta_{\\mathrm{LO}} +\\theta_{\\mathrm{CH}} -\\Delta\\theta_{\\mathrm{LO}} }\\ &= A_RA_Ie^{j2\theta_{\mathrm{CH}}} \end{aligned} Z=ARAIejθCH+ΔθLO+θCH−ΔθLO=ARAIej2θCH
因此:
P C T R P C T I = A R A I e j 2 θ C H \boxed{ PCT_RPCT_I= A_RA_Ie^{j2\theta_{\mathrm{CH}}} } PCTRPCTI=ARAIej2θCH
本振项抵消:
- Δ θ L O − Δ θ L O = 0 +\Delta\theta_{\mathrm{LO}} -\Delta\theta_{\mathrm{LO}} =0 +ΔθLO−ΔθLO=0
传播相位相加:
θ C H + θ C H = 2 θ C H \theta_{\mathrm{CH}} +\theta_{\mathrm{CH}}= 2\theta_{\mathrm{CH}} θCH+θCH=2θCH
因为:
θ C H = − 2 π f d c \theta_{\mathrm{CH}}= -\frac{2\pi fd}{c} θCH=−c2πfd
所以:
Z ( f ) = A R A I e − j 4 π f d / c \boxed{ Z(f)= A_RA_I e^{-j4\pi fd/c} } Z(f)=ARAIe−j4πfd/c
这相当于无线信号经历了 2 d 2d 2d 的往返传播距离。
5. 如果使用共轭相乘会发生什么
假设错误地使用:
Z c o n j = P C T R P C T I ∗ Z_{\mathrm{conj}}= PCT_RPCT_I^* Zconj=PCTRPCTI∗
首先:
P C T I ∗ = A I e − j ( θ C H − Δ θ L O ) PCT_I^*= A_Ie^{-j(\theta_{\mathrm{CH}}-\Delta\theta_{\mathrm{LO}})} PCTI∗=AIe−j(θCH−ΔθLO)
因此:
Z c o n j = A R e j ( θ C H + Δ θ L O ) A I e − j ( θ C H − Δ θ L O ) = A R A I e j θ C H + Δ θ L O − θ C H + Δ θ L O = A R A I e j 2 Δ θ L O \begin{aligned} Z_{\mathrm{conj}} &= A_Re^{j(\theta_{\mathrm{CH}}+\Delta\theta_{\mathrm{LO}})} A_Ie^{-j(\theta_{\mathrm{CH}}-\Delta\theta_{\mathrm{LO}})}\\ &= A_RA_I e^{j \\theta_{\\mathrm{CH}} +\\Delta\\theta_{\\mathrm{LO}} -\\theta_{\\mathrm{CH}} +\\Delta\\theta_{\\mathrm{LO}} }\\ &= A_RA_Ie^{j2\Delta\theta_{\mathrm{LO}}} \end{aligned} Zconj=ARej(θCH+ΔθLO)AIe−j(θCH−ΔθLO)=ARAIejθCH+ΔθLO−θCH+ΔθLO=ARAIej2ΔθLO
结果变成:
P C T R P C T I ∗ = A R A I e j 2 Δ θ L O \boxed{ PCT_RPCT_I^*= A_RA_Ie^{j2\Delta\theta_{\mathrm{LO}}} } PCTRPCTI∗=ARAIej2ΔθLO
可以看到:
- 传播相位被消掉:
θ C H − θ C H = 0 \theta_{\mathrm{CH}}-\theta_{\mathrm{CH}}=0 θCH−θCH=0
- 本振相位反而加倍:
Δ θ L O + Δ θ L O = 2 Δ θ L O \Delta\theta_{\mathrm{LO}} + \Delta\theta_{\mathrm{LO}}= 2\Delta\theta_{\mathrm{LO}} ΔθLO+ΔθLO=2ΔθLO
因此共轭相乘得到的是本振相对相位,而不是距离。
另外一种共轭顺序:
P C T R ∗ P C T I PCT_R^*PCT_I PCTR∗PCTI
则得到:
P C T R ∗ P C T I = A R A I e − j 2 Δ θ L O \boxed{ PCT_R^*PCT_I= A_RA_Ie^{-j2\Delta\theta_{\mathrm{LO}}} } PCTR∗PCTI=ARAIe−j2ΔθLO
仍然没有距离信息,只是符号相反。
6. 普通乘法与共轭乘法的本质区别
对于两个复数:
z 1 = A 1 e j θ 1 z_1=A_1e^{j\theta_1} z1=A1ejθ1
z 2 = A 2 e j θ 2 z_2=A_2e^{j\theta_2} z2=A2ejθ2
普通相乘:
z 1 z 2 = A 1 A 2 e j ( θ 1 + θ 2 ) \boxed{ z_1z_2= A_1A_2e^{j(\theta_1+\theta_2)} } z1z2=A1A2ej(θ1+θ2)
它计算的是相位和。
共轭相乘:
z 1 z 2 ∗ = A 1 A 2 e j ( θ 1 − θ 2 ) \boxed{ z_1z_2^*= A_1A_2e^{j(\theta_1-\theta_2)} } z1z2∗=A1A2ej(θ1−θ2)
它计算的是相位差。
Bluetooth PBR 需要:
θ R + θ I \theta_R+\theta_I θR+θI
因为:
θ R + θ I = ( θ C H + Δ θ L O ) + ( θ C H − Δ θ L O ) = 2 θ C H \begin{aligned} \theta_R+\theta_I &= (\theta_{\mathrm{CH}}+\Delta\theta_{\mathrm{LO}}) + (\theta_{\mathrm{CH}}-\Delta\theta_{\mathrm{LO}})\\ &= 2\theta_{\mathrm{CH}} \end{aligned} θR+θI=(θCH+ΔθLO)+(θCH−ΔθLO)=2θCH
所以必须使用普通复数相乘。
如果计算:
θ R − θ I \theta_R-\theta_I θR−θI
则:
θ R − θ I = ( θ C H + Δ θ L O ) − ( θ C H − Δ θ L O ) = 2 Δ θ L O \begin{aligned} \theta_R-\theta_I &= (\theta_{\mathrm{CH}}+\Delta\theta_{\mathrm{LO}})- (\theta_{\mathrm{CH}}-\Delta\theta_{\mathrm{LO}})\\ &= 2\Delta\theta_{\mathrm{LO}} \end{aligned} θR−θI=(θCH+ΔθLO)−(θCH−ΔθLO)=2ΔθLO
这就是共轭相乘的结果。
7. 一个直观数值例子
假设单程信道传播相位:
θ C H = − 30 ∘ \theta_{\mathrm{CH}}=-30^\circ θCH=−30∘
双方本振相对相位:
Δ θ L O = 70 ∘ \Delta\theta_{\mathrm{LO}}=70^\circ ΔθLO=70∘
那么 Reflector 测得:
θ R = − 30 ∘ + 70 ∘ = 40 ∘ \theta_R= -30^\circ+70^\circ= 40^\circ θR=−30∘+70∘=40∘
Initiator 测得:
θ I = − 30 ∘ − 70 ∘ = − 100 ∘ \theta_I= -30^\circ-70^\circ= -100^\circ θI=−30∘−70∘=−100∘
普通相乘
相位相加:
40 ∘ + ( − 100 ∘ ) = − 60 ∘ 40^\circ+(-100^\circ)= -60^\circ 40∘+(−100∘)=−60∘
而:
2 θ C H = 2 ( − 30 ∘ ) = − 60 ∘ 2\theta_{\mathrm{CH}}= 2(-30^\circ)= -60^\circ 2θCH=2(−30∘)=−60∘
刚好得到双程传播相位。
共轭相乘
相位相减:
40 ∘ − ( − 100 ∘ ) = 140 ∘ 40^\circ-(-100^\circ)= 140^\circ 40∘−(−100∘)=140∘
而:
2 Δ θ L O = 2 ( 70 ∘ ) = 140 ∘ 2\Delta\theta_{\mathrm{LO}}= 2(70^\circ)= 140^\circ 2ΔθLO=2(70∘)=140∘
可以非常直观地看到:
- 普通相乘得到传播相位;
- 共轭相乘得到本振相位差。
8. 用 I/Q 分量展开
假设:
P C T R = I R + j Q R PCT_R=I_R+jQ_R PCTR=IR+jQR
P C T I = I I + j Q I PCT_I=I_I+jQ_I PCTI=II+jQI
普通复数相乘:
Z = ( I R + j Q R ) ( I I + j Q I ) = ( I R I I − Q R Q I ) + j ( I R Q I + Q R I I ) \begin{aligned} Z &= (I_R+jQ_R)(I_I+jQ_I)\\ &= (I_RI_I-Q_RQ_I) +j(I_RQ_I+Q_RI_I) \end{aligned} Z=(IR+jQR)(II+jQI)=(IRII−QRQI)+j(IRQI+QRII)
所以:
Z r e a l = I R I I − Q R Q I \boxed{ Z_{\mathrm{real}}= I_RI_I-Q_RQ_I } Zreal=IRII−QRQI
Z i m a g = I R Q I + Q R I I \boxed{ Z_{\mathrm{imag}}= I_RQ_I+Q_RI_I } Zimag=IRQI+QRII
双程相位:
ψ = atan2 ( I R Q I + Q R I I , I R I I − Q R Q I ) \boxed{ \psi= \operatorname{atan2} \left( I_RQ_I+Q_RI_I,\ I_RI_I-Q_RQ_I \right) } ψ=atan2(IRQI+QRII, IRII−QRQI)
这就是实际 MCU/DSP 中应实现的复乘形式。
如果使用共轭:
P C T R P C T I ∗ = ( I R + j Q R ) ( I I − j Q I ) PCT_RPCT_I^*= (I_R+jQ_R)(I_I-jQ_I) PCTRPCTI∗=(IR+jQR)(II−jQI)
展开:
P C T R P C T I ∗ = ( I R I I + Q R Q I ) + j ( Q R I I − I R Q I ) PCT_RPCT_I^*= (I_RI_I+Q_RQ_I) +j(Q_RI_I-I_RQ_I) PCTRPCTI∗=(IRII+QRQI)+j(QRII−IRQI)
相位变成:
atan2 ( Q R I I − I R Q I , I R I I + Q R Q I ) \operatorname{atan2} \left( Q_RI_I-I_RQ_I,\ I_RI_I+Q_RQ_I \right) atan2(QRII−IRQI, IRII+QRQI)
它计算的是:
θ R − θ I = 2 Δ θ L O \theta_R-\theta_I= 2\Delta\theta_{\mathrm{LO}} θR−θI=2ΔθLO
而不是距离。
9. PCT 为什么定义成这种符号
Bluetooth 对 PCT 的定义可以理解为:
应该给本机本振相位增加多少角度,才能让它与接收到的信号相位一致。
因此:
θ P C T = ϕ i n c o m i n g − ϕ l o c a l L O \boxed{ \theta_{\mathrm{PCT}}= \phi_{\mathrm{incoming}}- \phi_{\mathrm{local\,LO}} } θPCT=ϕincoming−ϕlocalLO
在 Reflector:
θ P C T , R = ( ϕ I + θ C H ) − ϕ R = θ C H + ( ϕ I − ϕ R ) \begin{aligned} \theta_{\mathrm{PCT},R} &= (\phi_I+\theta_{\mathrm{CH}})-\phi_R\\ &= \theta_{\mathrm{CH}} +(\phi_I-\phi_R) \end{aligned} θPCT,R=(ϕI+θCH)−ϕR=θCH+(ϕI−ϕR)
在 Initiator:
θ P C T , I = ( ϕ R + θ C H ) − ϕ I = θ C H − ( ϕ I − ϕ R ) \begin{aligned} \theta_{\mathrm{PCT},I} &= (\phi_R+\theta_{\mathrm{CH}})-\phi_I\\ &= \theta_{\mathrm{CH}} -(\phi_I-\phi_R) \end{aligned} θPCT,I=(ϕR+θCH)−ϕI=θCH−(ϕI−ϕR)
方向一换,"远端本振减本地本振"的顺序自然反转,所以 LO 相位项自动变号。
而传播方向虽然反转,传播距离仍然是 (d),传播相位仍然是:
− 2 π f d c -\frac{2\pi fd}{c} −c2πfd
所以信道相位项不变。这就是整个设计最漂亮的地方。
10. 为什么其他无线算法经常使用共轭相乘
在常见的相位差算法中,经常看到:
z 1 z 2 ∗ z_1z_2^* z1z2∗
例如:
- 两根接收天线做 AoA;
- 相邻时间采样估计 CFO;
- 两个接收通道测相位差;
- OFDM 导频之间计算相位变化。
因为这些场景通常希望获得:
θ 1 − θ 2 \theta_1-\theta_2 θ1−θ2
例如 CFO 估计中:
r n r ∗ n − 1 rnr^*n-1 rnr∗n−1
是为了减掉公共初始相位,保留相邻采样的相位差。
但 Bluetooth 双向 PBR 不同。它不是在比较"同一个方向上的两个测量",而是在组合"两个相反方向的传播测量"。
这里希望得到的是:
正向传播相位 + 反向传播相位 \text{正向传播相位} + \text{反向传播相位} 正向传播相位+反向传播相位
所以必须进行相位相加,也就是普通复乘。
11. 更严格的时间相关模型
上面的简化推导假设两次测量时,双方本振相对相位可表示为同一个:
Δ θ L O \Delta\theta_{\mathrm{LO}} ΔθLO
实际上正向与反向 Tone 并不是同一时刻发送。
正向测量可写为:
θ R = θ C H , I R + ϕ I ( t 1 ) − ϕ R ( t 2 ) \theta_R= \theta_{\mathrm{CH},IR} + \phi_I(t_1)- \phi_R(t_2) θR=θCH,IR+ϕI(t1)−ϕR(t2)
反向测量:
θ I = θ C H , R I + ϕ R ( t 3 ) − ϕ I ( t 4 ) \theta_I= \theta_{\mathrm{CH},RI} + \phi_R(t_3)- \phi_I(t_4) θI=θCH,RI+ϕR(t3)−ϕI(t4)
相加:
θ R + θ I = θ C H , I R + θ C H , R I + ϕ I ( t 1 ) − ϕ I ( t 4 ) + ϕ R ( t 3 ) − ϕ R ( t 2 ) \begin{aligned} \theta_R+\theta_I ={}& \theta_{\mathrm{CH},IR} + \theta_{\mathrm{CH},RI}\\ &+ \\phi_I(t_1)-\\phi_I(t_4)\\ &+ \\phi_R(t_3)-\\phi_R(t_2) \end{aligned} θR+θI=θCH,IR+θCH,RI+ϕI(t1)−ϕI(t4)+ϕR(t3)−ϕR(t2)
只有当本振相位在规定参考时刻保持连续,或者其相位演进已经被 Controller 修正时,后两项才会抵消。
实际系统需要处理:
- Mode 0 测得的 FFO;
- 正反向 Tone 之间的已知时间间隔;
- PLL 相位演进;
- 天线切换相位;
- TX/RX 射频链路固定偏差;
- Frequency Actuation Error;
- 本振重新锁定造成的相位不连续。
例如相对 CFO 为 Δ f \Delta f Δf,正反测量间隔为 Δ T \Delta T ΔT,则可能产生残余相位:
Δ ϕ C F O = 2 π Δ f Δ T \Delta\phi_{\mathrm{CFO}}= 2\pi\Delta f\Delta T ΔϕCFO=2πΔfΔT
需要在 PCT 合成前或 Controller 内部校正。
所以"普通复乘能够消除 LO"隐含了一个重要条件:
两个 PCT 必须已经对齐到兼容的本振相位参考时刻 \boxed{ \text{两个 PCT 必须已经对齐到兼容的本振相位参考时刻} } 两个 PCT 必须已经对齐到兼容的本振相位参考时刻
12. 加入硬件相位偏差后的公式
实际测量通常为:
θ R = θ C H + Δ θ L O + β R ( f , p ) \theta_R= \theta_{\mathrm{CH}} + \Delta\theta_{\mathrm{LO}} + \beta_R(f,p) θR=θCH+ΔθLO+βR(f,p)
θ I = θ C H − Δ θ L O + β I ( f , p ) \theta_I= \theta_{\mathrm{CH}}- \Delta\theta_{\mathrm{LO}} + \beta_I(f,p) θI=θCH−ΔθLO+βI(f,p)
其中:
- f f f:信道频率;
- p p p:天线路径;
- β R , β I \beta_R,\beta_I βR,βI:TX/RX、PCB、天线和 IQ 链路相位偏差。
普通相乘后:
arg ( P C T R P C T I ) = 2 θ C H + β R ( f , p ) + β I ( f , p ) \arg(PCT_RPCT_I)= 2\theta_{\mathrm{CH}} + \beta_R(f,p) + \beta_I(f,p) arg(PCTRPCTI)=2θCH+βR(f,p)+βI(f,p)
LO 项仍然抵消,但硬件偏差不会自动消失,必须标定:
ψ c o r r e c t e d = arg ( P C T R P C T I ) − β R ( f , p ) − β I ( f , p ) \psi_{\mathrm{corrected}}= \arg(PCT_RPCT_I)- \beta_R(f,p)- \beta_I(f,p) ψcorrected=arg(PCTRPCTI)−βR(f,p)−βI(f,p)
然后:
ψ c o r r e c t e d = − 4 π f d c \psi_{\mathrm{corrected}}= -\frac{4\pi fd}{c} ψcorrected=−c4πfd
13. 最后如何由相位得到距离
对于第 k k k 个频点:
Z k = P C T R ( f k ) P C T I ( f k ) Z_k= PCT_R(f_k)PCT_I(f_k) Zk=PCTR(fk)PCTI(fk)
归一化后:
Z ~ k = Z k ∣ Z k ∣ = e − j 4 π f k d / c \widetilde Z_k= \frac{Z_k}{|Z_k|}= e^{-j4\pi f_kd/c} Z k=∣Zk∣Zk=e−j4πfkd/c
相位:
ψ k = arg ( Z ~ k ) \psi_k= \arg(\widetilde Z_k) ψk=arg(Z k)
展开相位后:
ψ ( f ) = − 4 π d c f + ψ 0 \psi(f)= -\frac{4\pi d}{c}f+\psi_0 ψ(f)=−c4πdf+ψ0
斜率:
m = d ψ d f = − 4 π d c m= \frac{d\psi}{df}= -\frac{4\pi d}{c} m=dfdψ=−c4πd
所以:
d = − c 4 π m \boxed{ d= -\frac{c}{4\pi}m } d=−4πcm
完整逻辑就是:
P C T R = A R e j ( θ C H + Δ θ L O ) P C T I = A I e j ( θ C H − Δ θ L O ) P C T R P C T I = A R A I e j 2 θ C H = A R A I e − j 4 π f d / c \boxed{ \begin{aligned} PCT_R &= A_Re^{j(\theta_{\mathrm{CH}}+\Delta\theta_{\mathrm{LO}})}\\ PCT_I &= A_Ie^{j(\theta_{\mathrm{CH}}-\Delta\theta_{\mathrm{LO}})}\\ PCT_RPCT_I &= A_RA_Ie^{j2\theta_{\mathrm{CH}}}\\ &= A_RA_Ie^{-j4\pi fd/c} \end{aligned} } PCTRPCTIPCTRPCTI=ARej(θCH+ΔθLO)=AIej(θCH−ΔθLO)=ARAIej2θCH=ARAIe−j4πfd/c
而共轭相乘则是:
P C T R P C T I ∗ = A R A I e j 2 Δ θ L O \boxed{ PCT_RPCT_I^*= A_RA_Ie^{j2\Delta\theta_{\mathrm{LO}}} } PCTRPCTI∗=ARAIej2ΔθLO
一句话概括:
普通乘法把双向传播相位相加、把反号的本振相位抵消;共轭乘法会把相同的传播相位相减掉、把本振误差留下来。
最后有个工程上的小坑:如果某芯片输出的不是标准意义上的 PCT,而是采用了相反 IQ 极性、LO − incoming 相位定义,或者已经在 Controller 内部做过一次共轭,那么外部组合公式可能看起来不同。判断标准不是机械地坚持"乘还是共轭",而是验证组合后是否满足:
传播相位相加,本振相位抵消 \text{传播相位相加,本振相位抵消} 传播相位相加,本振相位抵消
对于 Bluetooth Core 6.2 所定义的标准 PCT,上述组合就是普通复数相乘。