利用MATLAB實現(xiàn)跳頻通信系統(tǒng)

1、利用 MATLAB 實現(xiàn)跳頻通信系統(tǒng)摘要：隨著無線通信不斷快速的發(fā)展，跳頻調(diào)制技術(shù)越來越受到人們的重視。跳頻通信是一種具有較強抗干擾能力的通信體制。其工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進行離散變化的通信方式，即通信中使用的載波頻率受偽隨機變化碼的控制而隨機跳變。跳頻技術(shù)是一種具有高抗干擾性、高抗截獲得能力的擴頻技術(shù)。由于它的技術(shù)優(yōu)勢，跳頻技術(shù)不僅在軍事通信領(lǐng)域得到廣泛的運用，在民用領(lǐng)域也有很好的表現(xiàn)。 本課題要求構(gòu)建藍牙跳頻通信系統(tǒng)的各組成模塊，包括信號傳輸，信號接收，譜分析和誤碼分析部分，了解和熟悉藍牙跳頻系統(tǒng)的特點，分析系統(tǒng)的運行及性能。主要研究方法是 MATLAB 軟件進

2、行藍牙跳頻通信系統(tǒng)的仿真，通過各組成模塊的連接與封裝，運行并分析結(jié)果。關(guān)鍵詞：藍牙，跳頻，MATLAB，無線通信 Realize Frequency Hopping Communication System Based on MATLABAbstract：With the rapid development of the wireless communications, people pay more and more attention to frequency hopping modulation techniques. Frequency hopping communication is

3、 a strong anti-interference communication system. The working principle is a communication mode which refers to the carrier frequency that sends and receives the signal according to rule to do dispersant change, that is applying the carrier frequency used in communication by pseudo-random code contr

4、ol and random changes hopping. Frequency hopping technology is a spread spectrum with high anti-interference and resistance ability. Frequency hopping technology not only being widely used in military communication areas, but also in civilian areas due to its technique advantages.This paper is to ma

5、ke up composed modules for the Bluetooth frequency hopping communication system, which including signal transmission, signal reception, spectral analysis and error analysis, as well as to know and have a deep understanding of the characteristics of this system, and also including analyzing the perfo

6、rmance and its performance. The main research method is using matlab to make the simulation of the Bluetooth frequency hopping communication systems, run and analysis results by the simulation of each of the modules connection and encapsulation.Keywords: Bluetooth, frequency hopping, MATLAB, wireles

7、s communication目錄第一章第一章 緒論緒論 .1 11.1 跳頻通信形成背景.11.2 跳頻通信的發(fā)展.11.3 論文組織結(jié)構(gòu)安排.2第二章第二章 跳頻通信系統(tǒng)跳頻通信系統(tǒng) .3 32.1 跳頻技術(shù)概述.32.2 跳頻的基本概念.32.3 產(chǎn)生跳頻信號.32.4 跳頻信號的發(fā)送與接收.42.4.1 跳頻信號的發(fā)送.42.4.2 跳頻信號的接收 .42.4.3 正確接收跳頻信號的條件.52.4.4 跳頻信號的波形.62.5 跳頻通信的優(yōu)勢 .6第三章第三章 藍牙技術(shù)藍牙技術(shù) .8 83.1 藍牙技術(shù)概述.83.2 形成背景.83.3 藍牙技術(shù)特點.93.4、藍牙技術(shù)的運用及其前景.

8、10第四章第四章 藍牙跳頻通信系統(tǒng)仿真設(shè)計藍牙跳頻通信系統(tǒng)仿真設(shè)計 .12124.1 藍牙跳頻系統(tǒng)各部分介紹 .124.1.1 信號傳輸部分.124.1.2 信號接收部分 .154.1.3 頻譜分析.194.1.4 誤碼分析部分 .204.2 藍牙通信系統(tǒng)仿真模型.214.3 系統(tǒng)運行分析 .21第五章第五章 結(jié)論結(jié)論 .2626致謝致謝 .2727參考文獻參考文獻 .28281第一章 緒論1.1 跳頻通信形成背景人們在進行無線通信時總是希望通信能夠暢通和保密。然而在通信的過程中經(jīng)常會碰到一些信道擁塞、竊聽、電子干擾等問題。普通的電臺無法避開竊聽、信道擁塞的問題，因為它使用的是定頻的發(fā)射和接收

9、。要想解決這些問題，只有運用跳頻通信技術(shù)。西方軍事強國在20世紀中葉就開始相關(guān)抗干擾技術(shù)的研究，因此跳頻通信最先在軍事領(lǐng)域得到了發(fā)展。20世紀80年代后，跳頻通信開始在民生通信領(lǐng)域得到巨大的發(fā)展。例如歐洲的GSM系統(tǒng)和法國的SFH900系統(tǒng)就是這方面的杰出代表。1.2 跳頻通信的發(fā)展跳頻技術(shù)的不斷向前發(fā)展，使其應(yīng)用也越來越廣泛。戰(zhàn)術(shù)電臺中采用跳頻技術(shù)的主要目的是提高通信的抗干擾能力。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷向前的發(fā)展，跳頻技術(shù)也不斷地成熟，現(xiàn)在跳頻速率和數(shù)據(jù)速率越來越高。未來跳頻通信的發(fā)展方向是實現(xiàn)更高跳速和更高數(shù)據(jù)速率的跳頻電臺。短波信道有很多自己的特點，它通過分析波段上的頻率占有率的方式來避免自

10、然的干擾和短波頻譜被大量占用的不利影響。它會自動地改變跳頻序列來適應(yīng)惡劣的環(huán)境在90年代，出現(xiàn)基于模糊規(guī)則的跳頻圖案產(chǎn)生器。在這種系統(tǒng)中，由模糊規(guī)則以及采樣模式來決定系統(tǒng)的輸出序列。它可以很大程度上提高系統(tǒng)的抗竊聽能力和抗干擾能力，因為當(dāng)竊聽者不知道初始條件、模糊規(guī)則、采樣模式三者中的任一個時，就不能預(yù)測出系統(tǒng)的輸出頻率，并且與傳統(tǒng)的跳頻碼序列相比較其跳頻序列更加均勻。無論是在軍事通信領(lǐng)域還是在民用通信領(lǐng)域，跳頻通信都有著廣泛的發(fā)展前景，各國都非常重視這方面的研究。從宏觀上看，跳頻通信的發(fā)展趨勢有一下幾個方面：跳頻通信系統(tǒng)的“死敵”是跳速很高的跟蹤式干擾。為了使敵方?jīng)]有可乘之機，各國競相發(fā)展高

11、速電臺，通過加快跳速來提高系統(tǒng)抗跟蹤式干擾的能力。2（1）優(yōu)化跳頻序列跳頻序列的性能對整體的系統(tǒng)性能至關(guān)重要。在跳頻通信組網(wǎng)時，其影響著跳頻的同步性能和電臺自身干擾的大小。（2）全數(shù)字化實現(xiàn)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭對通信電臺的要求日益增高，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)?shù)难杆伲霈F(xiàn)了功能強大的數(shù)字信號處理芯片為全數(shù)字化實現(xiàn)提供了堅實的基礎(chǔ)。. （3）自適應(yīng)跳頻隨著通信技術(shù)發(fā)展，自適應(yīng)跳頻技術(shù)廣泛的被運用于跳頻通信，提高了通信的質(zhì)量。自適應(yīng)跳頻的指導(dǎo)思想是把干擾和頻點相聯(lián)系，只要系統(tǒng)能夠自動改變跳頻序列，自動跳到無干擾的頻段上，自動識別干擾，那么系統(tǒng)就能夠解決頻段干擾帶來的問題。自適應(yīng)跳頻技術(shù)是自適應(yīng)技術(shù)和跳技術(shù)相結(jié)合的

12、產(chǎn)物，它在改善信噪比和誤碼率等方面也這無窮的發(fā)展?jié)摿ΑＦ淙〈胀ǖ奶l通信電臺已經(jīng)成為一種必然的趨勢。1.3 論文組織結(jié)構(gòu)安排這篇論文共分五章。第一章：緒論部分，主要介紹了調(diào)頻通信系統(tǒng)的形成背景和發(fā)展情況。第二章：跳頻通信系統(tǒng)。重點介紹跳頻通信技術(shù)的相關(guān)原理，技術(shù)特點等。第三章：藍牙技術(shù)。介紹了藍牙技術(shù)的相關(guān)原理，其技術(shù)特點及運用前景等。第四章：藍牙跳頻通信系統(tǒng)仿真設(shè)計。著重介紹藍牙跳頻通信系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)，主要包括在MATLAB環(huán)境下仿真框圖的實現(xiàn)以及功能。藍牙跳頻系統(tǒng)仿真模型各個部分的設(shè)計原理和設(shè)計思路。第五章：結(jié)論部分。對本次設(shè)計進行總結(jié)。3第二章 跳頻通信系統(tǒng)2.1 跳頻技術(shù)概述跳頻是常

13、用的擴頻.方式之一，其工作原理是跳頻通信系統(tǒng)的收發(fā)信號的載波頻率受到偽隨機變化碼得控制而產(chǎn)生隨機的變化。從頻域的角度上看，跳頻信號的頻譜在很寬的頻帶上進行不等間隔的隨機跳變。從時域的角度上進行分析，跳頻信號是個多頻率的頻移鍵控信號。核心部件是跳頻控制器。它包括的功能有：跳頻圖案的的產(chǎn)生，同步和自適應(yīng)控制等功能。在跳頻控制器的作用下頻合器合成所需的頻率。跳頻通信憑借其獨特的技術(shù)優(yōu)勢在問世后的短短數(shù)十年間，倍受世.界各國，特別是軍事強國的青睞。2.2 跳頻的基本概念跳頻定義：在無線傳輸中，射頻頻率按照某種特定算法發(fā)生的重復(fù)變化。這種變化通常借助于擴頻代碼序列發(fā)生器。跳頻頻技術(shù)，是指用偽隨機碼序列進

14、行頻移鍵控，使載波頻率不斷跳變而擴展頻譜的一種方法。通常我們在日常生活中接觸到的都是定頻通信，即在指定的頻率上進行通信。這種通信系統(tǒng)的抗干擾能力比較弱，在干擾嚴重的情況下會導(dǎo)致通信質(zhì)量的大幅下降甚至通信中斷。跳頻技術(shù)就可以很好地解決這個問題，實現(xiàn)系統(tǒng)的性能穩(wěn)定。此外，其隱蔽性強，不易被截獲。例如：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，在戰(zhàn)爭雙方的通信對抗條件下，采用跳變通信就不容易暴露目標，信息不容易被截獲，提高了戰(zhàn)場生存那能力。因此，跳頻通信不管在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都得到了廣泛的運用。跳頻圖案指的是跳頻通信系統(tǒng)中載波頻率變化的規(guī)律。為了增強通信的安全性，經(jīng)常采用偽隨機改變的跳頻圖案。對于通信的雙方只有使用相同的跳

15、頻圖案才能建立通信聯(lián)系。所謂“偽隨機” ，就是“假”的隨機，實際上是有規(guī)律性可循的，在外人不知道跳頻圖案的情況下，是很難猜出其跳頻的規(guī)律來。42.3 產(chǎn)生跳頻信號在定頻通信系統(tǒng)中，載波頻率和發(fā)射機主振蕩器的振蕩頻率都是固定不變的。主振蕩器的頻率必須根據(jù)控制指令而改變，只有這樣才能得到跳頻信號。跳頻器是產(chǎn)生跳頻信號的裝置。它由跳頻指令發(fā)生器和頻率合成器組成。信息在跳頻通信系統(tǒng)可以以模擬或數(shù)字的方式傳輸，通過調(diào)制器的調(diào)制可獲得副載波恒定的已調(diào)波。已調(diào)波信號再和主載波頻率信號進行混頻，即可獲得滿足要求的載波頻率，經(jīng)過高通濾波器從天線發(fā)送。 2.4 跳頻信號的發(fā)送與接收2.4.1 跳頻信號的發(fā)送在時鐘

16、的作用下，跳頻指令發(fā)生器不斷地發(fā)出指令，頻率合成器不停地改變其輸出載波的頻率。從跳頻信號產(chǎn)生過程可得出結(jié)論，不管是模擬或數(shù)字定頻發(fā)送系統(tǒng)，裝上一個跳頻器即可成為一個跳頻的發(fā)送系統(tǒng)。圖 2-1 發(fā)送部分2.4.2 跳頻信號的接收定頻信號采用超外差式的方式進行接收，接收到的信號與本地振蕩的頻率相差一個中頻，在進行混頻以后產(chǎn)生了相應(yīng)的組合波頻率和頻率恒定的中頻信號。在進入解調(diào)器之前，要先經(jīng)過中頻濾波器消除組合波頻率。解調(diào)器輸出的就是要給接收端的信息。接信源調(diào)制頻率合成器PN 碼產(chǎn)生器5收機中的跳頻器要受到同步指令的控制。跳頻器是跳頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，跳頻同步則是跳頻系統(tǒng)的該心技術(shù)。圖 2-2 接收

17、部分接收機本振信號的跳變規(guī)律和發(fā)送端的是相同的，其相應(yīng)的的頻率頻差剛好是接收機中頻。當(dāng)收發(fā)雙方的偽隨機碼同步時，可使頻率合成器產(chǎn)生的跳變頻率同步，然后再通過混頻器，可以得到中頻信號，得到的中頻信號再經(jīng)解調(diào)恢復(fù)出發(fā)送的原始信號。對于干擾信號，因為不知跳頻信號的變化規(guī)律，其和本振合成的不相關(guān)頻率無法進入中頻信道，不能對傳輸?shù)男盘栃纬筛蓴_。2.4.3 正確接收跳頻信號的條件跳頻系統(tǒng)的同步是正確接收跳頻信號的前提條件。跳頻系統(tǒng)的同步直接決定著通信能否正常建立。同步含義：跳頻圖案相同, 跳變頻率的序列相同，跳變的起止時刻相同。為了實現(xiàn)收、發(fā)雙方的跳頻同步，收端要接收到發(fā)端的跳頻同步的信息，它包括采用什么

18、樣的跳頻圖案，在從哪一個頻率上開始起跳，還要不停地校正收端本地時鐘，使其與發(fā)送端時鐘一致8。同步包含下列幾項內(nèi)容：接收端和發(fā)送端產(chǎn)生的跳頻圖案必須相同，即擁有相同的跳變規(guī)律。收、發(fā)端的跳變頻率要保證在接收端產(chǎn)生中頻信號，就是收端產(chǎn)生的本地跳高放混頻中放解調(diào)頻率合成器PN 碼產(chǎn)生器同步系統(tǒng)6變頻率與跳變的載波頻率相差一個中頻信號。頻率跳變的起止時刻必須在時間上同步跳變和保持相位一致。在數(shù)字信息傳輸?shù)倪^程中，要做到位同步和幀同步。 2.4.4 跳頻信號的波形與定頻連續(xù)信號波形不同，跳頻信號的波形是不連續(xù)的，其主要原因是跳頻器產(chǎn)生的跳變載波信號是不連續(xù)的。頻率合成器從接受跳頻指令到完成頻率的跳變需要

19、一個切換時間。保證其輸出的信號頻率穩(wěn)定，在頻率切換的瞬間系統(tǒng)是抑止發(fā)射機末級工作的。 頻率合成器從接受指令到波形振蕩到達穩(wěn)定狀態(tài)的時間叫作建立時間；從波形穩(wěn)定狀態(tài)到振蕩消失的時間叫作消退時間；穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)的時間叫作駐留時間；從建立到消退的整段時間叫作跳周期。把消退時間加上建立時間叫作換頻時間。跳頻通信系統(tǒng)只能在駐留時間內(nèi)才可以正確地傳送信息。跳頻通信系統(tǒng)為了有效地傳送信息，其要求頻率切換占用時間要盡量的短。換頻時間約為跳周期 1/8 1/10。如跳頻速率每秒 500 跳的系統(tǒng)，跳周期 Th2ms，換頻時間為 0.2ms。跳頻速率每秒 20 跳的系統(tǒng)，跳周期是50ms，其換頻時間約為 5ms1。

20、2.5 跳頻通信的優(yōu)勢1.抗干擾性能強跳頻通信抗干擾的原理是在不同的頻道上隨機跳變，使敵方無法弄清跳頻規(guī)律，而具有強的抗干擾能力。我方采用的跳頻碼序列是個偽隨機碼，跳變的頻率可以多達上萬個。敵方在某一頻率段上或某幾個頻率段上施放干擾起不到效果。跳頻的載波頻率受偽隨機碼控制而不斷跳變，其在任何一個頻率駐留時間內(nèi)占據(jù)的帶寬是相當(dāng)窄的。因為頻率跳變的速率很快，可將跳頻系統(tǒng)看成是個寬帶系統(tǒng)，即擴展頻譜。跳頻的帶寬就是頻率的數(shù)目與每個頻率所占信道帶寬的乘積。從擴頻通信的理論可知，相同情況下擴展的頻譜可以換取更高的信噪比。換句話說，擴展了頻帶，就能夠在較低的信噪比的情況下用相同的信息速率、任意小的差錯概率

21、來傳遞信息，甚至在信號被噪聲完全湮沒的情況下，也能保持可靠的通信2?？梢?，抗干擾性強是跳頻通信系統(tǒng)最杰出的優(yōu)點。2.頻譜利用率高7人們意識到頻譜資源的寶貴，因此，提高頻譜利用率也是現(xiàn)代通信的基本要求。跳頻通信可以利用不同的跳頻圖案或時鐘，在一定帶寬內(nèi)容納多個跳頻通信系統(tǒng)同時工作，達到頻譜資源共享，大大提高頻譜利用率。3.易于實現(xiàn)碼分多址多址通信是指很多用戶組成一個通信網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)的任何兩個用戶都可以建立通信，多對用戶同時進行通信也互不干擾。利用跳頻通信能很容易地組建這樣的多址通信網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)各用戶有互不相同的地址碼，地址碼就像是電話號碼。每個用戶只能接收按其地址發(fā)來的信號，對于其他用戶發(fā)來的信號，則不

22、會被解調(diào)出來。4.兼容性對于跳頻通信，兼容是指跳頻通信系統(tǒng)可與不跳頻的窄帶通信系統(tǒng)在定頻上建立通信。很明顯，兼容的最大好處在于先進的跳頻電臺能夠和常規(guī)的定頻電臺進行互通。5.解決了“遠近”問題“遠近”問題對直擴系統(tǒng)影響很大，對跳頻系統(tǒng)這種影響就很小了，甚至可以忽略。6.時間短、入網(wǎng)快采用快跳頻和糾錯編碼系統(tǒng)用的偽隨機碼速率比直擴系統(tǒng)的低，同步要求比直擴系統(tǒng)低，時間短、入網(wǎng)快。8第三章 藍牙技術(shù)3.1 藍牙技術(shù)概述藍牙是一種低成本、短距離的無線連接開放性技術(shù)標準，工作于全球統(tǒng)一的 2.4GHz ISM 頻段。藍牙具有較強的抗干擾能力，標準有效傳輸距離為 10 米，通過添加放大器傳輸距離增加到 1

23、00 米。跳頻是藍牙采用的關(guān)鍵技術(shù)之一對應(yīng)單時隙分組，藍牙的跳頻速率為 1600 秒;對于多時隙分組，跳頻速率有所降低;但在鏈路建立過程中提高為 3200 秒。藍牙技術(shù)是無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立特別連接。與其它工作在相同頻段的系統(tǒng)相比，藍牙跳頻更快，數(shù)據(jù)包更短，使藍牙比其它系統(tǒng)都穩(wěn)定。FEC 的使用抑制了長距離鏈路的隨機噪音。應(yīng)用二進制調(diào)頻（FM）技術(shù)的跳頻收發(fā)器被用來抑制干擾和防止衰落3。藍牙技術(shù)的特點是低成本、低功耗。藍牙在激活模式的最大發(fā)射功率為 100mW，同時藍牙提供了多種節(jié)電工作模式4。這些模式有效地降低了藍牙

24、的功耗。藍牙的技術(shù)相對來說比較簡單的技術(shù).比如在調(diào)制方面，采用最小高斯頻移鍵控方式。藍牙的這些技術(shù)可利用簡單的電路實現(xiàn)，相對其它先進和復(fù)雜的技術(shù)而言，成本較低。藍牙基帶協(xié)議由電路交換與分組交換組合而成。在被保留時隙中可以傳輸同步數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包以不同頻率發(fā)送。一個數(shù)據(jù)包名義上占用一個時隙，實際上可被擴展到占用 5 個時隙。藍牙可支持異步數(shù)據(jù)信道、多達 3 個的同時進行的同步話音信道，還可用一個信道同時傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音。每個信道支持 64kb/s 同步話音鏈路。異步信道可以支持最大速率為721kb/s 和速率為 57.6kb/s 的不對稱連接，也可以支持 43.2kb/s 的對稱連接5。

25、3.2 形成背景1998 年 5 月，愛立信、諾基亞、東芝、IBM 和英特爾公司等五家廠商，在開展短程無線通信技術(shù)的標準化活動時提出了藍牙技術(shù)，宗旨為提供一種短距離、低成本的無線9傳輸應(yīng)用技術(shù)。Intel 公司負責(zé)半導(dǎo)體芯片和傳輸軟件開發(fā)，愛立信負責(zé)無線射頻和移動電話軟件開發(fā)，IBM 和東芝負責(zé)筆記本電腦接口規(guī)格的開發(fā)。1999 年下半年，業(yè)界巨頭微軟、摩托羅拉、三康、朗訊與藍牙特別小組的五家公司共同發(fā)起成立了藍牙技術(shù)推廣組織，在全球范圍內(nèi)掀起一股“藍牙”熱潮。全球業(yè)界即將開發(fā)一大批藍牙技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品，使藍牙技術(shù)呈現(xiàn)出極其廣闊的市場前景，并預(yù)示 21 世紀初將迎來波瀾壯闊的全球無線通信浪潮。3

26、.3 藍牙技術(shù)特點藍牙(Bluetooth)技術(shù)是一種低功耗、短距離無線通信技術(shù)，是實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)娜蜷_放性標準。它使用跳頻擴譜(FHSS)、時分多址(TDM)、碼分多址(CDMA)等先進技術(shù)，在小范圍內(nèi)建立多種通信與信息系統(tǒng)之間的信息傳輸6。藍牙技術(shù)特點概括為如下幾個方面：1采用跳頻技術(shù)，工作于 ISM 頻段藍牙采用跳頻技術(shù)工作于全球開放的 ISM(Industrial Scientific Medical)頻段，無需申請許可證。采用 TDD(TimeDivision Duplex)時分雙工方式在 2402GHz 到 2480GHz之間進行跳頻擴頻，使用 79 個頻點，載頻為(24

27、02+k)MHz(k=0,1，2，78)，載頻間隔1MHz。藍牙技術(shù)通過快跳頻和短分組技術(shù)減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?。2同時支持語音和數(shù)據(jù)傳輸藍牙基帶協(xié)議是電路交換與包交換的結(jié)合，使藍牙技術(shù)可以同時適合傳送語音和數(shù)據(jù)。藍牙支持實時同步定向連接和非實時異步不定向連接，前者主要傳送語音等實時性強的信息，后者則以數(shù)據(jù)包傳輸為主，并且語音和數(shù)據(jù)可以單獨或同時傳輸8。在一對藍牙設(shè)備之間，藍牙協(xié)議支持一條 ACL 鏈路，用來傳送數(shù)據(jù)，支持對稱或非對稱的、分組交換、點到多點的連接。藍牙 V12 在對稱連接情況下，支持 4339kbps 的全雙工通信；非對稱連接，最大速率為正向 7232kpbs，反向

28、576kbps。在一對藍牙設(shè)備之間，藍牙協(xié)議支持三個 SCO 鏈路，用來傳輸語音，支持對稱的、電路交換、點到點的連接9。每個 SCO 鏈路傳輸速率為 64kbits，語音編碼方式采用 PCM(脈沖編碼調(diào)制)或 CVSD(連續(xù)可變增量斜率調(diào)制)。CVSD 方式抗衰落性強，即使誤碼率達到 4，語音質(zhì)量也可接受。103糾錯方式藍牙系統(tǒng)的糾錯機制分為 FEC 和包重發(fā)。FEC 支持 13 率和 23 率 FEC 碼。13 率僅用 3 位重復(fù)編碼，在接收端判決，既可用于數(shù)據(jù)包頭，也可用于 SCO 連接的包負載。23 率碼用一種縮短的漢明碼，誤碼捕捉用于解碼，它既用于 SCO 連接的同步包負載，也用于 A

29、CL 連接的異步包負載10。在 ACL 連接中，可用 ARQ 結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，若接收方?jīng)]有響應(yīng)，則發(fā)端將包重發(fā)。每個負載包含有 CRC，用來檢測誤碼。 4支持點對點及點對多點的通信方式藍牙設(shè)備按可組成兩種網(wǎng)絡(luò)：微微網(wǎng)和散射網(wǎng)，微微網(wǎng)的建立由兩臺設(shè)備的連接開始，最多可由八臺設(shè)備組成。在一個微微網(wǎng)中，只有一臺為主設(shè)備，其他均為從設(shè)備。相互獨立的微微網(wǎng)以特定方式鏈接在一起便構(gòu)成了散射網(wǎng)，散射網(wǎng)中的藍牙設(shè)備既可以是某微微網(wǎng)中的從設(shè)備，也可以是另一個微微網(wǎng)的主設(shè)備：利用時分復(fù)用技術(shù)，某一藍牙設(shè)備還可以同時是幾個微微網(wǎng)的從設(shè)備。所有的藍牙設(shè)備都是對等的，所以在藍牙中沒有基站的概念11。5低功耗藍牙設(shè)備

30、在通信連接狀態(tài)下，有四種工作模式激活模式、呼吸模式、保持模式和休眠模式。激活模式是正常的工作狀態(tài)，另外三種模式是為了節(jié)能所規(guī)定的低功耗模式。呼吸模式下的從設(shè)備周期性地被激活；保持模式從設(shè)備停止監(jiān)聽來自主設(shè)備的分組，保持其激活成員地址；休眠模式主從設(shè)備仍保持同步，但從設(shè)備不需要保留其激活成員地址。三種節(jié)能模式，呼吸模式功耗最大，對應(yīng)主設(shè)備響應(yīng)最快；休眠模式功耗最小，對主設(shè)備響應(yīng)也最慢12。6體積小藍牙技術(shù)在應(yīng)用中往往需要將藍牙芯片或模塊嵌入到體積較小的移動設(shè)備中，所以藍牙模塊便具備了體積更小，便于集成等特點13。3.4、藍牙技術(shù)的運用及其前景藍牙具有低功耗、低成本和比較靈活等特點，其應(yīng)用空間很廣

31、闊，應(yīng)用集中在以下幾個方面：（1）替代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)電纜連接，能夠有效地簡化計算機產(chǎn)品之間，及其和外設(shè)之間11的通信：（2）為因特網(wǎng)提供短距無線接入點，為各種電子產(chǎn)品與因特網(wǎng)相連提供便捷途徑；（3）為個人局域網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)連接手段，使各個設(shè)備間可相互通信和相互利用對方的功能；（4）嵌入到家用電器中，使之智能化并有網(wǎng)絡(luò)信息終端的功能，構(gòu)成信息家電；（5）應(yīng)用到電子商務(wù)領(lǐng)域，藍牙的安全保密特性將大大擴展現(xiàn)有電子商務(wù)系統(tǒng)的功能，使藍牙在電子商務(wù)領(lǐng)域?qū)碛芯薮蟮膽?yīng)用前景14。12第四章 藍牙跳頻通信系統(tǒng)仿真設(shè)計4.1 藍牙跳頻系統(tǒng)各部分介紹4.1.1 信號傳輸部分藍牙跳頻系統(tǒng)信號傳輸主要包含兩部分：信號序列產(chǎn)

32、生和在跳頻頻率上映射該序列。在輸入端，輸入的是本地時鐘和當(dāng)前地址15。其中，使用時鐘的 27 為 MSB。在呼叫和查詢狀態(tài)下，將使用時鐘的整 28 位，在呼叫狀態(tài)下，本地時鐘將被修改為被叫單元對主單元的值。地址輸入位由 28 位組成，即整個 LAP 和 UAP 的 4 位 LSB。在連接狀態(tài)中，可使用主單元地址，在呼叫狀態(tài)下使用呼叫地址單元。在查詢狀態(tài)下，使用和 GIAC 對應(yīng)的UAP/LAP。輸出則構(gòu)成為一個偽隨機序列。覆蓋 79 跳還是 23 跳系統(tǒng)，取決于當(dāng)前的狀態(tài)。對于 79 跳系統(tǒng)，選擇頻率間隔為 64MHz 的 32 跳頻段，并以隨機次序訪問這頻點一次。然后，選擇一個不同的 32

33、跳頻段，并以此類推。對于呼叫、花椒掃描和呼叫應(yīng)答狀態(tài)，將使用同一個 32 跳頻段16。下面以調(diào)頻速率為 1600/s 的跳頻系統(tǒng)為例，實現(xiàn)信號傳輸部分仿真，如圖 4-1 所示。信號產(chǎn)生采用 Bernoulli 隨機信號生產(chǎn)模塊生成幀采樣率為 10、采樣時間為 1.5e-6 的隨機信號，具體參數(shù)設(shè)置如圖 4-2 所示。信號經(jīng)預(yù)處理在 1600/s 的跳頻上映射。各模塊參數(shù)設(shè)置將在下面做詳細的介紹。圖 41 跳頻系統(tǒng)傳輸部分信號生成模塊參數(shù)設(shè)置：隨機信號趨于 0 的概率設(shè)為 0.5，初始狀態(tài)為 12345，采樣13時間為 1.5us，每幀采集 10 個數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)類型為 double圖 42 信

34、號生成模塊參數(shù)設(shè)置窗口對 Shortened hamming 模塊進行參數(shù)設(shè)置，將代碼長度設(shè)為 15bit。14 圖 4-3 Shortened hamming 模塊參數(shù)設(shè)置窗口對 Buffer 模塊進行參數(shù)設(shè)置，將數(shù)據(jù)緩存器最大存儲量設(shè)為 625 個數(shù)據(jù)，初始狀態(tài)設(shè)為 0。圖 44 Buffer模塊參數(shù)設(shè)置窗口信號經(jīng) CPM 連續(xù)相位調(diào)制后和經(jīng) 79-FSK 調(diào)制的偽隨機系列進行相乘得到 79 個頻率不同的載波。圖 45 FH-CPM modulator 子系統(tǒng)15高斯信道模塊參數(shù)設(shè)置：高斯信道的信噪比設(shè)為 20db，因為藍牙傳輸速率為 1M/s， 采樣時間設(shè)為 1us。圖 46 高斯信道模

35、塊參數(shù)設(shè)置窗口對 Spectrum Scope 進行參數(shù)設(shè)置，將窗口類型設(shè)為 Hann，窗采樣類型設(shè)為周期性，頻譜數(shù)量設(shè)為 1。圖 47 Spectrum Scope 參數(shù)設(shè)置窗口164.1.2 信號接收部分 信號接收部分利用相同的隨機調(diào)頻序列將接受心法進行解調(diào)，按預(yù)處理的逆序進行調(diào)解，其仿真實現(xiàn)如圖 4 所示。其中包含兩個子系統(tǒng)：FH-FM Demodulator 子系統(tǒng)和Dis-assemble Packet 子系統(tǒng)。圖 48 信號接收部分仿真（1）FH-FM Demodulator 子系統(tǒng)FH-FM Demodulator 子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。該子系統(tǒng)有兩個輸入端，in1是信道

36、接受的擴頻信號，in2 是隨機序列產(chǎn)生器輸入的隨機跳頻序列，它與發(fā)送端保持同步，該序列經(jīng) M-FSK 調(diào)制與 in1 中的信號相乘再進行 M-FSK 解頻，得到輸出out1。圖 49 FH-FM Demodulator子系統(tǒng)對 Frame conversion 進行參數(shù)設(shè)置，將輸出信號的采樣模式設(shè)為基于幀的采樣模式17圖 410 Frame Conversion對 Math Function 進行參數(shù)設(shè)置，將輸出信號類型設(shè)為自動，采樣時間設(shè)為默認值 圖 411 Math Function79-MSK 參數(shù)設(shè)置：藍牙采用 79-MSK 調(diào)制方式，產(chǎn)生 79 個不同的載波頻率，每個符號采樣6250

37、0 個。18圖 412 79-MFK 模塊設(shè)置窗口對 Product 模塊進行參數(shù)設(shè)置，將輸入的端口數(shù)設(shè)為 2，采樣時間設(shè)為默認值。圖 413 Product 模塊參數(shù)設(shè)置窗口對 2-FSK 進行參數(shù)設(shè)置，將每符號采樣數(shù)設(shè)為 100 個，頻率間隔設(shè)為 10Hz。19圖 414 2-FSK 模塊參數(shù)設(shè)置窗口（2）Dis-assemble Packet 子系統(tǒng)Dis-assemble Packet 子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 11 所示，由于經(jīng)信道傳輸產(chǎn)生延遲，因此在 Dis-assemble Packet 中增加延遲 Integer Delay, 采樣延遲設(shè)置為 10。子系統(tǒng)各模塊設(shè)置如下：圖 415

38、Dis-assemble Packet 子系統(tǒng)4.1.3 頻譜分析頻譜分析譜分析結(jié)構(gòu)圖及參數(shù)設(shè)置如下: 20圖 4-16 頻譜分析模塊對 Frequency hopping code 模塊進行參數(shù)設(shè)置：跳頻碼用隨機整數(shù)發(fā)生器生成 79 個隨機整數(shù)，采樣時間設(shè)置為 1/1600s圖 417 Frequency hopping code 模塊參數(shù)設(shè)置窗口圖 4-18 Hop Frequency 模塊參數(shù)設(shè)置窗口4.1.4 誤碼分析部分誤碼分析部分誤碼分析部分框圖及參數(shù)設(shè)置如下:21圖 4-19 誤碼分析模塊圖 4-20 Error Rate Calculation 模塊參數(shù)設(shè)置窗口對 Displa

39、y 進行參數(shù)設(shè)置，將其顯示格式為短整型。圖 4-21 Display 參數(shù)設(shè)置窗口4.2 藍牙通信系統(tǒng)仿真模型22圖 4-22 整個系統(tǒng)的仿真框圖4.3 系統(tǒng)運行分析在上面給出的仿真條件下，觀察仿真運行情況。系統(tǒng)仿真結(jié)果頻譜如下圖所示，在頻率范圍-39MHz39MHz 內(nèi)，產(chǎn)生 20 個分貝的隨機跳頻脈沖。其中所得到的輸入波形、輸出波形、經(jīng)過信號和不經(jīng)過心道的波形如下所示：圖 4-23 信號源生成的隨機信號圖 4-24 接收端接收到的信號此時的誤碼率為 0.496823圖 4-25 信號源生成的隨機信號圖 4-26 接收端接收到的信號此時誤碼率為 0.4951圖 4-27 不經(jīng)過信道已調(diào)信號的波形圖 4-28 經(jīng)過信道已調(diào)信號的波形圖 4-29 不經(jīng)過信道已調(diào)信號的波形圖 4-30 經(jīng)過信道已調(diào)信號的波形24圖 4-31 不經(jīng)過信道已調(diào)信號的波形圖 4-32 經(jīng)過信道已調(diào)信號的波形圖 4-33 不經(jīng)過信道已調(diào)信號的波形圖 4-34 經(jīng)過信道