蓝牙跳频通信系统仿真.docx

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蓝牙跳频通信系统仿真

蓝牙跳频通信系统仿真

一、实训目的····································2

二、实训内容摘要································2

三、正文········································2

第一部分

（1）、实训的原理································2

（2）、模型设计以及对模型的解释··················4

（3）、设计和实验结果解释························8

第二部分

（1）、实例二仿真································10

（2）、实例三仿真································11

四、设计体会····································13

五、参考文献····································14

一、实训目的

目的是使学生将通信原理的基本理论与通信的工程应用紧密结合起来。

通过该课程设计，要求学生能运用通信原理的理论和Simulink仿真工具来设计通信系统，计算通信系统的性能指标。

二、实训内容摘要

扩频技术是将要发送的信息频谱拓宽到一个很宽的带宽上进行发射，接收端利用相关接收的原理将其带宽压缩，恢复成原来的窄带信号。

通常的实现方法是将待扩频的信号与一个扩频函数（一般是伪随机编码信号）在时域相乘，来扩展信号的频谱。

扩频系统有两个显著的特征：

（1）传输带宽远大于被传送的原始信号带宽；

（2）传输带宽主要由扩频函数决定。

跳频技术是扩频技术的一种。

跳频，即载波频率在伪随机码控制下随机跳变，因此跳频系统可以看做是载频按照一定规律变化的多频频移键控（MFSK）。

蓝牙跳频技术，是实现蓝牙扩谱的关键技术。

ISM频段是对所有无线电系统都开放的频段，使用ISM频段的系统容易受干扰。

蓝牙跳频系统，使得系统所传输的信号工作在一个很宽的频带上，传统的窄带干扰只能影响到扩频信号的一小部分，这使得信号不容易受到其它无线电波和信号的影响，从而更加稳定。

另外，如果在一个频道上遇到干扰，就可以迅速跳到可能没有干扰的另一个频道上工作，从而加强了信号的可靠性和安全性。

蓝牙跳频通信系统包括：

信号传输部分、信号接收部分、频谱分析部分、误码分析部分。

蓝牙跳频通信系统信号传输主要包含两个部分：

信号序列产生和在跳频频率上映射该序列。

蓝牙跳频通信系统信号接收部分利用相同的随机跳频序列将接收信号进行解调，按照预处理的逆序进行解调，包含FH-CPMDemulator子系统和Dis-assemblePacket子系统两个子系统。

三、正文

第一部分：

（1）、实验系统的原理

扩频技术是将要发送的信息频谱拓宽到一个很宽的带宽上进行发射，接收端利用相关接收的原理将其带宽压缩，恢复成原来的窄带信号。

通常的实现方法是将待扩频的信号与一个扩频函数（一般是伪随机编码信号）在时域相乘，来扩展信号的频谱。

扩频系统有两个显著的特征：

（1）传输带宽远大于被传送的原始信号带宽；

（2）传输带宽主要由扩频函数决定。

跳频技术是扩频技术的一种。

跳频，即载波频率在伪随机码控制下随机跳变，因此跳频系统可以看做是载频按照一定规律变化的多频频移键控（MFSK）。

发送端在时钟控制下，伪码发生器产生伪随机序列去控制频率合成至生成跳频载波系列，称做跳频图案。

跳频通信系统的原理框图见上图。

图中接收端的预调制滤波器是一种中心频率随信号跳频式样而同步跳变的窄带滤波器（通频带允许所需信号通过），目的在于增加接收机的时间选择性，减少强干扰对接收机可能引起的阻塞现象。

　　接收的跳频载波序列若与本地产生的跳频序列图案一致，则经混频后可得到一个固定的中频信号，再经解调获得输出。

若外来跳频图案与本地图案不一致，则得不到一个固定的中频信号，解调后只是一些噪声而得不到有用的输出。

因此时间同步是跳频通信的关键技术。

调制方式可根据跳频信号的特征进行选择。

在跳频系统中不宜采用对相位要求严格的调制方式。

因为在跳频通信系统中，接收机的本地载波要做到与外来信号的载波在相位上保持相干是很困难的。

因此，宜用非相干检测方式。

频率合成器是跳频通信系统的重要组成部分。

频率合成器的性能将制约跳频速率。

对频率合成器的要求是跳频速率快、杂散电平低和功耗小。

频率合成器进行频率跳变时，一般有2个阶段：

一个是过渡期（暂态时间），一个是滞留期（稳态时间）。

要求过渡期尽量的要短，以实现高速转换。

蓝牙工作在全球通用的2.4GHzISM（即工业、科学、医学）频段。

蓝牙的数据速率为1Mb/s。

时分双工传输方案被用来实现全双工传输。

使用IEEE802.15协议。

蓝牙跳频技术，是实现蓝牙扩谱的关键技术。

由于2.4GHZISM频段是对所有无线电系统都开放的频段，而蓝牙系统不是工作在该频段的第一系统，大多数无线局域网、微波炉、高压钠灯的等军用和民用无线电波也在此频率范围，因此使用ISM频段的系统容易受干扰。

蓝牙跳频系统通过使用扩频的方式，使得系统所传输的信号工作在一个很宽的频带上，传统的窄带干扰只能影响到扩频信号的一小部分，这使得信号不容易受到其它无线电波和信号的影响，从而更加稳定。

另外，如果在一个频道上遇到干扰，就可以迅速跳到可能没有干扰的另一个频道上工作，从而加强了信号的可靠性和安全性。

（2）、模型设计以及对模型的解释

蓝牙跳频通信系统仿真模型图如下所示：

图2蓝牙跳频通信系统仿真模型图

蓝牙跳频通信系统包括四个部分：

蓝牙跳频通信系统信号传输部分、蓝牙跳频通信系统信号接收部分、蓝牙跳频通信系统频谱分析部分、蓝牙跳频通信系统误码分析部分。

A、蓝牙跳频通信系统信号传输部分

图3蓝牙跳频通信系统信号传输部分

蓝牙跳频通信系统信号传输主要包含两个部分：

信号序列产生和在跳频频率上映射该序列。

信号产生采用Bernoulli随机信号生成模块产生帧采样率为10、采样时间为1.5e-6的随机信号。

信号经预处理在1600/s的跳频上进行映射。

图4FH-CPMModulaor子系统

跳频调制方式采用FH-CPM制式调制，输入int1将原始信号进行CPM调制得到脉冲长度为1的Binary符号序列，在另一输入端将跳频速率为1600/s的跳频信号进行M-FSK调制，得到-39MHZ~39MHZ的跳频序列，将二者相乘得到输出信号进入传输信道。

B、蓝牙跳频通信系统信号接收部分

图5蓝牙跳频通信系统信号接收部分

蓝牙跳频通信系统信号接收部分利用相同的随机跳频序列将接收信号进行解调，按照预处理的逆序进行解调，包含FH-CPMDemulator子系统和Dis-assemblePacket子系统两个子系统。

FH-CPMDemulator子系统如图6所示，

图6FH-CPMDemulator子系统

输入int1是经传输信道接收的扩频信号。

输入int2是随机序列产生器输入的随机跳频序列，该序列与发送端保持同步，经M-FSK调制后与int1中的扩频信号相乘再进行M-FSK解调，得到输出out1。

Dis-assemblePacket子系统如图7所示，

图7Dis-assemblePacket子系统

由于经信道传输产生延迟，因此在Dis-assemblePacket子系统中增加延迟IntegerDelay,采样延迟设置为10。

C、蓝牙跳频通信系统频谱分析部分

图8蓝牙跳频通信系统频谱分析部分

如图8所示，信号通过选择器Selector，在频谱仪SpectrumScope中显示出来。

D、蓝牙跳频通信系统误码分析部分

图9蓝牙跳频通信系统误码分析部分

如图9所示，将传输信号Int1和接收信号Int2送入ErrorRateCalculation（差错校验）进行检测，并将结果使用Display模块显示出来。

（3）、设计和实验结果曲线解释

图10Bernoulli随机信号生成模块产生随机信号

图10表示的是Bernoulli随机信号生成模块产生帧采样率为10、采样时间为1.5e-6的随机信号。

图1120分贝的随机跳频脉冲

图11显示的是在频带范围-39MHZ~39MHZ内，产生20分贝的随机跳频脉冲。

图12Bernoulli随机信号经过加性高斯白噪声信道传输误码率

图12显示的为经过加性高斯白噪声信道传输的信号频谱如下图所示，其产生的误码率约为0。

第二部分：

（1）、实例二仿真

计算特征多项式F（x）=x9+x6+x4+x3+1的m序列的自相关系数。

程序代码如下：

程序运行结果如图13所示：

图13m序列的自相关系数

（2）、实例三仿真

计算r=6本原多项式（八进制表示）103和147对应的两个m序列的互相关。

函数序列。

程序代码如下：

程序运行结果如图14所示：

图14m序列的互相关函数图

四、设计体会

为期两周的仿真实训结束了，在这紧张的两周里，我们主要用MATLAB/Simulink仿真软件犹如身临其境的对蓝牙跳频通信系统及知识要点做了深刻的实训。

按照老师的安排，前三天我们针对扩频通信和跳频通信专项训练，接着两天分组选题，第二周进行具体题目实训。

由于我们已经学习过《通信原理》及《MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用》两门课，虽然还没有进行实验环节，但其原理和仿真软件我已在课本上有了大概的了解，所以对它的一些术语并不陌生，进行起来比较顺利。

在仿真实验中除了熟悉一些软件模块必要的过程之外，在知识要点方面，通过这样的学习比单记课本上的知识要容易深刻的多，而且巩固学过的知识，印象更深刻。

而对于自己搭建通信系统对于我们来说就是一个新鲜事物，因为在这之前还没有操作过，无论是模块还是知识要点，我都不了解，幸好在课下对其大致看了一遍才使实训得以继续下去。

经过这次仿真实训后，我对其相关模块有了一定的了解，不再是单凭想象了，这更有利于我以后对软件模块的操作，而且把相应的知识理解提升到一个新的层次。

当然，在这次实训中，还有许多不足，很多具体的操作环节还没有搞懂，因为相应步骤只要做了就能得分，就没有再去追究，这种得过且过的作为以后要改正。

仿真实训是很好的事，可以让学生更好的理解相关知识，了解相关模块的设置；当然，如果能亲手在真正的仪器上进行实验操作就更好了。

不过仿真软件有很多欠缺之处，而且在实训过程中应该给学生一些自由活动的时间，不然容易疲倦。

对于仿真实训中一直给我们认真指导的和丽芳老师及王伟平老师我深表感激，在百忙之际，不辞辛苦的和我们一起渡过了这紧张的两周，不时的督促我们，才使得我没有虚度这两周，真正的学到了不少知识。

所以，谢谢两位老师！

五、参考文献

（1）、《通信原理教程（第6版）》，樊昌信、曹丽娜，国防工业出版社，2006

（2）、《通信原理—基于Matlab的计算机仿真》，郭文彬，桑林，北京邮电大学出版社，2006

（3）、《MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例精讲》，邵佳，董辰辉，电子工业出版社，2009

（4）、《通信原理实验与课程设计》，达新宇、孟繁茂、邱伟，北京邮电大学出版社，2005

（5）、《通信系统建模与仿真》，韦刚、季飞、傅娟，电子工业出版社，2007

（6）、《通信系统仿真》，周希元、陈卫东、毕见鑫，国防工业出版社，2004

（7）、《MATLAB通信仿真及应用实例详解》，邓华，人民邮电出版社，2003

（8）、《Simulink通信仿真教程》，李贺冰、袁杰萍、孔俊，国防工业出版社，2006

（9）、《MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用》，徐明远、邵玉斌，西安电子科技大学出版社，2005