蓝牙跳频通信系统仿真.doc

1、1目录一、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2（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3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

2、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

3、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-CPM Demulator 子系统和 Dis-assemble Packet 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

4、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 。

5、 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

6、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4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 。

7、 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 2.4GHz ISM(即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为 1Mb

8、/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 2.4GHZ ISM 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

9、了信号的可靠性和安全性。（2） 、模型设计以及对模型的解释5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6随机信号。信号经预处理在 1600/s 的跳频上进行映射。图 4 F

10、H-CPM Modulaor 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-39MHZ39MHZ 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-CPM Demulator 子系统和 Dis-assemble Packet 子系统两个7子系统。FH-C

11、PM Demulator 子系统如图 6 所示，图 6 FH-CPM Demulator 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-assemble Packet 子系统如图 7 所示，图 7 Dis-assemble Packet 子系统由于经信道传输产生延迟，因此在 Dis-assemble Packet 子系统中增加延迟 Integer Delay,采样延迟设置为 10。8C、蓝牙跳频通信系统频谱分析

12、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 Spectrum Scope 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 Error Rate Calculation(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9图 10 Bernoulli 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

13、11 20 分贝的随机跳频脉冲图 11 显示的是在频带范围-39MHZ39MHZ 内，产生 20 分贝的随机跳频脉冲。10图 12 Bernoulli 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。11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：12图 13 m 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

14、代码如下：13程序运行结果如图 14 所示：14图 14 m 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15必要的过程之外，在知识

15、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

16、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