蓝牙通信中语音接收部分的分析与设计

蓝牙通信中语音接收部分的分析与设计[20191214193057]
摘要
蓝牙技术是一种短距离、低功率和廉价的无线通信技术。它能够将各种通信设备无线连接起来,能够有效地简化了各种设备之间有线连接的繁杂。蓝牙技术采用时分双工传输方案实现全双工传输。
本课题要求构建蓝牙通信中语音系统的各组成模块,其中包括信号接受,使用MFSK跳频解调部分,进行信道纠错FEC和CRC,并且利用CVSD还原语音信号和误码分析部分,了解和熟悉蓝牙通信中语音接收部分系统的特点,分析系统的运行及性能。
本课题使用的MATLAB软件是当今最优秀的仿真应用软件之一,它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。
本设计主要基于MATLAB中的SIMULINK软件平台,利用MATLAB中现有的模块,对蓝牙通信系统中语音接收端进行分析和设计。主要研究方法是利用MATLAB软件进行蓝牙通信中语音传输系统的仿真,通过各组成模块的连接与封装,运行并分析结果。
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关键字:字蓝牙,语音,无线通信,MATLAB/SIMULINK
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3论文主要内容 3
第二章蓝牙系统概述 4
2.1蓝牙的简介 4
2.1.1开放的规范 4
2.1.2短距离无线通信 4
2.1.3语音和数据传输 4
2.1.4在世界任何地方都能尽享通信 4
2.2蓝牙特别兴趣小组 5
2.2.1蓝牙技术和SIG起源 5
2.3蓝牙名称的由来和历史 6
2.4蓝牙无线通信标准 6
第三章 蓝牙通信语音技术简介 8
3.1 蓝牙技术的应用 8
3.2蓝牙协议体系 10
3.2.1蓝牙协议栈的组成 10
3.3通信语音技术 12
3.31 CVSD 12
3.3.2循环冗余码(CRC) 13
3.3.3数字频率调制(MFSK) 17
第四章 基于Matlab/simulink的蓝牙语音传送部分仿真 20
4.1计算机仿真介绍 20
4.2simulink仿真平台简介 20
4.2.1功能 20
4.3simulink动态仿真 21
4.3.1Simulink基本操作 21
4.3.2建立Simulink仿真模型 22
4.3.3模块库与系统仿真 24
4.3.4子系统创建与封装 28
4.4蓝牙语音传输系统仿真 30
4.4.1接收机 31
4.4.2解调(MFSK)和跳频 32
4.4.3 HEC和FEC的框架 33
4.5结果与分析 34
4.5.1 计算误码率 34
4.5.2仿真结果的波形图 35
第五章总结与展望 36
5.1总结 36
5.2展望 36
参考文献 39
英文原文 40
中文译文 50
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
随着电子产品的发展,我们身边的智能化电器越来越多,这其中包括计算机、网络、通信设备以及最普及的家电用器。在此同时,电器之间的连线也越来越多也越来越复杂。计算机周边除了要与必要的鼠标和键盘之间连线,还有主机与打印、扫描仪等等各种外设之间的连线。缆线除了给我们造成许多使用不便之外,连线也经常出现故障,各种缆线之间由于接口或者标准不同不能够相互使用。蓝牙正是为了解决这种连线的不方便而提供了一个解决方案,以“无线代替缆线”是蓝牙开发的目的,也是蓝牙最基本的用途。
蓝牙技术最初目的之一就是在电子设备之间寻找一种新的低能耗、低成本的无线连接通信技术。蓝牙研究的目的之一是要找到一种新的连接方式,以无线代替缆线去除各种电器设备之间的连线。同时爱立信公司通过研究表明蜂窝网的最后一段网址应当作为短距离的无线连接使用。IBM、英特尔、诺基亚、东芝公司相继加入蓝牙的研究中。同时为了更好地研究蓝牙技术,五家公司于1998年初步成立了蓝牙特殊兴趣小组(SIG),该小组致力于蓝牙技术标准的制定、蓝牙产品的测试以及协调各国蓝牙使用频段的一致性。几个月后,SIG正式成立。不久四家公司加入了SIG,组成了SIG的九个领导成员。蓝牙是有线设备之间使用无线代替缆线连接的短距离无线通信的标准,将各种含有数字信息的设备用无线连接方式连接,进而形成一种个人周围邻域的网络,使得在其范围之内各种信息化的设备都能实现资源共享。蓝牙技术使用跳频和TDM(时分复用)等技术,来建立各种通信与信息之间的信息传输联系。从SIG成立到现在,加盟的公司总数已超过2000个,其中包括AMD、戴尔、惠普、德州仪器、飞利浦、三星等许多世界著名的大公司,甚至其中还包括汽车与照相机的制造商和生产厂家。伴随着蓝牙硅片越来越多的投入生产,旅馆、邮局、飞机场、会议中心以及商业领域都开始采用蓝牙技术,这充分说明蓝牙技术具有广阔的应用前景和潜在市场。更加凸显研究蓝牙技术具有重要的意义。
1.2国内外研究现状
自从1994年爱立信提出蓝牙技术以来,这项低功耗、低成本的无线连接技术已经获得了巨大的发展。SIG小组的各大公司都增加了对蓝牙的投资,不久就取得进展,在1999年发布了蓝牙技术协议V1.0B版,更是在2001年3月发布了更加完善的蓝牙协议V1.1版。1.1版本蓝牙技术传输速率在748b/s到810b/s之间,并且容易受到同频率的干扰。之后1.2版本做出了改善加上了抗干扰跳频功能。爱立信公司于2000年推出了蓝牙技术模块,此模块采用了两个芯片集成整个蓝牙协议,在之后各大公司正在努力将两个芯片变成一个,同时能够达到实现完整蓝牙协议的效果。截止2001年4月,蓝牙特殊兴趣小组已有成员2 491位;通过蓝牙技术认证的产品已有200多种。并且这些产品中多数经过了很好地测试,而且相应地测试设备也逐渐成熟。蓝牙协议还处于不断完善上升阶段,在2001年12月发布蓝牙协议V2.0版,采用hop技术来进一步提高抗干扰性能,经SIG预测能使语音的传输速率达到1.2M/s到1.8M/s之间。由于蓝牙技术的发展一直未达到预期的要求,而使一些业内人士对蓝牙技术产生了怀疑,但是作为一种前景光明的技术,蓝牙仍然以惊人的发展速度前进着。根据许多独立机构,如Frost&Sullivan,Cahners In-Stat和其他一些研究机构的预测,蓝牙无线技术会取得巨大的成功,到2005年会有15亿或者更多的设备使用蓝牙无线通信技术。
蓝牙3.0版本于2009年4月发布(又称蓝牙核心规范3.0),使用全新的交替射频技术,此版本针对任一任务动态地选择正确射频,并且取消了UMB的应用。在使用802.11无线协议后,使得蓝牙数据传输速率达到了24Mbps。功耗方面,3.0版本采用增强电源控制机制和以802.11,实现功耗明显下降。蓝牙SIG小组于2010年4月声称蓝牙4.0已经成型。4.0规范主要包含三个规范:传统蓝牙技术、高速蓝牙以及新的蓝牙低功耗技术。蓝牙4.0版本广泛被应用于商业,在新款的ipad4、galaxy S4、HTC One X和台商ACER AS3951系列等等都应用到了蓝牙4.0技术。我国国内的蓝牙领导品牌WOOWI于2012年6月首先推出了蓝牙4.0版本的耳机(woowi hero)。
1.3论文主要内容
本次毕业设计中,我选取老师提供课中题蓝牙通信中语音接收部分的分析与设计的仿真。在蓝牙通信语音系统仿真过程中要求构建蓝牙语音传输系统的接收部分的各个模块,需要完成的任务包括 ①用MFSK解调模块构造跳频解调模块 ②对接收数据进行跳频解调 ③对解调后的数据进行信道纠错译码,还原语音信号④计算接收信号的误码率,了解并熟悉蓝牙语音在无线端距离通信系统中的应用,分析蓝牙语音系统仿真的调试以及运行过程。主要研究的方法是利用MTLAB/SIMULINK软件进行蓝牙语音通信传输系统的仿真,通过各组成模块的连接与封装,先运行然后不停地调试直到得到预期的仿真效果以及分析结果。要想得到理想结果,必须先掌握蓝牙语音传输协议的基本理论与MATLAB操作知识其中simulink部分重点掌握,进行模块设计。
第二章蓝牙系统概述
2.1蓝牙的简介
蓝牙(Bluetooth)是在世界各地都能实现短距离无线语音和数据通信而制定的一个开放的技术规范。这简单地概述几个要点:开放的规范、短距离无线通信、语音和数据传输和在世界任何地方都能进行通信。
2.1.1开放的规范
蓝牙特别兴趣小组(SIG)为蓝牙无线通信技术制定的一个公开使用的、免除许可证的规范。
2.1.2短距离无线通信
目前计算机与通信设备连接大多都是通过缆线来实现的。这些缆线通过各式各样的连接器与各式各样的设备相连接,这些连接器要在形状、尺寸以及引脚数目上相匹配,种类繁多的缆线使用户感到很麻烦。有了蓝牙技术以后,这些设备间的通信就不必通过连线来实现了,只需通过一个简单地空中接口,借助无线电波接收和发送数据。这也是蓝牙无线通信技术设计的初衷。
2.1.3语音和数据传输
在计算和通信环境之间传统的分界线变得越来越不明显。语音也经常以数字的格式进行存储和转发,数据也可以通过语音设备(如手机)进行传输。有一些无线通信技术是专门用来传输语音的,而另一些则是专门用于传输数据的。蓝牙无线通信同时支持语音和数据传输,这样使得蓝牙技术既能够传输数据也可以传输语音,在混着语音和数据传输系统中占据相当的优势。
2.1.4在世界任何地方都能尽享通信
在世界上的许多地方,电信业受到了严格的限制。如电话系统,必须遵守政府的规定。通常,射频频谱的使用需要有许可证,传输功率受到了严格的限制。有一部分射频频谱的使用时不需要许可证的,蓝牙无线通信选用的频段是世界范围内不需要许可证的频段。因此不管用户在什么地方,具有蓝牙功能的设备都无需做任何修改。
蓝牙短距离无线技术是替代当今各种流行的通信设备上电缆的最理想的选择。蓝牙规范明确的定义了用无线传输代替串行电缆的方法,如与调制解调器、数字相机以及个人数字助理设备相连的电缆。这项技术还可以代替其他连线,如与计算机外围设备(包括打印机、扫描仪、键盘、鼠标等)相关连线。
2.2蓝牙特别兴趣小组
蓝牙无线通信技术是作为一个技术规范出现的。该规范是蓝牙特别兴趣小组(Bluetooth Special Interest Group,SIG)中许多公司共同合作的成果。因此既没有蓝牙总部的说法,也没有蓝牙协会的说法,更没有任何一种法律确认而形成的共同体。SIG不是由一个公司支配的,而是由其成员通过法定协定管理的。SIG也许不会发展成一个正式的标准化组织,它只是定义和促进蓝牙技术发展的特定的组织,行使上述的职能主要是靠其成员公司的贡献和参与。显然,SIG的一个主要任务就是致力于发展蓝牙规范,但是SIG也参与另外的一些活动,包括与其他协会和标准化组织的合作,开展一些教育和推广工作,如召开开发者研讨大会以及对测试盒认证过程的确定。
2.2.1蓝牙技术和SIG起源
蓝牙无线通信技术是由瑞典电信设备制造商Telefonaktiebolaget LM Ericsson(也就是后来的爱立信公司)的工程师们构想出来的,那时他们已经意识到了全球短距离无线通信的巨大潜力。于1994年,爱立信公司开展了一个研究项目,其目标是对低功耗、低成本无线接口的可行性进行研究,旨在取消移动电话与其附件之间的连线。
爱立信公司的发明家们知道,一旦蓝牙这项技术在通信领域站住脚跟,并且能够得到发展,那么蓝牙这项技术必定能发展成一项为大家所接受的规范。为了更好地发展这项技术爱立信公司提出来组建蓝牙特别兴趣小组,这就是后来的SIG来源。SIG的创始公司是:爱立信、英特尔公司、国际商用机器公司(IBM)、诺基亚和东芝公司,这些公司组成了SIG最初的核心小组。SIG于1998年5月公开宣布成立,专门致力于制定软、硬件的开放的规范,以实现各种设备跨平台的相互操作。
2.3蓝牙名称的由来和历史
伴随着蓝牙技术在高新技术业的兴起,它的名字也引起人们的兴趣。之所以如此是因为大多数新产业的命名都是采用与其技术相关的或是与其应用相关的术语。对于蓝牙名字由来众说纷纭,大家普遍接受的说法是:大约公元前940年左右丹麦国王Harald Bl?tand,据说在他统治期间统一了丹麦和挪威并把基督教带入了斯堪的纳维亚地区。因此把Bl?tand近似翻译成了“Blue Tooth(蓝牙)”。由于这项技术是在斯堪的纳维亚地区产生的,SIG的创始人这样命名,就有这样的想法,要像当年的斯堪的纳维亚国王统一多国一样,统一多个公司,这种解释比较恰当的。这就是蓝牙名称的由来。虽然最初的时候蓝牙只是为了这个项目而取的非正式名称,但是现在它已成为该技术和SIG的商标。

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好棒文