蓝牙通信中语音发送部分的分析与设计
蓝牙通信中语音发送部分的分析与设计[20191213214253]
摘 要
蓝牙是一种通信间隔短、功率低和价格低的无线通信技术，蓝牙技术使得各种通讯设备、计算机等终端设备、数据库系统、乃至家用电器与因特网之间可以快捷地传输无线数据，很大程度地提高了办公和通信效率。蓝牙技术标准在全世界区域内都是完全公开的。通过多年的研究和探讨，该项技术日益完善，并逐步走向成熟，具有十分广阔的应用前景。
本设计主要以MATLAB中的SIMULINK为开发平台，基于一个蓝牙语音信号处理的通信系统，对蓝牙通信系统中的语音发送部分进行分析。利用MATLAB中现有的模块，进行可视化建模，仿真出所需要的结果。蓝牙通信中的语音发送部分包括语音编码、信号组帧、跳频调制模块。从工作空间选取的语音经过采样，CVSD编码，然后根据蓝牙有关协议规定的信号分组方式进行组帧，送至跳频GFSK调制系统进行调制，将信号通过没有噪声的信道传输给接收端，并在信道中添加802.11干扰源模块，这样就构成了一个完整的蓝牙语音通信系统，通过仿真运行，得到语音信号的波形图和频谱图。
本次论文对蓝牙通信中语音发送部分进行了具体地介绍和分析，并对本次毕业设计进行了总结与展望，希望对以后的研究能有所帮助。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:蓝牙；SIMULINK；CVSD编码；GFSK调制
Key words :bluetooth ; simulink ; CVSD encoding; GFSK 目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 蓝牙技术介绍 1
1.2.1 蓝牙技术概述 1
1.2.2 蓝牙技术应用 2
1.2.3 蓝牙技术的发展趋势和前景 2
1.3 语音通信技术的现状和发展趋势 3
1.3.1 语音通信技术的现状 3
1.3.2 语音通信技术的发展趋势 4
1.4本文内容及章节安排 4
第二章 MATLAB与Simulink介绍 6
1.1 MATLAB简介 6
2.2 Simulink简介 7
2.2.1 Simulink主要特点及工作原理 7
2.2.2 Simulink模型建立过程 8
第三章 系统模块分析 13
3.1 编码模块 13
3.1.1 CVSD编码 13
3.1.2 FEC编码 15
3.1.3 CRC编码 15
3.2 组帧模块 17
3.3 跳频调制模块 18
3.3.1 蓝牙系统对跳频伪随机序列的要求 19
3.3.2 蓝牙系统跳频序列算法 19
3.4 信道和干扰源模块 21
3.4.1 信道 21
3.4.2 干扰源 21
第四章 系统设计与仿真 23
4.1 通信系统仿真 23
4.1.1 通信系统仿真的概念 23
4.1.2 通信系统仿真的步骤 23
4.2模块设计 25
4.2.1 编码模块 25
4.2.2 组帧模块具体设计 26
4.2.3 跳频调制模块具体设计 27
4.2.4 干扰源模块 30
4.3 系统仿真结果 31
4.4 仿真结果分析与评价 36
第五章 总结与展望 37
5.1 本文总结 37
5.2 展望 37
致 谢 38
参考文献 39
附 录 41
外文文献 41
中文翻译 50
第一章 绪论
1.1引言
随着信息技术的日益壮大和成熟，蓝牙通信技术也在不断地被发展和完善。基于它价格低廉这一特点，人们在进行近距离传输信息数据时会优先选择使用蓝牙进行连接。所以许多科研人员都想要把蓝牙技术运用到我们生活的方方面面。其中蓝牙手机、蓝牙耳机等是我们最常使用的蓝牙设备终端。而将语音通过蓝牙进行传输是制造这些蓝牙设备终端需要研究的重要项目之一。
由于经费和设备的缺乏，想要研究蓝牙语音通信的具体过程，本次设计采用的是MATLAB软件中的Simulink仿真平台，对这一通信系统进行模拟仿真。仿真不仅解决了制作硬件实物的繁琐，而且使得通信过程更加清晰明了，易于改进，大大地提高了工作效率。
1.2 蓝牙技术介绍
1.2.1 蓝牙技术概述
蓝牙就是一种可以支持设备在一个较短的距离中（一般在10m以内）的无线电技术。可以在众多相关外设设备之间进行无线信息的交换，例如手机、笔记本电脑 、PAD以及无线耳机 等。利用蓝牙技术，可以使移动终端设备间的通信得到简化，更能够让设备和因特网间的通信得到有效的化简，以此让数据的传输 速率比以往更加迅速，更加高效，拓宽了为无线通信 发展的大道。蓝牙所采用的技术主要为分散式的网络 结构，还与快跳频技术以及短包技术进行了融合，通信的点对点技术也得到了支持，使其能够进行点对多点通信 ，其工作频段也是在全球范围内均适用的2.4GHz的 ISM（包括科学，工业，医学）频段 [2]。数据的传输速率也是达到了1Mbps，最大传输距离达到了10米（如果增大发射功率则可以实现100米的最大传输距离）。为了达到全双工传输 的目的，蓝牙技术采用了时分双工 传输，即TDD模式，是现代移动通信的主流模式。蓝牙技术的本质就是建立通用的无线电空中接口和控制软件的标准，使通讯技术和计算机技术进一步地融合，使不同的厂商生产的可携带设备可在没有电缆或者电线连接的情况下，可在近距离范围内相互共用，相互操作。
1.2.2 蓝牙技术应用
正是因为有了蓝牙技术，移动通讯设备、计算机设备等各种数字设备才可以进行廉价的无线连接，它不单代替了传统的缆线连接，还扩充、增强了很多数字设备的功能，让原本独立的数字设备可以和其他设备通过网络进行信息数据的交流[3]。蓝牙技术之所以被运用到各种领域，是因为它拥有体积小、功率低的特质，而且它几乎能够被集成到任一数字设备中，特别是那些对传输数据速率要求不是很高的便携式设备和移动通讯设备。因此，从蓝牙技术出现以来，人们已经提出了很多应用的设想，并且有些产品已经问世。
蓝牙技术已在多个领域实现了应用。在居家领域，通过使用蓝牙技术设备，居家办公电缆错综缠绕的苦恼得到了解决。鼠标、键盘、笔记本电脑、耳机、打印机、以及扬声器等等，都能够在计算机的环境中得到无线使用，这不仅让我们更加能感受办公区域的美感，而且为室内的装饰带来了更多的创意和自由（设想一下，将打印机放在壁橱里时）。蓝牙设备为我们的办公居家带来的不单单是轻松整洁，还使家庭娱乐的方式更加丰富便捷：使用者可以在30英尺的范围内通过无线连接来控制存储在电脑或者MP3上的音频 文件。在工作方面呢，可以通过蓝牙无线技术，大大减少办公室里那些错综复杂，缠绕凌乱的电线，整个办公室就可以像一台机器一样认认真真，一丝不苟地高效运行，降低因为线路连接不当导致电脑罢工的风险，极大地提高了办公效率。也可以通过手机来让计算机同步进行分享文件和联系人列表的操作，外部的各种设备 可以轻松直接和计算机进行通信 ，职员可以通过 Bluetooth的耳机设备来在办公室内一边行走一边接听电话。驾驶领域，使用蓝牙耳机，蓝牙眼睛和车载多媒体信息系统，使得我们的驾车氛围更为轻松、愉悦，更使得我们的交通状况更加安全。最为普遍的应该算是蓝牙手机了，当手机拥有蓝牙技术后，可以在未联网，无线连接的情况下进行文件，图片，音乐等的传输，便捷了手机之间的交互功能[3]。
1.2.3 蓝牙技术的发展趋势和前景
自从1994年爱立信公司提出蓝牙技术以来，该项低成本、低功耗的无线连接技术已经有了飞速的发展。从总体发展来看，蓝牙技术从提出到现在已经经历了3个阶段：
（1）蓝牙技术的提出
1994年，由于爱立信连接线缆日益增多，给平时的工作带来了很多的烦恼和麻烦，工程师们一直十分苦恼，于是提出了无线通信技术的思想，以此来代替线缆连接，并将该技术命名为蓝牙（Bluetooth）。
（2）蓝牙技术的发展
1998年，爱立信（Ericsson）、东芝（Toshiba）、英特尔（Intel）、诺基亚（Nokia）、IBM5五家公司联合一起成立了蓝牙特殊利益集团（SIG）。他们加大了对蓝牙的投资力度，主要致力于蓝牙协议的研究制定、产品测试，并协调各国对于蓝牙技术的具体使用。微软（Microsoft）、朗讯（Lucent）和摩托罗拉（Motorola）三大公司也很快加入了SIG与五个创始公司共同成为了SIG的倡导发起者。SIG为了让蓝牙技术得到广泛的应用和发展，将蓝牙技术标准完全透明化公开[2]。
（3）蓝牙技术的成熟
目前，蓝牙技术已经覆盖了全球的各行各业，而制造和发售的蓝牙芯片和模块体积越来越小，价格也越来越低。蓝牙技术包括蓝牙协议、蓝牙模块、蓝牙芯片和各种蓝牙应用系统等。但遗憾的是目前国外只有少数的一些厂商能够自主研发蓝牙芯片和蓝牙应用系统。
我国对蓝牙技术的研究起步较国外晚了很多。就中国当前信息技术产品普及程度来看，发展蓝牙技术是很有前景，很有必要的。因为我国拥有世界上最大的家用电器市场，移动电话用户的增长也是十分迅速的。便携式信息终端是面向个人的网络终端，拥有的市场前景非常广阔。但是随着蓝牙技术在全球的兴起，国内从事该项研究的人员也越来越多。虽然，蓝牙技术的发展速度并未达到预期的要求，但是作为一种前景光明的连接技术，蓝牙仍以惊人的速度不断前进发展。
1.3 语音通信技术的现状和发展趋势
1.3.1 语音通信技术的现状
现如今固定电话的交换网络是以数字程控交换技术来做为基础实现的，而主流语音通信手段还是以GSM/CDMA为基础的移动通信网络，这些在当前是已经足够可以满足大家的话音通信需求的，所以对于电路交换方面的新的科技技术已经有很长的一段时间没有新的发展了。但是又随着计算机网络的不断进步，人们对于数据方面的信息需求也开始越来越迫切，此时宽带技术就取得了空前的发展。可以这样说，移动宽带技术以及固定宽带技术，还有包括在宽带技术的基础上发展的数据交换技术已经是现阶段非常具有里程碑意义的新技术了[4]。
第一部分就是固定宽带技术的进步发展，它的起源是由于人们对于宽带上网需求的越发强烈。在国内，先是以长城宽带为主导的宽带运营商采用五类线到户的方式跑马圈地，其次是电信公司靠着完善的电话网络，开通了ADSL的业务，在全国范围内实施使用，宽带上网已成为了燎原之势。固定网的宽带网络发展将使得我们每家每户很快地进入信息高速公路。其次是移动宽带技术的发展，移动网络的数据通信需求就是延伸固定宽带，满足移动用户使用丰富多彩的用户接入方式，用宽带IP网络代替传统的电话线路，可以节约传输线路。
第二部分就是提升语音IP化的软交换技术。这就让其拥有了可以从用户传输到交换中心的非常全面的自组网的能力，也就是说这让传统的电路在互联网上得到了延伸。它还让交换的平台实现了独立，而且还添加了了穿越NAT以及防火墙等等的重要能力。因此，软交换平台就拥有了独立发展的重要能力，而且和传统的交换平台有了平等的地位。
1.3.2 语音通信技术的发展趋势
从近几年通信发展的情况来看，IP语音交换技术和宽带网络技术的发展是通信新技术的发展主流。那么之后，这些新技术又将如何发展呢？固定宽带技术的发展较为明确，是从现有的五类线到户或者就是ADSL的从光纤到户的发展趋势。而这种发展就只是替换了传输介质，在技术方面并没有得到很大的发展。而无线宽带技术就必将超越现在的基于GPRS和CDMA上的技术，IP语音交换技术的转变也是从“软交换”到“无交换”的，这将给现在的运营模式带来改变[5]。所以4G技术在今后讲对语音通信行业带来较大的影响。
摘 要
蓝牙是一种通信间隔短、功率低和价格低的无线通信技术，蓝牙技术使得各种通讯设备、计算机等终端设备、数据库系统、乃至家用电器与因特网之间可以快捷地传输无线数据，很大程度地提高了办公和通信效率。蓝牙技术标准在全世界区域内都是完全公开的。通过多年的研究和探讨，该项技术日益完善，并逐步走向成熟，具有十分广阔的应用前景。
本设计主要以MATLAB中的SIMULINK为开发平台，基于一个蓝牙语音信号处理的通信系统，对蓝牙通信系统中的语音发送部分进行分析。利用MATLAB中现有的模块，进行可视化建模，仿真出所需要的结果。蓝牙通信中的语音发送部分包括语音编码、信号组帧、跳频调制模块。从工作空间选取的语音经过采样，CVSD编码，然后根据蓝牙有关协议规定的信号分组方式进行组帧，送至跳频GFSK调制系统进行调制，将信号通过没有噪声的信道传输给接收端，并在信道中添加802.11干扰源模块，这样就构成了一个完整的蓝牙语音通信系统，通过仿真运行，得到语音信号的波形图和频谱图。
本次论文对蓝牙通信中语音发送部分进行了具体地介绍和分析，并对本次毕业设计进行了总结与展望，希望对以后的研究能有所帮助。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:蓝牙；SIMULINK；CVSD编码；GFSK调制
Key words :bluetooth ; simulink ; CVSD encoding; GFSK 目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 蓝牙技术介绍 1
1.2.1 蓝牙技术概述 1
1.2.2 蓝牙技术应用 2
1.2.3 蓝牙技术的发展趋势和前景 2
1.3 语音通信技术的现状和发展趋势 3
1.3.1 语音通信技术的现状 3
1.3.2 语音通信技术的发展趋势 4
1.4本文内容及章节安排 4
第二章 MATLAB与Simulink介绍 6
1.1 MATLAB简介 6
2.2 Simulink简介 7
2.2.1 Simulink主要特点及工作原理 7
2.2.2 Simulink模型建立过程 8
第三章 系统模块分析 13
3.1 编码模块 13
3.1.1 CVSD编码 13
3.1.2 FEC编码 15
3.1.3 CRC编码 15
3.2 组帧模块 17
3.3 跳频调制模块 18
3.3.1 蓝牙系统对跳频伪随机序列的要求 19
3.3.2 蓝牙系统跳频序列算法 19
3.4 信道和干扰源模块 21
3.4.1 信道 21
3.4.2 干扰源 21
第四章 系统设计与仿真 23
4.1 通信系统仿真 23
4.1.1 通信系统仿真的概念 23
4.1.2 通信系统仿真的步骤 23
4.2模块设计 25
4.2.1 编码模块 25
4.2.2 组帧模块具体设计 26
4.2.3 跳频调制模块具体设计 27
4.2.4 干扰源模块 30
4.3 系统仿真结果 31
4.4 仿真结果分析与评价 36
第五章 总结与展望 37
5.1 本文总结 37
5.2 展望 37
致 谢 38
参考文献 39
附 录 41
外文文献 41
中文翻译 50
第一章 绪论
1.1引言
随着信息技术的日益壮大和成熟，蓝牙通信技术也在不断地被发展和完善。基于它价格低廉这一特点，人们在进行近距离传输信息数据时会优先选择使用蓝牙进行连接。所以许多科研人员都想要把蓝牙技术运用到我们生活的方方面面。其中蓝牙手机、蓝牙耳机等是我们最常使用的蓝牙设备终端。而将语音通过蓝牙进行传输是制造这些蓝牙设备终端需要研究的重要项目之一。
由于经费和设备的缺乏，想要研究蓝牙语音通信的具体过程，本次设计采用的是MATLAB软件中的Simulink仿真平台，对这一通信系统进行模拟仿真。仿真不仅解决了制作硬件实物的繁琐，而且使得通信过程更加清晰明了，易于改进，大大地提高了工作效率。
1.2 蓝牙技术介绍
1.2.1 蓝牙技术概述
蓝牙就是一种可以支持设备在一个较短的距离中（一般在10m以内）的无线电
1.2.2 蓝牙技术应用
正是因为有了蓝牙技术，移动通讯设备、计算机设备等各种数字设备才可以进行廉价的无线连接，它不单代替了传统的缆线连接，还扩充、增强了很多数字设备的功能，让原本独立的数字设备可以和其他设备通过网络进行信息数据的交流[3]。蓝牙技术之所以被运用到各种领域，是因为它拥有体积小、功率低的特质，而且它几乎能够被集成到任一数字设备中，特别是那些对传输数据速率要求不是很高的便携式设备和移动通讯设备。因此，从蓝牙技术出现以来，人们已经提出了很多应用的设想，并且有些产品已经问世。
蓝牙技术已在多个领域实现了应用。在居家领域，通过使用蓝牙技术设备，居家办公电缆错综缠绕的苦恼得到了解决。鼠标、键盘、笔记本电脑、耳机、打印机、以及扬声器
1.2.3 蓝牙技术的发展趋势和前景
自从1994年爱立信公司提出蓝牙技术以来，该项低成本、低功耗的无线连接技术已经有了飞速的发展。从总体发展来看，蓝牙技术从提出到现在已经经历了3个阶段：
（1）蓝牙技术的提出
1994年，由于爱立信连接线缆日益增多，给平时的工作带来了很多的烦恼和麻烦，工程师们一直十分苦恼，于是提出了无线通信技术的思想，以此来代替线缆连接，并将该技术命名为蓝牙（Bluetooth）。
（2）蓝牙技术的发展
1998年，爱立信（Ericsson）、东芝（Toshiba）、英特尔（Intel）、诺基亚（Nokia）、IBM5五家公司联合一起成立了蓝牙特殊利益集团（SIG）。他们加大了对蓝牙的投资力度，主要致力于蓝牙协议的研究制定、产品测试，并协调各国对于蓝牙技术的具体使用。微软（Microsoft）、朗讯（Lucent）和摩托罗拉（Motorola）三大公司也很快加入了SIG与五个创始公司共同成为了SIG的倡导发起者。SIG为了让蓝牙技术得到广泛的应用和发展，将蓝牙技术标准完全透明化公开[2]。
（3）蓝牙技术的成熟
目前，蓝牙技术已经覆盖了全球的各行各业，而制造和发售的蓝牙芯片和模块体积越来越小，价格也越来越低。蓝牙技术包括蓝牙协议、蓝牙模块、蓝牙芯片和各种蓝牙应用系统等。但遗憾的是目前国外只有少数的一些厂商能够自主研发蓝牙芯片和蓝牙应用系统。
我国对蓝牙技术的研究起步较国外晚了很多。就中国当前信息技术产品普及程度来看，发展蓝牙技术是很有前景，很有必要的。因为我国拥有世界上最大的家用电器市场，移动电话用户的增长也是十分迅速的。便携式信息终端是面向个人的网络终端，拥有的市场前景非常广阔。但是随着蓝牙技术在全球的兴起，国内从事该项研究的人员也越来越多。虽然，蓝牙技术的发展速度并未达到预期的要求，但是作为一种前景光明的连接技术，蓝牙仍以惊人的速度不断前进发展。
1.3 语音通信技术的现状和发展趋势
1.3.1 语音通信技术的现状
现如今固定电话的交换网络是以数字程控交换技术来做为基础实现的，而主流语音通信手段还是以GSM/CDMA为基础的移动通信网络，这些在当前是已经足够可以满足大家的话音通信需求的，所以对于电路交换方面的新的科技技术已经有很长的一段时间没有新的发展了。但是又随着计算机网络的不断进步，人们对于数据方面的信息需求也开始越来越迫切，此时宽带技术就取得了空前的发展。可以这样说，移动宽带技术以及固定宽带技术，还有包括在宽带技术的基础上发展的数据交换技术已经是现阶段非常具有里程碑意义的新技术了[4]。
第一部分就是固定宽带技术的进步发展，它的起源是由于人们对于宽带上网需求的越发强烈。在国内，先是以长城宽带为主导的宽带运营商采用五类线到户的方式跑马圈地，其次是电信公司靠着完善的电话网络，开通了ADSL的业务，在全国范围内实施使用，宽带上网已成为了燎原之势。固定网的宽带网络发展将使得我们每家每户很快地进入信息高速公路。其次是移动宽带技术的发展，移动网络的数据通信需求就是延伸固定宽带，满足移动用户使用丰富多彩的用户接入方式，用宽带IP网络代替传统的电话线路，可以节约传输线路。
第二部分就是提升语音IP化的软交换技术。这就让其拥有了可以从用户传输到交换中心的非常全面的自组网的能力，也就是说这让传统的电路在互联网上得到了延伸。它还让交换的平台实现了独立，而且还添加了了穿越NAT以及防火墙等等的重要能力。因此，软交换平台就拥有了独立发展的重要能力，而且和传统的交换平台有了平等的地位。
1.3.2 语音通信技术的发展趋势
从近几年通信发展的情况来看，IP语音交换技术和宽带网络技术的发展是通信新技术的发展主流。那么之后，这些新技术又将如何发展呢？固定宽带技术的发展较为明确，是从现有的五类线到户或者就是ADSL的从光纤到户的发展趋势。而这种发展就只是替换了传输介质，在技术方面并没有得到很大的发展。而无线宽带技术就必将超越现在的基于GPRS和CDMA上的技术，IP语音交换技术的转变也是从“软交换”到“无交换”的，这将给现在的运营模式带来改变[5]。所以4G技术在今后讲对语音通信行业带来较大的影响。
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