蓝牙通信中数据发送部分的分析与设计
蓝牙通信中数据发送部分的分析与设计[20191215143641]
本人签名： 日期： 摘 要
蓝牙（Bluetooth）通信，作为一种短距离、低功率而且廉价的无线通信技术，能将各种通信设备、计算机及终端设备、数据系统、甚至家用电器用无线方式联结起来。具有非常广泛的应用前景，也受到全球各界的广泛关注。现在的蓝牙技术已从萌芽期进入了壮大发展期，并且也在无线通信、消费类电子和汽车电子以及工业控制领域得到广泛的应用。
本设计主要基于MATLAB中的SIMULINK软件平台，利用MATLAB中现有的模块，对蓝牙通信系统中的数据发送部分进行分析和部分设计。能支持多种话音数据包类型，如HV1, HV2, HV3 and SCORT；支持数据包的类型为DM1；发送端由控制模块、前项纠错模块、组帧模块和射频模块组成；利用IEEE 802.11b 局域网作为干扰源；显示发送信号的波形图和频谱图。
在本论文中，介绍了了蓝牙传输中发送与接收的基本原理与相关流程，并且展示了初始数据参数与最终的仿真结果，供大家参考与学习。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:蓝牙通信；SIMULINK软件平台；发送部分；仿真。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 II
第一章 绪论 1
1.1 什么是“蓝牙” 1
1.2 蓝牙技术的意义 1
1.3 毕业论文中的主要工作 2
第二章 蓝牙通信数据传输的基本原理 1
2.1 蓝牙技术的概述 3
2.1.1蓝牙技术的特点 3
2.1.2蓝牙技术的应用 5
2.2 蓝牙技术的基本原理 5
2.2.1系统初始化 6
2.2.2查询从蓝牙设备 6
2.2.3建立连接 7
2.2.4数据传输 7
第三章 蓝牙通信（发送部分）的设计 8
3.1 蓝牙跳频技术 9
3.2 蓝牙调制方式 10
3.3蓝牙链路SCO和 ACL 11
3.4 蓝牙通信发送部分设计 11
3.4.1 蓝牙控制模块 12
3.4.2 蓝牙纠错模块 12
3.4.3 蓝牙组帧模块 13
3.4.4 蓝牙射频模块 13
第四章 蓝牙通信（发送部分）的仿真 15
4.1 MATLAB软件介绍 15
4.1.1 MATLAB的语言特点 15
4.1.2 MATLAB Simulink仿真 16
4.2 蓝牙通信系统信号发送部分 16
4.2.1 模块参数设置及调试过程 17
4.2.2 蓝牙模块程序设计 19
4.3仿真结果分析 21
第五章 总结与展望 23
5.1总结 23
5.2展望 23
参考文献 27
致 谢 29
毕业设计（英文翻译） 30
第一章 绪论
1.1 什么是“蓝牙”
“蓝牙”（Bluetooth）原是一位国王的名字，他在10世纪中叶统一了丹麦，并且将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。之所以用他的名字，其中也确实包含了统一，意味着各自为政的局面已经不复存在，由此，也就命名了这种新的技术标准，这就是它最初的原因。蓝牙技术使用高速跳频（FH，Frequency Hopping）和时分多址（TDMA，Time Division Mule—Access）等先进技术，而且在近距离内，最简单的方式将几十部数码设备，网状链接起来。蓝牙技术一定会成为网络中各种外围设备接口的统一桥梁，除此之外，它还消除了设备之间的连线，并将其连接起来。[1]
蓝牙的标准很普通，经常会被用来当干扰源，这个标准就是IEEE802.15，工作在2.4GHz频段，带宽为1Mb/S。蓝牙设备的核心部分，就是它可以将不同的设备依靠无线连接起来，并不停地完成发送和接收。而且速度非常快。从电子设备上一个红外线传输技术的接口必须是视线范围内，而现在，随着引进蓝牙技术，这样的麻烦也就免除了。
1.2 蓝牙技术的意义
如前所述，蓝牙技术具有非常广阔的应用前景，这一点当然是毋庸置疑的，并且众所周知，而且将成为万众瞩目的。国内还基本处于起步阶段，有很多的工作需要做，因此，蓝牙技术的研究和实际应用，具有良好的实际指导，并且又有一代代的人在不断的钻研，学习各方面的无线传输知识，并完成对无线通信和组网技术的研究，使之领域追赶达到国际水平, 为有关产品开发和营销占用空间，也必然产生积极的影响。
蓝牙技术作为一种新兴的无线通信技术，其规格发展了很多年，有很多先进的技术，提供了一个通信协议接口和其他现有的支持，如IPv4，IPv6的TCP，UDP，WAP，GSM，红外，无线局域网等和互操作性要求 ，涉及了IEEE802.3、IEEE802.15和IETF-RFC等许多国际协议的标准。通过蓝牙学习，了解和掌握蓝牙协议体系结构和参与相关标准，并通过设计模型，做出比较，从而得出结论。当然，实践是检验所学的唯一标准，所以我们肯定要将蓝牙技术与我们所学的各方面知识，通信原理、射频技术、MATLAB以及移动通信的相关知识结合起来，做深入的思考。[2]
蓝牙技术涉及到很多方面，包括计算机接口技术、蓝牙芯片的应用和相关电路的实现,计算机和单片机的应用编程,蓝牙高层协议栈以及在RF系统中，抗干扰性等，这当然不只是在蓝牙通信中有所体现，在通信中的各个方面都会表现出来。
总之,蓝牙技术是一项高新技术,其协议栈和相关的实现方法已经达到了技术和各项研究的高水平，但作为蓝牙，将产生深远的影响，在我们的生活技术同样具有巨大的市场前景，在这个阶段，开展了理论和实践方面的工作,具有很好的社会意义。
1.3 毕业论文中的主要工作
对蓝牙技术整体的把握和理解，而制造过程中应注重，理论研究的回顾，并紧紧围绕协议，并建立在技术的实际应用的基础上。具体来说,包括以下几个方面:
（1）详细介绍蓝牙技术以及蓝牙通信系统中所用到的各种基本原理的相关知识。
（2）对蓝牙中各个模块研究与设计的介绍。
（3）在充分了解的射频和基带蓝牙规范的基础上，利用MATLAB等计算机仿真软件工具,进行蓝牙传输仿真实验。
（4）介绍MATLAB语言，介绍了Simulink仿真平台，并对毕业设计中各个参量与结果进行了陈述与分析。
第二章 蓝牙通信数据传输的基本原理
2.1 蓝牙技术的概述
1994年，爱立信移动通信公司，开始了移动电话及其配件，低功耗，低成本的无线接口可行性研究之间。随着项目的进展，爱立信逐步发现，短距离无线通信具有非常广阔的应用前景，并且它所带来的价值将是无限的。爱立信也开始认识到这项技术的最终成功，以确保得到业界支持的其余部分。
1998年5月，由爱立信，诺基亚，英特尔等五家公司共同成立了蓝牙特别部门（特殊利益集团，SIG），共同负责蓝牙标准制定，产品检测和协调具体的国家使用蓝牙。 3COM，朗讯，微软和摩托罗拉加入SIG，蓝牙的支持者组成的独立团体，有五个创始SIG的九家公司一起成为SIG的赞助商。 SIG专注于世界的发展和应用，创造出完全开放的蓝牙标准，于1999年7月，SIG公布了蓝牙规范1.0版; 1999年12月公布的蓝牙规范版本1.0B; 2001年4月，宣布了蓝牙规范1.1，也就是目前的最新版本。由于蓝牙规范1.0版蓝牙技术的推广和应用，推出后得到了迅速发展。截至目前，SIG的成员已经超过2500个，覆盖了全球企业几乎所有的行业，主要包括通讯厂商，网络厂商，外设厂商，芯片厂商，软件厂商，甚至是消费电子制造商和汽车制造商正在增加SIG的。只要SIG的成员，必须使用蓝牙技术的权利，参与蓝牙规范标准，SIG有偿使用的研究成果来开发自己的产品，只要产品通过SIG的测试，就可以将其投入到市场。这可谓是没人能够预测到的无线通信标准联盟的生长，达到这个速度。自2000年初以来，提供了蓝牙芯片，一些公司，包括爱立信，剑桥硅收音机，摩托罗拉，德州仪器，飞利浦等，已经开始制造蓝牙芯片或模块，体积更小的产品，价格越来越低，销售。业内人士普遍认为，当蓝牙芯片价格下降到5美元，蓝牙技术将是蓝牙芯片量产的迅速普及现在的价格已经高于10$，全靠的蓝牙芯片制造技术的进步。现在已经哟普已经有超过500种蓝牙SIG的产品已经获得认证，并销售这些产品包括移动电话，个人数据助理，耳机，打印机，数码相机，无线接入点和键盘，鼠标等领域，已售出超过400万。根据调查结果In-Stat的，风流林奇，纳温等众多市场研究公司IDC的数据，你可以预测，在2024年，该器件采用了蓝牙技术在全球将超过40万台。[3]
毫无疑问，蓝牙技术已成为发展最快，近年来最新的无线通信技术不断增长，其不可阻挡之势席卷全球，蓝牙，必然渗透在我们未来生活中的各个方面，并且让我们再也离不开它。
2.1.1蓝牙技术的特点
特征蓝牙技术可概括如下：
（1）全球范围：蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，大多数国家的全世界范围内的ISM频段是2.4?2.4835GHz连接，而不使用该频段的国家无线电资源管理部门需要申请牌照。
（2）可以同时传输话音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道，三路话音信道、异步数据传输和双工语音通话同时进行。的64kbit / s的每个话音信道的数据速率，对语音信号使用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法进行编码。当使用非对称信道来传输数据速率高达721kbit / s的，相反是57.6kbit / s的;使用对称信道传输数据速率可达342.6kbit / s的。有两种类型的蓝牙链接：异步无连接（ACL）链路和同步面向连接（SCO）链路。
（3）可以创建临时的对等连接（点对点连接）：根据网络中的蓝牙设备的作用可分为主要设备（Master）与从设备（Slave）的。当主设备连接到从设备时，需要请求蓝牙网络设备，蓝牙设备连接到皮网（Piconet）。其中只有一个主设备，其余的都是从设备的几个网络。皮网是网络的最基本的形式，网络是一个简单的皮网和从设备组成点对点的通信连接。
通过时分复用技术，一个蓝牙设备可以同时与几个不同的皮网想匹配，以跟上时代的需求，特别是设备按照一定的时间顺序参与不同怕皮网，即一次参加一个皮网，下一次网络参与另一个皮网。
（4）具有良好的抗干扰能力：在ISM频段无线电设备的工作，也有很多，如微波炉，WLAN和家庭射频等产品，为了正确来自这些设备的干扰抗蚀剂，蓝牙采用跳频方式来扩展频谱（扩频），在2.402?2.48GHz的频带被划分为79相邻频率间隔1MHz的。蓝牙设备在一定频率后发送数据，然后跳转到另一个频率来发送，并安排频点的顺序是伪随机频率变化每秒1600次，每个频率持续625μs。
（5）蓝牙模块体积小，易于集成：由于体积较小的个人移动设备，嵌入在其内部的蓝牙模块的体积要小，例如32.8毫米×16.8毫米×2.95毫米爱立信蓝牙模块ROK101008尺寸。
（6）低功耗：在通信连接状态的蓝牙设备，有四种工作模式 - 激活模式，呼吸模式，保持模式和休眠模式。主动模式是正常操作状态，其他三种模式所需要的节能，低功耗模式。
（7）开放式接口标准：SIG推广使用蓝牙技术，蓝牙技术标准的全面披露，全球任何单位和个人可以开发蓝牙产品，只要通过蓝牙技术联盟测试的最终产品的兼容性，可以推向市场。
本人签名： 日期： 摘 要
蓝牙（Bluetooth）通信，作为一种短距离、低功率而且廉价的无线通信技术，能将各种通信设备、计算机及终端设备、数据系统、甚至家用电器用无线方式联结起来。具有非常广泛的应用前景，也受到全球各界的广泛关注。现在的蓝牙技术已从萌芽期进入了壮大发展期，并且也在无线通信、消费类电子和汽车电子以及工业控制领域得到广泛的应用。
本设计主要基于MATLAB中的SIMULINK软件平台，利用MATLAB中现有的模块，对蓝牙通信系统中的数据发送部分进行分析和部分设计。能支持多种话音数据包类型，如HV1, HV2, HV3 and SCORT；支持数据包的类型为DM1；发送端由控制模块、前项纠错模块、组帧模块和射频模块组成；利用IEEE 802.11b 局域网作为干扰源；显示发送信号的波形图和频谱图。
在本论文中，介绍了了蓝牙传输中发送与接收的基本原理与相关流程，并且展示了初始数据参数与最终的仿真结果，供大家参考与学习。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:蓝牙通信；SIMULINK软件平台；发送部分；仿真。
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 II
第一章 绪论 1
1.1 什么是“蓝牙” 1
1.2 蓝牙技术的意义 1
1.3 毕业论文中的主要工作 2
第二章 蓝牙通信数据传输的基本原理 1
2.1 蓝牙技术的概述 3
2.1.1蓝牙技术的特点 3
2.1.2蓝牙技术的应用 5
2.2 蓝牙技术的基本原理 5
2.2.1系统初始化 6
2.2.2查询从蓝牙设备 6
2.2.3建立连接 7
2.2.4数据传输 7
第三章 蓝牙通信（发送部分）的设计 8
3.1 蓝牙跳频技术 9
3.2 蓝牙调制方式 10
3.3蓝牙链路SCO和 ACL 11
3.4 蓝牙通信发送部分设计 11
3.4.1 蓝牙控制模块 12
3.4.2 蓝牙纠错模块 12
3.4.3 蓝牙组帧模块 13
3.4.4 蓝牙射频模块 13
第四章 蓝牙通信（发送部分）的仿真 15
4.1 MATLAB软件介绍 15
4.1.1 MATLAB的语言特点 15
4.1.2 MATLAB Simulink仿真 16
4.2 蓝牙通信系统信号发送部分 16
4.2.1 模块参数设置及调试过程 17
4.2.2 蓝牙模块程序设计 19
4.3仿真结果分析 21
第五章 总结与展望 23
5.1总结 23
5.2展望 23
参考文献 27
致 谢 29
毕业设计（英文翻译） 30
第一章 绪论
1.1 什么是“蓝牙”
“蓝牙”（Bluetooth）原是一位国王的名字，他在10世纪中叶统一了丹麦，并且将当时的瑞典、芬兰与丹麦统一起来。之所以用他的名字，其中也确实包含了统一，意味着各自为政的局面已经不复存在，由此，也就命名了这种新的技术标准，这就是它最初的原因。蓝牙技术使用高速跳频（FH，Frequency Hopping）和时分多址（TDMA，Time Division Mule—Access）等先进技术，而且在近距离内，最简单的方式将几十部数码设备，网状链接起来。蓝牙技术一定会成为网络中各种外围设备接口的统一桥梁，除此之外，它还消除了设备之间的连线，并将其连接起来。[1]
蓝牙的标准很普通，经常会被用来当干扰源，这个标准就是IEEE802.15，工作在2.4GHz频段，带宽为1Mb/S。蓝牙设备的核心部分，就是它可以将不同的设备依靠无线连接起来，并不停地完成发送和接收。而且速度非常快。从电子设备上一个红外线传输技术的接口必须是视线范围内，而现在，随着引进蓝牙技术，这样的麻烦也就免除了。
1.2 蓝牙技术的意义
如前所述，蓝牙技术具有非常广阔的应用前景，这一点当然是毋庸置疑的，并且众所周知，而且将成为万众瞩目的。国内还基本处于起步阶段，有很多的工作需要做，因此，蓝牙技术的研究和实际应用，具有良好的实际指导，并且又有一代代的人在不断的钻研，学习各方面的无线传输知识，并完成对无线通信和组网技术的研究，使之领域追赶达到国际水平, 为有关产品开发和营销占用空间，也必然产生积极的影响。
蓝牙技术作为一种新兴的无线通信技术，其规格发展了很多年，有很多先进的技术，提供了一个通信协议接口和其他现有的支持，如IPv4，IPv6的TCP，UDP，WAP，GSM，红外，无线局域网等和互操作性要求 ，涉及了IEEE802.3、IEEE802.15和IETF-RFC等许多国际协议的标准。通过蓝牙学习，了解和掌握蓝牙协议体系结构和参与相关标准，并通过设计模型，做出比较，从而得出结论。当然，实践是检验所学的唯一标准，所以我们肯定要将蓝牙技术与我们所学的各方面知识，通信原理、射频技术、MATLAB以及移动通信的相关知识结合起来，做深入的思考。[2]
蓝牙技术涉及到很多方面，包括计算机接口技术、蓝牙芯片的应用和相关电路的实现,计算机和单片机的应用编程,蓝牙高层协议栈以及在RF系统中，抗干扰性等，这当然不只是在蓝牙通信中有所体现，在通信中的各个方面都会表现出来。
总之,蓝牙技术是一项高新技术,其协议栈和相关的实现方法已经达到了技术和各项研究的高水平，但作为蓝牙，将产生深远的影响，在我们的生活技术同样具有巨大的市场前景，在这个阶段，开展了理论和实践方面的工作,具有很好的社会意义。
1.3 毕业论文中的主要工作
对蓝牙技术整体的把握和理解，而制造过程中应注重，理论研究的回顾，并紧紧围绕协议，并建立在技术的实际应用的基础上。具体来说,包括以下几个方面:
（1）详细介绍蓝牙技术以及蓝牙通信系统中所用到的各种基本原理的相关知识。
（2）对蓝牙中各个模块研究与设计的介绍。
（3）在充分了解的射频和基带蓝牙规范的基础上，利用MATLAB等计算机仿真软件工具,进行蓝牙传输仿真实验。
（4）介绍MATLAB语言，介绍了Simulink仿真平台，并对毕业设计中各个参量与结果进行了陈述与分析。
第二章 蓝牙通信数据传输的基本原理
2.1 蓝牙技术的概述
1994年，爱立信移动通信公司，开始了移动电话及其配件，低功耗，低成本的无线接口可行性研究之间。随着项目的进展，爱立信逐步发现，短距离无线通信具有非常广阔的应用前景，并且它所带来的价值将是无限的。爱立信也开始认识到这项技术的最终成功，以确保得到业界支持的其余部分。
1998年5月，由爱立信，诺基亚，英特尔等五家公司共同成立了蓝牙特别部门（特殊利益集团，SIG），共同负责蓝牙标准制定，产品检测和协调具体的国家使用蓝牙。 3COM，朗讯，微软和摩托罗拉加入SIG，蓝牙的支持者组成的独立团体，有五个创始SIG的九家公司一起成为SIG的赞助商。 SIG专注于世界的发展和应用，创造出完全开放的蓝牙标准，于1999年7月，SIG公布了蓝牙规范1.0版; 1999年12月公布的蓝牙规范版本1.0B; 2001年4月，宣布了蓝牙规范1.1，也就是目前的最新版本。由于蓝牙规范1.0版蓝牙技术的推广和应用，推出后得到了迅速发展。截至目前，SIG的成员已经超过2500个，覆盖了全球企业几乎所有的行业，主要包括通讯厂商，网络厂商，外设厂商，芯片厂商，软件厂商，甚至是消费电子制造商和汽车制造商正在增加SIG的。只要SIG的成员，必须使用蓝牙技术的权利，参与蓝牙规范标准，SIG有偿使用的研究成果来开发自己的产品，只要产品通过SIG的测试，就可以将其投入到市场。这可谓是没人能够预测到的无线通信标准联盟的生长，达到这个速度。自2000年初以来，提供了蓝牙芯片，一些公司，包括爱立信，剑桥硅收音机，摩托罗拉，德州仪器，飞利浦等，已经开始制造蓝牙芯片或模块，体积更小的产品，价格越来越低，销售。业内人士普遍认为，当蓝牙芯片价格下降到5美元，蓝牙技术将是蓝牙芯片量产的迅速普及现在的价格已经高于10$，全靠的蓝牙芯片制造技术的进步。现在已经哟普已经有超过500种蓝牙SIG的产品已经获得认证，并销售这些产品包括移动电话，个人数据助理，耳机，打印机，数码相机，无线接入点和键盘，鼠标等领域，已售出超过400万。根据调查结果In-Stat的，风流林奇，纳温等众多市场研究公司IDC的数据，你可以预测，在2024年，该器件采用了蓝牙技术在全球将超过40万台。[3]
毫无疑问，蓝牙技术已成为发展最快，近年来最新的无线通信技术不断增长，其不可阻挡之势席卷全球，蓝牙，必然渗透在我们未来生活中的各个方面，并且让我们再也离不开它。
2.1.1蓝牙技术的特点
特征蓝牙技术可概括如下：
（1）全球范围：蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，大多数国家的全世界范围内的ISM频段是2.4?2.4835GHz连接，而不使用该频段的国家无线电资源管理部门需要申请牌照。
（2）可以同时传输话音和数据：蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道，三路话音信道、异步数据传输和双工语音通话同时进行。的64kbit / s的每个话音信道的数据速率，对语音信号使用脉冲编码调制（PCM）或连续可变斜率增量调制（CVSD）方法进行编码。当使用非对称信道来传输数据速率高达721kbit / s的，相反是57.6kbit / s的;使用对称信道传输数据速率可达342.6kbit / s的。有两种类型的蓝牙链接：异步无连接（ACL）链路和同步面向连接（SCO）链路。
（3）可以创建临时的对等连接（点对点连接）：根据网络中的蓝牙设备的作用可分为主要设备（Master）与从设备（Slave）的。当主设备连接到从设备时，需要请求蓝牙网络设备，蓝牙设备连接到皮网（Piconet）。其中只有一个主设备，其余的都是从设备的几个网络。皮网是网络的最基本的形式，网络是一个简单的皮网和从设备组成点对点的通信连接。
通过时分复用技术，一个蓝牙设备可以同时与几个不同的皮网想匹配，以跟上时代的需求，特别是设备按照一定的时间顺序参与不同怕皮网，即一次参加一个皮网，下一次网络参与另一个皮网。
（4）具有良好的抗干扰能力：在ISM频段无线电设备的工作，也有很多，如微波炉，WLAN和家庭射频等产品，为了正确来自这些设备的干扰抗蚀剂，蓝牙采用跳频方式来扩展频谱（扩频），在2.402?2.48GHz的频带被划分为79相邻频率间隔1MHz的。蓝牙设备在一定频率后发送数据，然后跳转到另一个频率来发送，并安排频点的顺序是伪随机频率变化每秒1600次，每个频率持续625μs。
（5）蓝牙模块体积小，易于集成：由于体积较小的个人移动设备，嵌入在其内部的蓝牙模块的体积要小，例如32.8毫米×16.8毫米×2.95毫米爱立信蓝牙模块ROK101008尺寸。
（6）低功耗：在通信连接状态的蓝牙设备，有四种工作模式 - 激活模式，呼吸模式，保持模式和休眠模式。主动模式是正常操作状态，其他三种模式所需要的节能，低功耗模式。
（7）开放式接口标准：SIG推广使用蓝牙技术，蓝牙技术标准的全面披露，全球任何单位和个人可以开发蓝牙产品，只要通过蓝牙技术联盟测试的最终产品的兼容性，可以推向市场。
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