蓝牙跳频通信系统的仿真Word文档格式.docx
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蓝牙是一种短距离无线通信的技术标准,其最初目标是取代现有的PDA、移动、笔记本电脑等各类数字设备上的有线电缆连接。
从目前应用来看,蓝牙体积小功耗低,已不仅局限于运算机外设,可集成至各类数字设备中,尤其是那些传输速度不高的移动设备和便利设备。
在蓝牙通信系统仿真进程中要求构建蓝牙跳频通信系统的各组成模块,包括信号传输,信号接收,谱分析和误码分析部份,了解并熟悉蓝牙跳频系统的特点,分析系统的运行及性能。
要紧研究方式是利用MATLAB/Simulink软件进行蓝牙跳频通信系统的仿真,通过各组成模块的连接与封装,运行并取得仿真结果和分析结果。
要想全面透彻地对其进行仿真并分析,必需先熟悉通信系统大体理论知识,对各类调制解调技术做到心中有数。
本课题利用的MATLAB/Simulink软件是现今最优秀的科技应用软件之一,它在许多科学领域中成为运算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的大体工具和首选平台。
第2章通信系统仿真技术基础理论
2.1通信系统简介
通信是将信息从发送者传送给在另一个时空点的接收者。
由于完成这一信息传递的通信系统种类繁多,因此它们的具体设备和业务功能可能各不相同,通过抽象的归纳,通信流程可用如图2-1所示的大体模型图来表示。
整个流程是由信源、发送设备、信道(或传输媒质)、接收设备和收信者(信宿)五部份组成。
上述模型归纳的反映了通信系统的共性,依照研究的对象及所关切的问题不同,将会利用不同形式的较具体的通信系统模型。
2.1.1通信系统的组成
由2.1节可知通信系统由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿组成。
先做如下简介。
一、信源
信源是信息的产生者或是信息的形成者,依照信源产生信号的性质不同,可分为模拟信源和离散信源。
模拟信源(如机和电视摄像机)输出幅度持续的信号;
离散信源(如电传机、运算机等)输出离散的信号或文字。
模拟信源可通过抽样和量化转换为离散信源。
随着运算机和数字通信技术的进展,离散信源的种类和数量会愈来愈多。
那个地址需要强调指出,随着信源和接收者的不同,信息的速度将在专门大范围内转变。
二、发送设备
发送设备的大体功能是将信源和传输媒介匹配起来,即将信源产生的消息信号变换为有利于传送的信号形式送往传输媒介。
变换方式是多种多样的,在需要频率搬移时,调制是最多见的变换方式。
发送设备还包括为达到某些特殊要求所进行的各类处置,如多路复用,保密处置和纠错编码处置等。
三、信道
信道是指信号传输的媒介,信号是通过信道传输到接收设备的。
传输媒介既能够是有线的,也能够是无线的,二者都有多种传输媒介。
在信号传输进程中,必然会引入发送设备、接收设备和传输媒介的热噪声和各类干扰和衰减,即信号在信道中传输时,会产生信道噪声。
媒介的固有特性和干扰特性会直接阻碍变换方式的选取,如通过电导体传播的有线信道和通过自由空间传播的无线信道,其信号变换方式是不同的。
不同频段的无线电波在空间传播的途径、性能和衰减(衰落)也是不同的。
四、接收设备
接收设备的要紧作用以后自信道的带有干扰的发送信号加以处置,并从中提取原始信息,完成发送进程的逆变换——解调和译码。
关于多路复用信号,还包括多路去复用,实现正确分路。
由于接收的消息信号存在噪声和传输损伤,接收设备还可能包括趋近理想恢复的某些方法和方式。
五、信宿
信宿是将恢复的原始信号转换为相应的消息。
应当指出,上述模型是点对点的单向通信系统。
关于双向通信,通信两边都有发送设备和接收设备。
关于多个用户之间的双向通信,为了能实现信息的有效传输,必需进行信息的互换和分发,由传输系统和互换系统组成的一个完整的通信系统或通信网络来实现。
一个实际的通信系统往往由终端设备、传输链路和互换设备三大部份组成。
2.1.2通信系统的分类
通信系统的分类方式很多,即能够按用途分,也能够按传输信号的特点分,还能够按传输信号的方式分。
现简单介绍几下几种。
一、按系统特点分
若是描述系统的参数不随时刻的转变而转变,称这种系统为恒参系统;
若是系统参数随时刻而转变,那么称之为变参系统或时变系统。
若是系统转变是确知的,即系统参数是时刻的确信函数,那么称这种系统为确信系统;
反之,假设系统参数是服从某种随机散布的随机进程,那么称为随机系统。
在数学上,系统模型一样采纳系统输出(响应)、输入(鼓励)和系统固有参数之间函数关系来表达。
若是系统当前时刻的输出仅仅取决于当前时刻的系统输入,而与系统以往的输入无关,那么称如此的系统为无经历系统;
反之若是系统的当前输出与输入信号的历史值有关,那么称之为有经历系统或动态系统。
系统的输入输出能够是一个,也能够是多个。
依照输入输出信号的数量能够将系统划分为单输入单输出的、单输入多输出的、多输入单输出的和多输入多输出的关于一样的有经历系统输入输出信号中还可能既存在持续信号又存在离散信号,在这种情形下需要联合微分方程及差分方程来刻画系统行为。
二、按传输媒介分
通信系统模型中的信道是指传输信息的媒介或信号的通道。
按传输媒介分类,通信系统可分为有线和无线两大类。
表2-1列出了经常使用的媒介及其用途。
表2-1经常使用传输媒介及其用途
频率范围
波长范围
表示符号
传输媒介
主要用途或场合
3Hz~30kHz
~
m
VLF(甚低频)
有线线对(超长波)
音频、电话、数据终端
30~300kHz
LF(低频)
有线线对(长波)
导航、信标、电力线、通信
300kHz~3MHz
MF(中频)
同轴电缆(中波)
AM广播、业余无线电
3~30MHz
~10m
HF(高频)
同轴电缆(短波)
移动电话、短波广播、业余无线电
30~30MHz
10~1m
VHF(甚高频)
同轴电缆(米波)
FM广播、TV、导航、移动通信
300M~3GHz
1m~10cm
UHF(特高频)
同轴电缆、波导(分米波)
TV、遥控测试、雷达、移动通信
3~30GHz
10~1cm
SHF(超高频)
波导(厘米波)
微波通信、卫星通信、雷达
30~300GHz
10~1mm
EHF(极高频)
波导(毫米波
微波通信、雷达、射电天文学
三、按传输媒介类型分
通信中的信号是携带信息的某一物理量,在数学上一样表示为时刻t的函数.依照函数类型不同能够将信号分为模拟信号、数字信号、时刻持续信号、时刻离散信号等。
若是信号在概念域(时刻)上是持续的,称为时刻持续信号,反之成为时刻离散信号。
若是一个时刻持续信号的值域也是持续的,那么称为模拟信号。
而若是一个时刻离散信号在值域上也是离散的,那么称为数字信号,数字信号能够通过编码表示为二进制序列,如此的二进制序列也是数字信号,而数字信号调制可将数字信号映射为随时刻持续转变的电波形,从波形函数的角度看,调制进程又将数字信号转化成了模拟信号。
依照链路层通信系统仿真模型中流通的信号类型不同,可将其划分为持续时刻系统、离散时刻系统、模拟系统、数字系统和混合系统等。
若是在系统中流通的信号类型不止一种,那么该系统称为混合系统。
其中模拟系统和数字系统组成别离如以下图2-二、图2-3所示。
2.1.3通信方式
关于点对点之间的通信,按消息传送的方向与时刻关系,通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。
(1)单工通信
所谓单工通信,是指消息只能单方向传输的工作方式。
例如遥控、遥测,确实是单工通信方式单工通信信道是单向信道,发送端和接收端的身份是固定的,发送端只能发送信息,不能接收信息;
接收端只能接收信息,不能发送信息,数据信号仅从一端传送到另一端,即信息流是单方向的。
(2)半双工通信
这种通信方式能够实现双向的通信,但不能在两个方向上同时进行,必需连番交替地进行。
也确实是说,通信信道的每一段都能够是发送端,也能够是接收端。
但同一时刻里,信息只能有一个传输方向。
如图2-4所示。
对讲机、收发机等都是这种通信方式。
图2-4单工、半双工和全双工通信方式
(3)全双工通信
全双工是指在通信的任意时刻,线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。
全双工通信许诺数据同时在两个方向上传输,又称为双向同时通信,即通信的两边能够同时发送和接收数据。
在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能操纵数据同时在两个方向上传送。
这种方式要求通信两边均有发送器和接收器,同时,需要2根数据线传送数据信号。
2.2Simulink仿真基础
Simulink是20世纪90年代初由MathWorks公司开发,是MATLAB环境下对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。
Simulink中的“Simu”一词表示可用于运算机仿真,而“Link”一词表示它能进行系统连接,即把一系列模块连接起来,组成复杂的系统模型。
作为MATLAB的一个重要组成部份,Simulink由于它所具有的上述的两大功能和特色,和所提供的可视化仿真环境、快捷简便的操作方式,而使其成为目前最受欢迎的仿真软件。
2.2.1Simulink的启动与退出
Simulink
单击MATLABCommand窗口工具条上的Simulink图标,或在MATLAB命令窗口输入simulink,即弹出图示的模块库窗口界面(SimulinkLibraryBrowser)。
该界面右边的窗口给出Simulink所有的子模块库。
如图2-5所示。
每一个子模块库中包括同类型的标准模型,这些模块可直接用于成立系统的Simulink框图模型。
可按以下方式打开子模块库:
用鼠标左键点击某子模块库(如【Continuous】),Simulink阅读器右边的窗口即显示该子模块库包括的全数标准模块。
如图2-6所示。
图2-5Simulink模块库阅读器图2-6子模块库包括的标准模块
用鼠标右键点击Simulink菜单项,那么弹出一菜单条,点击该菜单条即弹出该子库的标准模块窗口.如单击图2-7中的【Sinks】,显现“Openthe‘Sinks’Library”菜单条,单击该菜单条,那么弹出图2-8所示的该子库的标准模块窗口。
图2-7单击Sinks子库图2-8Sinks子库的标准模块
2.打开空白模型窗口
模型窗口用来成立系统的仿真模型。
只有先创建一个空白的模型窗口,才能将模块库的相应模块复制到该窗口,通过必要的连接,成立起Simulink仿真模型。
也将这种窗口称为Simulink仿真模型窗口。
以下方式可用于打开一个空白模型窗口:
Ø
在MATLAB主界面当选择【File:
New→Model】菜单项;
单击模块库阅读器的新建图标;
选中模块库阅读器的【File:
New→Model】菜单项。
所打开的空白模型窗口如图2-9所示。
图2-9空白模型窗口
3.退出Simulink
要退出Simulink,只需要关闭所有模型编辑窗口和Simulink模块库阅读器窗口即可。
2.2.2Simulink仿真参数设置及选择解法器
设置仿真参数和选择解法器,选择Simulation菜单下的Parameters命令,就会弹出一个仿真参数对话框如图2-10,它要紧用三个页面来治理仿真的参数。
图2-10仿真参数对话框
一、Solver页
它许诺用户设置仿真的开始和终止时刻,选择解法器,说明解法器参数及选择一些输出选项。
此页能够进行的设置有:
选择仿真开始和终止的时刻;
选择解法器,并设定它的参数;
选择输出项。
仿真时刻:
注意那个地址的时刻概念与真实的时刻并非一样,只是运算机仿真中对时刻的一种表示,比如10秒的仿真时刻,若是采样步长定为,那么需要执行100步,假设把步长减小,那么采样点数增加,那么实际的执行时刻就会增加。
仿真步长模式:
用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步长选取方式,可供选择的有Variable-step(变步长)和Fixed-step(固定步长)方式。
变步长模式能够在仿真的进程中改变步长,提供误差操纵和过零检测。
固定步长模式在仿真进程中提供固定的步长,不提供误差操纵和过零检测。
变步长模式解法器有:
ode45,ode23,ode113,ode15s,ode23s,ode23t,ode23tb和discrete。
如图2-11所示。
图2-11变步长算法
ode45:
缺省值,四/五阶龙格-库塔法,适用于大多数持续或离散系统,但不适用于刚性(stiff)系统。
它是单步解法器,也确实是,在计算y(tn)时,它仅需要最近处置时刻的结果y(tn-1)。
一样来讲,面对一个仿真问题最好是第一试试ode45。
ode23:
二/三阶龙格-库塔法,它在误差限要求不高和求解的问题不太难的情形下,可能会比ode45更有效。
也是一个单步解法器。
ode113:
是一种阶数可变的解法器,它在误差允许要求严格的情形下通常比ode45有效。
ode113是一种多步解法器,也确实是在计算当前时刻输出时,它需要以前多个时刻的解。
ode15s:
是一种基于数字微分公式的解法器(NDFs)。
也是一种多步解法器。
适用于刚性系统,当用户估量要解决的问题是比较困难的,或不能利用ode45,或即便利用成效也不行,就能够够用ode15s。
ode23s:
它是一种单步解法器,专门应用于刚性系统,在弱误差许诺下的成效好于ode15s。
它能解决某些ode15s所不能有效解决的stiff问题。
ode23t:
是梯形规那么的一种自由插值实现。
这种解法器适用于求解适度stiff的问题而用户又需要一个无数字振荡的解法器的情形。
ode23tb:
是TR-BDF2的一种实现,TR-BDF2是具有两个时期的隐式龙格-库塔公式。
discrtet:
当Simulink检查到模型没有持续状态时利用它。
固定步长模式解法器有:
ode5,ode4,ode3,ode2,ode1和discrete。
如图2-12所示。
图2-12变步长算法
ode5:
缺省值,是ode45的固定步长版本,适用于大多数持续或离散系统,不适用于刚性系统。
ode4:
四阶龙格-库塔法,具有必然的计算精度。
ode3:
固定步长的二/三阶龙格-库塔法。
ode2:
改良的欧拉法。
ode1:
欧拉法。
discrete:
是一个实现积分的固定步长解法器,它适合于离散无持续状态的系统。
步长参数:
关于变步长模式,用户能够设置最大的和推荐的初始步长参数,缺省情形下,步长自动地确信,它由值auto表示。
Maximumstepsize(最大步长参数):
它决定了解法器能够利用的最大时刻步长,它的缺省值为“仿真时刻/50”,即整个仿真进程中至少取50个取样点,但如此的取法关于仿真时刻较长的系统那么可能带来取样点过于稀疏,而使仿真结果失真。
一样建议关于仿真时刻不超过15s的采纳默许值即可,关于超过15s的每秒至少保证5个采样点,关于超过100s的,每秒至少保证3个采样点。
Initialstepsize(初始步长参数):
一样建议利用“auto”默许值即可。
仿真精度的概念(关于变步长模式)
Relativetolerance(相对误差):
它是指误差相关于状态的值,是一个百分比,缺省值为1e-3,表示状态的计算值要精准到0.1%。
Absolutetolerance(绝对误差):
表示误差值的门限,或是说在状态值为零的情形下,能够同意的误差。
若是它被设成了auto,那么simulink为每一个状态设置初始绝对误差为1e-6。
Mode(固定步长模式选择)
Multitasking:
选择这种模式时,当simulink检测到模块间非法的采样速度转换,它会给犯错误提示。
通过检查这种转换,Multitasking将有助于用户成立一个符合现实的多任务系统的有效模型。
Singletasking:
这种模式不检查模块间的速度转换,它在成立单任务系统模型时超级有效,在这种系统就不存在任务同步问题。
Auto:
这种模式,simulink会依照模型中模块的采样速度是不是一致,自动决定切换到multitasking和singletasking。
输出选项
Refineoutput:
那个选项能够明白得成精细输出,其意义是在仿真输出太稀松时,simulink会产生额外的精细输出,这一点就像插值处置一样。
用户能够在refinefactor设置仿真时刻步间插入的输出点数。
Produceadditionaloutput:
它许诺用户直接指定产生输出的时刻点。
一旦选择了该项,那么在它的右边显现一个outputtimes编辑框,在那个地址用户指定额外的仿真输出点,它既能够是一个时刻向量,也能够是表达式。
Producespecifiedoutputonly:
它的意思是让Simulink只在指定的时刻点上产生输出。
为此解法器要调整仿真步长以使之和指定的时刻点重合。
那个选项在比较不同的仿真时能够确保它们在相同的时刻输出。
二、WorkspaceI/O页
WorkspaceI/O页作用是治理模型从MATLAB工作空间的输入和对它的输出。
此页要紧用来设置Simulink与MATLAB工作空间互换数值的有关选项。
Loadfromworkspace:
选中前面的复选框即可从MATLAB工作空间获取时刻和输入变量,一样时刻变量概念为t,输入变量概念为u。
Initialstate用来概念从MATLAB工作空间取得的状态初始值的变量名。
Savetoworkspace:
用来设置存往MATLAB工作空间的变量类型和变量名,选中变量类型前的复选框使相应的变量有效。
一样存往工作空间的变量包括输出时刻向量、状态向量和输出变量。
Finalstate用来概念将系统稳态值存往工作空间所利用的变量名。
Saveoption:
用来设置存往工作空间的有关选项。
Limitrowstolast用来设定Simulink仿真结果最终可存往MATLAB工作空间的变量的规模,关于向量而言即其维数,关于矩阵而言即其秩;
Decimation设定了一个亚采样因子,它的缺省值为1,也确实是对每一个仿真时刻点产生值都保留,而假设为2,那么是每隔一个仿真时刻才保留一个值。
Format用来讲明返回数据的格式,包括矩阵matrix、结构struct及带时刻的结构structwithtime。
三、Diagnostics页
Diagnostics页许诺用户选择Simulink在仿真中显示的警告信息的品级。
此页分成两个部份:
仿真选项和配置选项。
配置选项下的列表框要紧列举了一些常见的事件类型,和当SIMULINK检查到这些事件时给予的处置。
仿真选项options要紧包括是不是进行一致性查验、是不是禁用过零检测、是不是禁止复用缓存、是不是进行不同版本的SIMULINK的查验等几项。
除上述3个要紧的页外,仿真参数设置窗口还包括real-timeworkshop页,要紧用于与C语言编辑器的互换,通过它能够直接从Simulink模型生成代码而且自动成立能够在不同环境下运行的程序,这些环境包括实时系统和单机仿真。
2.3Simulink模块库简介
Simulink模块库按功能进行分类,包括以下8类子库:
持续模块、离散模块、函数和平台模块、数学模块、非线性模块、信号和系统模块、接收器模块、输入源模块。
一、持续模块(Continuous)
Integrator:
输入信号积分
Derivative:
输入信号微分
State-Space:
线性状态空间系统模型
Transfer-Fcn:
线性传递函数模型
Zero-Pole:
以零极点表示的传递函数模型
Memory:
存储上一时刻的状态值
TransportDelay:
输入信号延时一个固按时刻再输出
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- 蓝牙 通信 系统 仿真