摘 要

本次课题主要为模拟蓝牙4.0的π/4-QDPSK信号的产生过程，进而为硬件设计提供算法支持。课题首先对发射过程进行研究，提出了相应的顶层模块框图。使用MATLAB编程仿真QDPSK（2Mbps）和8DPSK（3Mbps）中FIR滤波、积分器、相位控制以及增益调整各个模块的过程，并得到经过每个模块后信号仿真图，对比信号发生的变化，研究了QDPSK（2Mbps）和8DPSK（3Mbps）过程算法、相位连续性和定点特性。使用MATLAB软件来实现研究，方便灵活，节约时间和设计成本。

关键词：蓝牙4.0 QPSK MATLAB仿真

ABSTRACT

This topic is aimed at simulating the generation of PI /4-QDPSK signal, and then provide algorithm support to hardware design. Firstly, this topic putted forward the block diagram of the top layer based on the study of the launch process. With programming and simulating QDPSK (2 Mbps) and 8DPSK (3mbps) in FIR filter, integrator, phase control and adjust the gain of each module of the process by MATLAB, signal simulation figures through each module were collected. The QDPSK (2Mbps) and 8DPSK (3Mbps) process algorithm, phase continuity and fixed point properties were studied on basis of changes of the signals. It is convenient and flexible to implement the study by means of MATLAB, it also saves time and cost.

Key words: Bluetooth 4.0; MATLAB; QPSK simulation

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究现状 1

1.3本文主要研究内容 2

第二章 蓝牙协议简介 3

2.3. 蓝牙概述 3

2.2 蓝牙4.0调制模式 3

2.2.1 基本数据速率（BR） 3

2.2.2 增强数据速率(EDR) 4

2.3 调制特性 4

2.4分组格式 4

2.4.1通用格式 4

2.4.2 公用分组类型 6

2.3.4 π/4-QDPSK and 8DPSK 8

2.4本章小结 9

第三章 蓝牙4.0信号发射模块 10

3.1 蓝牙4.0信号发射 10

3.2发射机模块分析 11

3.2.1 BPSK调制 11

3.2.2 FIR滤波器 11

3.2.3 频率/相位变化 12

3.2.4 相位控制. 13

3.3 定时和定位 14

3.4 信号生成 14

3.4.1 算法描述 15

3.4.2 相位变化 17

3.5本章小结 18

第四章 MATLAB仿真 19

4.1 MATLAB模型 19

4.2 MATLAB编程 19

4.2.1 BR模式下的仿真 20

4.2.2 EDR模式下的仿真 22

4.2本章小结 25

第五章 数据分析总结 26

第六章 总结与展望 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1研究背景

蓝牙（Bluetooth）技术,是在上世纪90年代，爱立信公司为了手机、手提电脑与其他电子设备之间，能够实现无线传输儿研发出的。这技术实质上是一种空中接口，它功耗低，同时成本低廉。爱立信通过分析蜂窝网传输，得到最终结论，蜂窝传输的末端应当是无线连接，并且是短距离的，蓝牙由此得到定义。

1.2研究现状

上世纪九十年代末，蓝牙特殊利益集团(SIG)成立。初始成员以爱立信公司为首，包括诺基亚（Nokia）、因特尔、东芝（Toshiba）在内的一共四家公司。该集团主要工作有三个方面：制定蓝牙技术标准，测试产品，并为各个国家使用蓝牙提供帮助^［１］。随后有更多的公司加入其中，其中有摩托罗拉等等。

蓝牙技术标准至今已更新了多个版本。蓝牙协议1.0版在1999年7月份得到发表，同年十二月蓝牙规范有了1.0b的新版^［２］。随后的十几年内，蓝牙规范不断更新，从蓝牙1.1版，1.2版，2.0版，一直到现在的蓝牙4.0版。蓝牙4.0协议中调制方式有两种。分别为强制模式和可选模式，强制模式适用于基本数据传输速率(BR模式)，可选模式用于增强速率传输速率。两种模式分别采用GFSK调制以及DPSK调制，在本次课题主要研究EDR模式，即进行 QPSK仿真。

蓝牙增强速率（Enhanced Data Rate,EDR），该模式下传输速率有两种，分别可达到2和3Mbits/s，对应π/4-DPSK 和 8DPSK 方案^［３］。QPSK调制，是一种数字调制方式，有以下几处优点：有着较高的频谱利用效率，抗干扰性能优良，同时在电路上实现简单，该调制方式不只在蓝牙协议中有应用，在无线通信传输中的应用更为广泛，该调制方式在现代通信占有了一席之地。QPSK调制方式有两种，分别为绝对移相、相对相移^［４］。但是相对相移方式QDPSK（四进制差分相移键控）在实际中被采用的更多更广泛，这是由于绝对相移调制方式存在结果相位模糊的问题。

1.3本文主要研究内容

论文首先在绪论部分概述了课题的背景以及研究现状，接着在第二章概述了与课题相关的通信理论知识。第三章描述课题仿真的模块框图及各模块作用。第四章，描述MATLAB仿真的过程。第五章是对本次课题得到的各种数据图形的一个总结分析。

第二章 蓝牙协议简介

2.3. 蓝牙概述

蓝牙，是一种无线电技术，适用于短距离^［５］。“蓝牙”的使用普及，极大的简化了笔记本电脑、手机等一些移动通信终端设备之间的通信，同时这些移动设备与网络之间的通信一样得到了很大程度上的简化，使它们之间的数据传输变得更加快速、高效，拓宽了无线通信的道路^［６］。简单来说，蓝牙技术为日常生活带来的就是，使日常生活随身携带的移动通信设备比如手机和电脑，不需要电缆来联网，实现无线上网。但是蓝牙的应用不止于此，还应用到了家电、消费电子产品以及汽车等等信息家电商，一个巨大的无线通信网络由此构成^［６］。在蓝牙处于萌芽阶段时吗，就已经得到了世界范围上的通信行业还有广大用户的关注。

2.2 蓝牙4.0调制模式

在蓝牙4.0协议中的调制模式有两种，分别为强制模式和可选模式。强制模式，适用于基本数据传输速率，该模式中为降低接收机的复杂程度，采用的调制方式为二进制FM键控调制，对应的数据传输率为1Mbps。而可选模式，适用于蓝牙增强速率。传输速率有两个，2Mbps和3Mbps，对应两种不一样的PSK调制，π/4-QDPSK以及8DPSK。在最初的蓝牙协议中，只可以采用高斯频移键控（Gaussian frequency-shift keying ，缩写为GFSK）。随着蓝牙2.0被推出，蓝牙2.0 EDR带来了π/4-QDPSK和8DPSK调制。使用GFSK的设备以基础速率（Basic Rate）运行,瞬时速率为1Mit/s.增强数据速率（Enhanced Data Rate,简称EDR）.在蓝牙协议中，两种模式统称为“BR/EDR射频”

2.2.1 基本数据速率（BR）

该模式下采用的是GFSK调制，相关参数为BT=0.5，调制指数位于0.28-0.35之间。用正的频率偏移来表示二进制的“1”，相对的，用负的频率偏移表示二进制的“0”。同时定时符号偏差应当小于±20ppm。在每个发送信道中，序列1010对应的最小的频偏（Fmin≤{Fmin ,Fmin-}），不小于对应序列00001111的频偏（fd）的±80%，而且最小频偏不小于115KHz。在BR模式中，数据的传输速率为1Mb/s。理想条件下，信号正交与零点时，应该是正交清晰，无扩撒，没有误差的。过零误差是在理想符号区间和测量的交叉时间之间的时间差，应该小于±1/8的符号区间。

2.2.2 增强数据速率(EDR)

EDR模式与BR模式的一个重要区别就是调制方式的改变，BR模式采用GFSK调制，EDR模式采用的调制方式为DPSK调制。该模式下，接入码和分组头来自BR模式，即通过GFSK调制得到的。后面的同步序列、净荷还有尾序列则是通过DPSK调制来传输的^［６］。

2.3 调制特性

接入码和包头的传输使用BR模式的GFSK调制方式，而同步码、净荷和尾序列的传输，则是使用EDR模式的DPSK调制，对应的速率为前文介绍的2Mbps或者3Mbps。这种DPSK调制传输在下面的章节中进行清除的介绍。

π/4-DQPSK（π/4循环差分相位编码的四进制键控方式）为2Mbps的PSK调制传输采用的键控方式。

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