matlab-generate-ble-waveform

BLE 波形生成

ルーティング

インテント	手がかり	パターン
基本的な生成	「生成」、「波形」	単一モード
モードの比較	「比較」、「すべてのモード」	全モード
方向検出	「CTE」、「AoA」、「AoD」	CTE
RF-PHY 適合性	「適合性」、「RF-PHY」	RF-PHY テスト
共存	「WLAN」、「干渉」	WLAN 共存
TX 測定	「PAPR」、「OBW」、「電力」	TX 測定
位置特定	「RSSI」、「ビーコン」、「距離」	RSSI 位置特定
BER／受信機	「BER」、「ノイズ」、「感度」	BER シミュレーション
複数パケット	「バースト」、「IFS」	複数パケット
スペクトラム	「スペクトラム」、「スペクトルマスク」	スペクトル解析
ホワイトニング	「ホワイトニング」、「スクランブル」	ホワイトニング比較
劣化要因	「CFO」、「実用的」、「現実的」	エンドツーエンド

デフォルト（曖昧なリクエストの場合）：LE1M、37 バイトのペイロード、チャネル 37。

使用する場合

ユーザーが BLE PHY 層の波形の生成、シミュレーション、または解析を依頼した場合に、このスキルを使用します。モード比較、CTE／方向検出、RF-PHY 適合性テスト、BER シミュレーション、TX 測定、WLAN 共存、RSSI 位置特定などが含まれます。bleWaveformGenerator、bleIdealReceiver、bleCTEIQSample、bleAngleEstimate、または bluetoothTestWaveform を扱うあらゆるタスクに適用されます。

使用しない場合

• BR/EDR（クラシック Bluetooth）→ bluetoothWaveformGenerator を使用します（別の BR/EDR スキルで扱います）
• Channel Sounding（CS）→ bleCSWaveform(bleCSConfig) を使用します（R2024b 以降）。CS には独自の測距／距離測定パイプラインがあり、PHY 波形生成には含まれません
• ネットワークレベルのシミュレーション → リンク層／ネットワークのモデリングには bluetoothLENode を使用します
• 経路損失のモデリング → 伝搬／チャネルのモデリングには bluetoothPathLoss を使用します

PHY モード

モード	symbolRate	データレート	符号化	時間（37 B）
"LE1M"	1e6	1 Mbps	なし	約336 us
"LE2M"	2e6	2 Mbps	なし	約172 us
"LE500K"	1e6	500 kbps	FEC S=2	約974 us
"LE125K"	1e6	125 kbps	FEC S=8	約2768 us

参考資料

このファイルの内容を超える詳細なガイダンスについては、以下を参照してください。

• functionalAPI.md — bleWaveformGenerator の Name-Value ペアに関する API リファレンス全体
• phy-modes-and-timing.md — PHY モードごとの詳細な時間計算
• cte-direction-finding.md — CTE パイプライン：生成、IQ サンプリング、制約
• direction-finding.md — bleAngleEstimate による AoA／AoD 角度推定
• rfphy-compliance-testing.md — RF-PHY テスト波形のパターンと設定
• transmitter-measurements.md — OBW、PAPR、電力測定のパターン
• practical-receiver-simulation.md — BER シミュレーションと劣化を考慮した受信機
• wlan-coexistence.md — WLAN 干渉と共存のシナリオ
• rssi-localization.md — RSSI ビーコンと距離推定のパターン
• data-whitening.md — ホワイトニングのオン／オフ比較と内部処理

パラメーター（bleWaveformGenerator）

パラメーター	デフォルト	範囲
Mode	"LE1M"	LE1M、LE2M、LE500K、LE125K
ChannelIndex	37	0-39
SamplesPerSymbol	8	>=1（プロットには >=4 を使用）
WhitenStatus	"On"	On、Off
DFPacketType	"Disabled"	Disabled、ConnectionCTE、ConnectionlessCTE
AccessAddress	広告用のデフォルト値	32 ビットのバイナリ列ベクトル
ModulationIndex	0.5	[0.45, 0.55]
PulseLength	1	[1, 4]

基本レシピ

messageBits = randi([0 1], payloadLenBytes*8, 1);
waveform = bleWaveformGenerator(messageBits, ...
    Mode=phyMode, SamplesPerSymbol=sps, ...
    ChannelIndex=ch, WhitenStatus="On");
symbolRate = 1e6 + 1e6*(phyMode=="LE2M");
fs = symbolRate * sps;

パターン

全モードの比較

phyModes = ["LE1M","LE2M","LE500K","LE125K"];
sps = 8;
messageBits = randi([0 1], 37*8, 1);
figure; tl = tiledlayout(4,2,TileSpacing="compact",Padding="compact");
title(tl,"BLE - All PHY Modes")
for idx = 1:4
    wf = bleWaveformGenerator(messageBits, ...
        Mode=phyModes(idx), SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37, WhitenStatus="On");
    sr = 1e6 + 1e6*(phyModes(idx)=="LE2M");
    fs = sr*sps; t = (0:length(wf)-1)/fs*1e6;
    nexttile; plot(t,real(wf),t,imag(wf))
    xlabel("Time (\mus)"); ylabel("Amplitude"); title(phyModes(idx)+" - IQ")
    legend("I","Q"); grid on; xlim([0 min(80,t(end))])
    nexttile; N=length(wf); f=(-N/2:N/2-1)*(fs/N)/1e6;
    plot(f, 20*log10(abs(fftshift(fft(wf)))/N+eps))
    xlabel("Frequency (MHz)"); ylabel("dB"); title(phyModes(idx)+" - Spectrum")
    grid on; xlim([-3 3]); ylim([-80 0])
end

複数パケットのバースト（T_IFS = 150 us）

sps = 8; fs = 1e6*sps;
messageBits = randi([0 1], 37*8, 1);
ifsGap = complex(zeros(round(150e-6*fs), 1));
burst = complex(zeros(0,1));
for pkt = 1:3
    wf = bleWaveformGenerator(messageBits, Mode="LE1M", SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37);
    burst = [burst; wf; ifsGap]; %#ok<AGROW>
end

往復デコード

messageBits = randi([0 1], 37*8, 1); sps = 8;
wf = bleWaveformGenerator(messageBits, Mode="LE1M", SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37, WhitenStatus="On");
rxBits = bleIdealReceiver(wf, Mode="LE1M", SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37, WhitenStatus="On");
assert(isequal(rxBits, messageBits))

データチャネル＋カスタムアクセスアドレス

accessAddr = randi([0 1], 32, 1);
wf = bleWaveformGenerator(randi([0 1],27*8,1), ...
    Mode="LE2M", SamplesPerSymbol=8, ChannelIndex=9, ...
    AccessAddress=accessAddr, WhitenStatus="On");
fs = 2e6 * 8;

CTE の生成

messageBits = randi([0 1], 20*8, 1); sps = 8; fs = 1e6*sps;
wf_noCTE = bleWaveformGenerator(messageBits, Mode="LE1M", ...
    SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=10, WhitenStatus="On");
wf_conn = bleWaveformGenerator(messageBits, Mode="LE1M", ...
    SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=10, WhitenStatus="On", DFPacketType="ConnectionCTE");
wf_cless = bleWaveformGenerator(messageBits, Mode="LE1M", ...
    SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=10, WhitenStatus="On", DFPacketType="ConnectionlessCTE");

% CTE appends unmodulated constant tone for antenna switching (typ. 72-216 us)
cteDelta_conn_us = (length(wf_conn) - length(wf_noCTE)) / fs * 1e6;
cteDelta_cless_us = (length(wf_cless) - length(wf_noCTE)) / fs * 1e6;

CTE フルパイプライン（Tx → Rx → Angle）

pduHex = '02049B03270102030405';  % 10-byte PDU (>=6 bytes needed for >=11 IQ samples)
pdu = int2bit(hex2dec(reshape(pduHex, 2, [])'), 8, false);
pdu = pdu(:);
cfgCRC = crcConfig(Polynomial="z^24+z^10+z^9+z^6+z^4+z^3+z+1", ...
    InitialConditions=int2bit(hex2dec('555551'),24), DirectMethod=true);
pduCRC = crcGenerate(pdu, cfgCRC);
txWf = bleWaveformGenerator(pduCRC, ChannelIndex=36, DFPacketType="ConnectionlessCTE");
[~, ~, iqSamples] = bleIdealReceiver(txWf, ChannelIndex=36, ...
    DFPacketType="ConnectionlessCTE", SlotDuration=2);
cfgAngle = bleAngleEstimateConfig;
cfgAngle.ArraySize = 4; cfgAngle.SlotDuration = 2; cfgAngle.SwitchingPattern = [1 2 3 4];
angle = bleAngleEstimate(iqSamples, cfgAngle);

別の方法（R2022a 以降）：iqSamples = bleCTEIQSample(cteSamples, Mode="LE1M", SlotDuration=2);

BER シミュレーション

messageBits = randi([0 1], 100*8, 1); sps = 8; phyMode = "LE1M";
snrValues = 0:4:20; berResults = zeros(size(snrValues));
for idx = 1:length(snrValues)
    wf = bleWaveformGenerator(messageBits, Mode=phyMode, SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=5, WhitenStatus="On");
    sigPower = mean(abs(wf).^2);
    rxWf = awgn(wf, snrValues(idx), 10*log10(sigPower));
    rxBits = bleIdealReceiver(rxWf, Mode=phyMode, SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=5, WhitenStatus="On");
    n = min(length(messageBits), length(rxBits));
    berResults(idx) = sum(messageBits(1:n) ~= double(rxBits(1:n))) / n;
end
semilogy(snrValues, berResults, "-o"); xlabel("SNR (dB)"); ylabel("BER"); grid on

bleIdealReceiver は int8 を返すため、double() でキャストします。Eb/No を変換するには、snr = convertSNR(EbNo,"ebno","snr",SamplesPerSymbol=sps) を使用します。

RF-PHY テスト波形

cfg = bluetoothTestWaveformConfig;
cfg.Mode = "LE1M"; cfg.PayloadLength = 37;
cfg.PacketType = "Disabled"; cfg.ModulationIndex = 0.5;
testWf = bluetoothTestWaveform(cfg);

rfCfg = bluetoothRFPHYTestConfig;
rfCfg.Test = "Output power"; rfCfg.Mode = "LE1M";
rfCfg.PayloadLength = 37; rfCfg.OutputPower = 0; rfCfg.CenterFrequency = "Mid";

WLAN 共存

sps = 8; fs = 1e6*sps;
bleWf = bleWaveformGenerator(randi([0 1],37*8,1), Mode="LE1M", SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37, WhitenStatus="On");
t = (0:length(bleWf)-1)'/fs;
wlanInterferer = 0.1*complex(randn(length(bleWf),1),randn(length(bleWf),1)) .* exp(1j*2*pi*3e6*t);
combined = bleWf + wlanInterferer;
CIR_dB = 10*log10(mean(abs(bleWf).^2) / mean(abs(wlanInterferer).^2));

TX 測定（電力、OBW、PAPR）

sps = 8; wf = bleWaveformGenerator(randi([0 1],255*8,1), Mode="LE1M", ...
    SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37, WhitenStatus="On", ModulationIndex=0.5);
fs = 1e6*sps; N = length(wf);
avgPower_dBm = 10*log10(mean(abs(wf).^2)) + 30;
spec = abs(fftshift(fft(wf))).^2; cumP = cumsum(spec)/sum(spec);
f = (-N/2:N/2-1)*(fs/N);
occBW_MHz = (f(find(cumP>=0.995,1)) - f(find(cumP>=0.005,1))) / 1e6;
papr_dB = 10*log10(max(abs(wf).^2) / mean(abs(wf).^2));

ホワイトニングの比較

bits = randi([0 1], 37*8, 1); sps = 8;
wfOn  = bleWaveformGenerator(bits, Mode="LE1M", SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37, WhitenStatus="On");
wfOff = bleWaveformGenerator(bits, Mode="LE1M", SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=37, WhitenStatus="Off");

アドバタイジング PDU（ADV_IND）

cfgAdv = bleLLAdvertisingChannelPDUConfig;
cfgAdv.PDUType = "Advertising indication";
cfgAdv.AdvertiserAddress = "A1B2C3D4E5F6";
cfgAdv.AdvertiserAddressType = "Random";
cfgAdv.AdvertisingData = "0201060709546573744245020A00";
pduBits = bleLLAdvertisingChannelPDU(cfgAdv);
wf = bleWaveformGenerator(pduBits, Mode="LE1M", SamplesPerSymbol=8, ChannelIndex=37);

PDUType の値："Advertising indication"、"Scan request"、"Scan response"、"Connection indication"、"Advertising direct indication"、"Advertising non connectable indication"。 アドレス：12 文字の 16 進数文字列（コロンなし）。AdvertisingData：16 進数文字列（長さ・タイプ・値の AD 構造体）。

データチャネル PDU

cfgData = bleLLDataChannelPDUConfig;
cfgData.LLID = "Data (start fragment/complete)";
cfgData.SequenceNumber = 1;
cfgData.NESN = 0;
cfgData.MoreData = false;
payload = dec2hex(randi([0 255], 50, 1))';  % 50-byte hex payload
payload = reshape(payload', 1, []);
pduBits = bleLLDataChannelPDU(cfgData, payload);
wf = bleWaveformGenerator(pduBits, Mode="LE2M", SamplesPerSymbol=8, ChannelIndex=15);

LLID の値："Data (continuation fragment/empty)"、"Data (start fragment/complete)"、"Control"。 SequenceNumber（SN ではありません）。ペイロード：16 進数文字列、数値ベクトル [0,255]、または n×2 の char 配列。

エンドツーエンド（実用的な受信機）

helperBLEPracticalReceiver（AGC + CFO + タイミングリカバリー）を使用します。次が必要です：openExample('bluetooth/BLEPracticalReceiverExample')。符号化モードの SNR 変換：SNR = EbNo + 10*log10(codeRate) - 10*log10(sps)。

CTE の互換性

モード	ConnectionCTE	ConnectionlessCTE
LE1M	はい	はい
LE2M	はい	いいえ
LE500K	いいえ	いいえ
LE125K	いいえ	いいえ

CTE にはデータチャネル（0-36）が必要です。 DFPacketType≠"Disabled" の場合、ChannelIndex 37/38/39 は絶対に使用しないでください。CTE はデータチャネル専用の機能です。

仕様上の制約

• Ch 37/38/39（アドバタイジング）： LE1M または LE Coded のみ。LE2M は不可です。
• CTE： データチャネル（0-36）での LE1M/LE2M のみ。コーデッド PHY は不可です。
• アクセスアドレス： アドバタイジング = '8E89BED6'（固定）、データ = ランダム。
• ホワイトニング初期値： ChannelIndex から自動設定されます。設定できません。
• T_IFS： 150 us。TX 電力： 最大 +20 dBm。変調指数： 0.45-0.55。
• bleIdealReceiver： ハード判定のみで、int8 を返します。
• 「スロット」（1 スロット、3 スロット、5 スロット）： BR/EDR の概念のみです。BLE にはスロットベースのパケットはありません。
• ISO ストリーム： BN × IRC × Sub_Interval <= ISO_Interval を検証してください。計算結果が上限を超える場合は、要求を拒否してください。

無効な組み合わせ（これらの要求は拒否してください）

要求	無効な理由
LE2M + FEC 符号化	FEC はコーデッド PHY（LE500K/LE125K）でのみ使用されます
Ch 37/38/39 での LE2M	プライマリアドバタイジングは LE1M または Coded のみです
CTE + LE500K/LE125K	BLE 5.1 仕様により、CTE は LE1M/LE2M に制限されています
ConnectionlessCTE + LE2M	ConnectionlessCTE は LE1M のみです
「3 スロット」または「5 スロット」の BLE	スロットベースなのは BR/EDR です。BLE では単一パケットを使用します
Ch 37/38/39 での CTE	CTE はデータチャネル（0-36）のみです
BN×IRC×Sub_Int > ISO_Interval となる ISO パラメーター	サブイベントがインターバルを超えるため、スケジューリングできません

規約

• fs = (1e6 + 1e6*(mode=="LE2M")) * sps — ハードコードしないでください
• 軸：us（時間）、MHz（周波数）、dB（電力）
• tiledlayout/nexttile（subplot ではありません）
• スペクトル：常に 20*log10(abs(fftshift(fft(wf)))/N + eps) を使用してください — BLE のスペクトルプロットには periodogram、pspectrum、pwelch を使用しないでください
• コーデッドモードでは xlim([0 min(80,t(end))])
• I と Q の両方をプロットします：plot(t, real(wf), t, imag(wf))
• IFS ギャップ：complex(zeros(N,1))（出力は複素数です）
• スペクトルプロットでは SamplesPerSymbol>=4 を指定してください。SPS=1 は波形生成には有効ですが、ナイキスト限界のため、可視化や正確なスペクトル解析には不十分です

コードスタイル

生成するスクリプトは、MathWorks の例の規約に従う必要があります。%% セクションヘッダーを使用し、すべてのパラメーターをソフトコード化して、分かりにくいロジックにはコメントを付けてください。

構成とソフトコード化

スクリプトを %% ヘッダーで区切ります：設定 → 波形生成 → 処理 → 解析 → 可視化。ユーザーが設定できる値はすべて先頭で名前付き変数として定義し、処理ロジックにマジックナンバーを使用しないでください。

%% Configuration
% Specify BLE waveform generation parameters.

phyMode = "LE1M";                               % PHY transmission mode
payloadLength = 37;                             % Payload length in bytes
sps = 8;                                        % Samples per symbol
channelIndex = 37;                              % BLE channel index (0-39)

% Derived parameters
symbolRate = 1e6 + 1e6*(phyMode=="LE2M");       % 2 Msym/s for LE2M, 1 Msym/s otherwise
fs = sps * symbolRate;                          % Sample rate in Hz
numBits = payloadLength * 8;                    % Payload length in bits

%% Waveform Generation
% Generate BLE waveform from random payload bits.

messageBits = randi([0 1], numBits, 1);
waveform = bleWaveformGenerator(messageBits, ...
    Mode=phyMode, SamplesPerSymbol=sps, ChannelIndex=channelIndex);

コメント

• インライン（右揃え）: 単位、範囲、または簡潔な目的 — % Eb/No in dB
• ブロック（2〜5 行の上に配置）: 意図または なぜ — % IFS gap must be complex (bleWaveformGenerator output is complex)
• 制約事項: 仕様の参照 — % LE2M uses 2 Msym/s (only mode with 2x symbol rate)
• コメントしないこと: 自明な行、機械的にすべての行、または閉じる end ステートメント

命名

• camelCase: messageBits、txWaveform、symbolRate、channelIndex
• 説明的なループカウンター: countMode、pktIdx（i、j ではない）
• 名前付き定数: bitsPerByte = 8、tIFS = 150e-6
• 複数初期化: [numErrors, perCount] = deal(0, 0)

注意点

間違い	修正
bleWaveformConfig(...)	存在しません。bleWaveformGenerator(bits, NV...) を直接使用してください
BLE に対する bluetoothWaveformGenerator	BR/EDR のみ。bleWaveformGenerator を使用してください
comm.BLEReceiver	存在しません。bleIdealReceiver を使用してください
LE2M に対する symbolRate=1e6	LE2M = 2e6
パラメーター名としての 'PHYMode'	'Mode' を使用してください
モードとしての 'LECODED'	"LE500K" または "LE125K" を使用してください
第 1 引数としての設定オブジェクト	バイナリ列ベクトル randi([0 1],N,1) でなければなりません
空の [] ビット	最小 1 バイト
IFS に対する実数の zeros()	complex(zeros(N,1)) を使用してください
CTE + コーディングモード	CTE は LE1M/LE2M のみ
ConnectionlessCTE + LE2M	LE1M のみ
チャネル 37/38/39 での LE2M	仕様違反。LE1M または Coded を使用してください
NV 引数としての CTELength/CTEType	有効ではありません。DFPacketType を使用してください
bleAngleEstimate(wf, NV...)	bleAngleEstimate(iqSamples, bleAngleEstimateConfig) を使用してください
RF-PHY に対する bleWaveformGenerator	bluetoothTestWaveformConfig + bluetoothTestWaveform を使用してください
オーバーサンプリング補正なしの AWGN	convertSNR(EbNo,"ebno","snr",SamplesPerSymbol=sps) を使用してください。awgn に明示的な電力を渡してください（"measured" は決して使用しないでください）
劣化を伴う bleIdealReceiver	helperBLEPracticalReceiver を使用してください
符号化レートなしのコーディングモードに対する Eb/No	SNR = EbNo + 10*log10(codeRate) - 10*log10(sps)
警告なしの SPS=1	SPS=1 はナイキスト限界です — ユーザーに警告してください: スペクトル解析なし、デコード性能は限界的
resample なしのタイミング ppm オフセット	resample(wf, 1e6+ppm, 1e6) または分数遅延フィルターを介してクロックドリフトを適用してください
PRBS9 なしの適合性 Df1/Df2	TP/TRM/CA/BV-05-C には comm.PNSequence（z^9+z^5+1）を使用してください。安定ビット（Df1）と交互ビット（Df2）パターンを分離してください
BLE スペクトルに対する periodogram/pwelch	手動の fftshift(fft(wf)) を使用してください — スキルの慣例
プロパティ名としての SN	bleLLDataChannelPDUConfig の SequenceNumber を使用してください
コロン付きアドレス "A1:B2:..."	コロンなしの 12 文字の 16 進文字列を使用してください: "A1B2C3D4E5F6"
PDUType="ADV_IND"	完全な文字列を使用してください: "Advertising indication"
AdvertisingData としてのバイナリベクトル	16 進文字列を使用してください: "0201060709..."（長さ-タイプ-値）

---

Copyright 2026 The MathWorks, Inc.