论文部分内容阅读
无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信技术自组织构成的网络。近几年，随着计算机、无线通信和网络技术的飞速发展和广泛应用，无线传感器网络成为一个在国际上备受关注的研究前沿热点领域。IEEE802.15.4的ZigBee协议是实现无线传感器网络的一项重要协议。ZigBee具有低速率、低功耗、低成本、安全可靠等显著特点，可应用于智能家居、工业控制、智能交通、建筑以及医疗等诸多方面。本文旨在依据IEEE802.15.4的2.4GHz ZigBee协议，通过FPGA平台实现ZigBee基带设计。在本课题的完成过程中，首先依据2.4GHz ZigBee协议对物理层发射机和接收机结构进行matlab建模仿真；接着设计RTL电路并验证其功能和时序；然后设计PCB电路板；最后进行在线硬件调试。在硬件资源的选用上，FPGA采用Xilinx Spartan-3A DSP来实现ZigBee基带发射机和接收机设计。Spartan-3A DSP内部集成了Xtreme DSPTM核，可进行较复杂的数字信号处理运算。同时，也采用了ADI公司的时钟管理芯片AD9516，模数转换芯片AD6655，数模转换芯片AD9777以实现系统整体功能。依据2.4GHz ZigBee协议规范，发射机包括比特符号转换、符号码片转换、OQPSK调制三个部分。由于协议中没有对接收机的设计结构做出明确规定，因此接收机的设计是本论文的核心部分。接收机的设计包括分组检测、精定时、下采样、频偏估计、纠频偏、解扩等部分，其中分组检测、精定时与频偏估计是接收机的核心单元。最后，使用matlab对发射机发出数据和接收机接收数据进行频谱分析，两组数据频谱无论在中心频率上还是信号带宽上都基本一致，因此可以得出结论，本论文成功的达到了使用FPGA平台实现2.4GHz ZigBee基带设计的目的。综上所述，本论文使用FPGA资源实现ZigBee物理层的发射机和接收机设计，由FPGA来实现数字信号处理的功能，节省了专用数字信号处理硬件资源和设计面积成本，达到了预期设计目的。