基于FPGA的IEEE 802.15.4可编程数字基带设计

来源 :齐齐哈尔大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:amorg
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IEEE 802.15.4规范由于具有低功耗、节点数目容量大和自组网等优点,在短距离无线通信领域得到了广泛的应用。特别是物联网技术的推广应用,更多短距离无线通信系统倾向于借鉴和迁移IEEE 802.15.4数字基带技术。为此本文提出一种基于FPGA可编程和可移植的IEEE 802.15.4数字基带SOPC(可编程片上系统)设计方案。同时考虑到传统IEEE 802.15.4数字基带使用OQPSK(偏移四相相移键控)调制解调和半正弦波整形在抗信道噪声和提升传输距离等方面受到限制,特别设计了改进的GMSK(高斯最小频移键控)调制解调和高斯波整形技术来提升该IEEE 802.15.4数字基带的性能,为其获得更广泛的应用准备了良好研究基础。本文提出使用可编程的GMSK和高斯波整形技术来改变传统IEEE 802.15.4数字基带的设计方案。对IEEE 802.15.4数字基带进行重新设计。首先通过SystemVue软件平台对部分功能模块、发射机和接收机等模块进行改进设计并对其性能进行仿真验证和对比分析;然后基于以EP2C35F672C6为主控芯片的FPGA开发板为平台,通过Quartus II集成开发软件对各功能模块进行Verilog HDL代码设计、时序仿真设计、下载综合布局和系统调试。为迁移和借鉴IEEE 802.15.4规范来设计在某些性能方面得到加强的短距离可编程数字通信基带提供了良好案例。具体设计内容主要有:(1)IEEE 802.15.4可编程数字基带的各部分模块进行设计,如串并、并串转换模块,直序扩频解扩模块和调制解调模块等;(2)改进单一的OQPSK调制解调技术和半正弦波整形为可编程的GMSK调制解调及高斯波整形技术;(3)对同步中锁相环的快速鉴相算法进行改进设计,增快同步完成的速度;(4)为提升网络应用的灵活性,系统加入可编程化设计。根据应用环境的具体要求,适配所需参数,更改为所需要的技术方式。本设计完成的IEEE 802.15.4可编程数字基带具有更好的信道适应性、抗噪声能力等优点,实验表明GMSK的功率谱密度随频率的增长可稳定在-150dB附近,信号旁瓣衰减较快,信号主要集中在低频端,同时带宽更窄。由于使用的GMSK调制和高斯波整形技术并不会过多增加设计的资源,仍可保持现有IEEE 802.15.4芯片的小芯片面积优势。同时,可编程化设计可以使系统的应用范围进一步拓宽。本设计对进一步拓宽符合IEEE 802.15.4协议网络的使用范围,提高其传输距离等方面有着重要意义。
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