基于FPGA的WBAN窄带系统设计与实现

发布时间：2017-04-06 00:14

  本文关键词：基于FPGA的WBAN窄带系统设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信技术和传感器技术的飞速发展,无线传感器网络(WSN)逐渐被应用到娱乐、军事和医疗等领域。作为WSN的一个分支,以人体为中心的无线体域网(WBAN)受到越来越多的关注。目前,IEEE组织定义的WBAN与WSN在很多方面有相似之处。但因为无线体域网是以人体为中心的网络,所以需要对无线传输技术、能耗和信道模型等问题做深入研究。本文首先介绍了无线体域网的概念和研究现状以及研究意义,然后对IEEE组织提出的WBAN的物理层、MAC层、拓扑结构和安全模式进行了阐述。在深入研究IEEE 802.15.6标准的基础上,提出了WBAN窄带系统设计方案。从理论的角度,对WBAN窄带系统发射机和接收机的各功能模块的意义和原理进行了详细的分析和研究,主要包括BCH(63,51)信道编解码、比特交织解交织、扰码解扰等。本文在已确定的WBAN窄带系统发射机和接收机方案的基础上,提出了基于FPGA的WBAN嵌入式窄带系统设计方案与实现流程。利用QUARTUS II 8.0的SOPC Builder工具生成了NIOS2 CPU,使用Verilog语言编写各功能模块,利用C语言在NIOS2 IDE 8.0上编写了系统控制程序以及采用ADF7023芯片设计了射频电路板。最后利用Altera Cyclone III系列的EP3C120F780C7开发板和射频电路板对整个WBAN嵌入式窄带系统进行板级测试验证。在对整个系统的验证结果进行详细分析后表明,本论文提出的基于FPGA的WBAN窄带系统的设计方案是合理的,可以满足系统的设计要求。
【关键词】：无线体域网 窄带 FPGA IEEE 802.15.6 BCH
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 引言9-15
• 第一节 无线体域网的简介9-11
• 第二节 WBAN的研究现状与挑战11-13
• 第三节 本文主要内容与结构13-15
• 第二章 IEEE 802.15.6 标准简介15-27
• 第一节 IEEE 802.15.6 物理层15-21
• 2.1.1 窄带物理层16-17
• 2.1.2 超宽带物理层17-19
• 2.1.3 人体通信物理层19-21
• 第二节 IEEE 802.15.6 MAC层21-25
• 2.2.1 MAC帧结构21-22
• 2.2.2 MAC帧类型22-23
• 2.2.3 MAC层接入模式23-25
• 第三节 WBAN拓扑结构25-26
• 第四节 安全模式26
• 第五节 本章小结26-27
• 第三章 WBAN窄带系统的设计与仿真27-39
• 第一节 发射机各功能模块的研究与设计27-30
• 3.1.1 BCH编码27-28
• 3.1.2 扩频和比特交织28-29
• 3.1.3 扰码29-30
• 第二节 接收机各功能模块的研究与设计30-35
• 3.2.1 BCH译码30-35
• 3.2.2 解交织和解扰35
• 第三节 无线体域网信道35-36
• 第四节 MATLAB仿真与分析36-38
• 3.4.1 系统参数设置36-37
• 3.4.2 系统仿真与分析37-38
• 第五节 本章小结38-39
• 第四章 基于FPGA的WBAN窄带系统的设计39-59
• 第一节 FPGA芯片及开发环境39-41
• 4.1.1 FPGA芯片简介39-40
• 4.1.2 FPGA开发平台40-41
• 第二节 基于FPGA的系统各功能模块设计41-48
• 4.2.1 BCH编码/解码41-44
• 4.2.2 交织与解交织44-45
• 4.2.3 扰码与解扰45-46
• 4.2.4 NIOS II IP核46-48
• 第三节 FPGA与ADF7023之间的通信48-58
• 4.3.1 ADF7023概述48-51
• 4.3.2 ADF7023工作模式51-56
• 4.3.3 FPGA与ADF7023的SPI通信56-58
• 第四节 本章小结58-59
• 第五章 WBAN窄带系统的板级验证59-64
• 第一节 系统板级验证流程59-60
• 第二节 系统板级验证结果分析60-63
• 第三节 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果70

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本文编号：287943