蓝牙4.0数字接收基带电路的设计与实现

发布时间：2017-04-07 13:00

  本文关键词：蓝牙4.0数字接收基带电路的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着可穿戴设备和智能设备的兴起,低功耗蓝牙技术因具有超低功耗、超长待机时间、低成本优势已得到广泛应用。低功耗蓝牙通信芯片是这一技术的基础,因此设计出符合低功耗蓝牙4.0物理层规范的数字接收基带具有重要的意义。在低功耗蓝牙通信中,由于低功耗蓝牙只有8位前导码,采用传统载波频偏补偿方法和位同步方法得到的判决性能较差。本文从载波频率偏移和位同步的原理出发,首先结合前导码变化特点,采用了基于前导码差分检测和码元波形累加恢复的载波频偏补偿方法,仅使用4至6个前导码码元就可以实现-180kHz到190kHz范围内的载波频偏补偿。其次针对传统位同步算法在短前导码情况下同步速度不足的问题,采用了基于前导码位置检测的改进型锁相环位同步算法,和载波频偏补偿同步进行,在前导码被检测到时即可完成初次同步,极大地提高了同步速度,增加了对接入地判决的准确性。本文在改进载波频偏补偿算法和位同步算法的基础上,结合数字下变频和抗镜像算法、GFSK直接鉴相解调算法,设计出了低功耗蓝牙数字接收基带算法。最终使用Verilog HDL语言实现该接收机算法,并针对FIR滤波器电路结构做出了面积和延时上的优化。本文通过Modelsim实现整个接收机电路RTL仿真,验证了低功耗蓝牙数字接收基带电路的功能。最终使用Design Compiler,基于SMIC130nm工艺库对代码进行综合,电路总面积约0.1平方毫米。论文的最后对本设计进行了FPGA验证,全局时钟为8MHz。结果表明在误码率优于0.1%的条件下,本文设计的数字接收基带最低信噪比小于7dB,抗调制频偏范围为-160kHz到100kHz。
【关键词】：数字接收基带 前导码检测 频率偏移补偿 位同步
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 主要内容和设计指标11-13
• 1.3.1 主要内容11-12
• 1.3.2 设计指标12-13
• 1.4 论文的组织结构13-15
• 第二章 蓝牙4.0系统概述15-19
• 2.1 跳频通信简介15
• 2.2 低功耗蓝牙4.0标准概述15-17
• 2.3 低功耗蓝牙4.0应用场景17
• 2.4 低功耗蓝牙4.0接收机设计中的关键问题17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第三章 低功耗蓝牙数字接收基带系统设计19-41
• 3.1 基于前导码检测的频率偏移补偿技术19-21
• 3.2 改进型位同步21-25
• 3.3 数字接收基带算法设计25-39
• 3.3.1 接收机解调算法分析27-29
• 3.3.2 接收机结构29-30
• 3.3.3 下变频和抗镜像设计30-33
• 3.3.4 直接鉴相解调设计33-35
• 3.3.5 频率偏移补偿35-37
• 3.3.6 位同步和判决37-38
• 3.3.7 比特流处理38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 低功耗蓝牙数字接收基带电路设计41-59
• 4.1 数字下变频模块设计41-42
• 4.2 滤波器模块设计42-50
• 4.2.1 定点仿真42-44
• 4.2.2 滤波器结构优化44-50
• 4.3 鉴相解调器模块设计50-51
• 4.4 频率偏移补偿模块设计51-54
• 4.5 位同步及判决54
• 4.6 比特流处理54-56
• 4.7 数字接收基带电路RTL仿真56-58
• 4.8 本章小结58-59
• 第五章 低功耗蓝牙4.0数字接收基带的验证测试59-71
• 5.1 数字接收基带FPGA验证平台设计59-61
• 5.2 数字接收基带功能验证61-65
• 5.3 性能测试及总结65-67
• 5.4 综合及资源分析67-69
• 5.5 本章小结69-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 攻读硕士学位期间发表论文79

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