基于GFSK调制的数字收发机的设计

发布时间：2017-04-14 04:07

  本文关键词：基于GFSK调制的数字收发机的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线通信系统是由发送设备、接收设备、无线信道三大部分组成的,利用无线电磁波,以实现信息和数据传输的系统。与有线通信系统相比,无线传输更加灵活。无线信号可以从一个发射器发出到许多接收器而不需要电缆。而数字收发机则是无线通信系统的核心部分。FSK调制是信息传输中使用较早的一种调制方式,其主要优点是:实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好,功耗较低。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。GFSK高斯频移键控调制是把输入数据经高斯低通滤波器预调制滤波后,再进行FSK调制的数字调制方式。它在保持恒定幅度的同时,能够通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽对已调信号的频谱进行控制,具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等无线通信系统所希望的特性。因此,GFSK调制解调技术被广泛地应用于数字收发机中。本论文的主要研究工作和成果概括如下:(1)调制方式采用GFSK直接调制的方式。即将数字信号经过高斯低通滤波后,再通过三阶Delta-Sigma调制器实现小数分频,最后将输出信号加在PLL频率合成器的VCO上完成调制。(2)编码方式采用(7,4)汉明码和CRC校验码相结合的方式。汉明码具有很好的纠错能力,CRC校验码则具有很好的检错能力。通过采用这样的编码组合方式可以有效的降低数字收发机的误码率。(3)抽取滤波器采用CIC梳妆滤波器加半带FIR滤波器级联的结构。CIC滤波器通过采用两级级联的方式来改善滤波性能。而在半带FIR滤波器的算法实现方面,在比较了多种滤波器实现算法的基础上,采用了最高效且适合本次ASIC设计的DA分布式算法,该算法极大地减小了数字收发机的综合面积。(4)设计通过采用微分型数字锁相环的方式来实现位同步。数字锁相环由数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF)、数字压控振荡器(DCO)三个部分组成。在同步过程中锁相环通过加减时钟的方式来实现同步,但这种方式的抗干扰性能较差。(5)设计通过采用门控时钟技术和可变时钟技术来降低功耗,采用看门狗技术来提高可靠性。这些技术的采用都在一定程度上提高了数字收发机的性能。整个设计经过MATLAB系统仿真、VerilogHDL RTL级代码编写、ModelsimSE RTL级代码前仿真、综合等过程。结果基本能够满足设计要求。
【关键词】：GFSK Delta-Sigma 数字锁相环 CIC 半带滤波器
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN859
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-18
• 1.1 研究背景及意义16
• 1.2 发展概况16-17
• 1.3 本论文的研究内容和组织结构17-18
• 第二章 整体结构介绍18-32
• 2.1 概述18-22
• 2.1.1 数字收发机的结构18-19
• 2.1.2 数字发送机的原理19-20
• 2.1.3 数字接收机的原理20-21
• 2.1.4 数字收发机的参数21-22
• 2.2 SPI总线22-23
• 2.2.1 SPI总线的概念22
• 2.2.2 SPI总线的数据格式和总线指令22-23
• 2.2.3 SPI总线的时序23
• 2.3 状态机23-25
• 2.3.1 状态机的概念23-24
• 2.3.2 收发机的状态机设计24
• 2.3.3 收发机状态图描述24-25
• 2.4 帧格式25-27
• 2.4.1 帧的概念25
• 2.4.2 帧的格式25-26
• 2.4.3 帧的设计26-27
• 2.5 低功耗的实现27-29
• 2.5.1 低功耗设计的意义27
• 2.5.2 常用的低功耗设计技术27-29
• 2.6 数字收发机可靠性提高29-30
• 2.6.1 看门狗概述29
• 2.6.2 看门狗的工作原理29-30
• 2.6.3 看门狗的设计30
• 2.7 本章小结30-32
• 第三章 数字发送机的设计结构及实现32-50
• 3.1 差错控制编码的设计原理32-33
• 3.2 （7,4）汉明码的设计33-37
• 3.2.1 （7,4）汉明码的构造原理33-34
• 3.2.2 监督矩阵H和生成矩阵G34-36
• 3.2.3 校正子（伴随式S）36-37
• 3.3 CRC校验码的设计37-38
• 3.3.1 CRC校验的原理37
• 3.3.2 CRC校验的代码实现37-38
• 3.4 高斯滤波器的设计38-42
• 3.4.1 高斯滤波器的原理及其结构38-40
• 3.4.2 高斯滤波器的MATLAB仿真40-42
• 3.5 Delta-Sigma调制器设计42-48
• 3.5.1 Delta-Sigma架构的基本原理42-44
• 3.5.2 Delta-Sigma调制器的设计结构44-48
• 3.5.3 Delta-Sigma调制的算法实现48
• 3.6 本章小结48-50
• 第四章 数字接收机的设计结构及实现50-70
• 4.1 CIC梳妆滤波器的设计50-56
• 4.1.1 CIC梳妆滤波器的原理及其设计结构50-52
• 4.1.2 CIC滤波器的MATLAB设计52-53
• 4.1.3 CIC滤波器的性能分析53-56
• 4.2 半带FIR滤波器的设计56-65
• 4.2.1 半带FIR滤波器的原理56-58
• 4.2.2 半带FIR滤波器的算法实现58-63
• 4.2.3 半带FIR滤波器的MATLAB设计63-64
• 4.2.4 半带FIR滤波器的代码生成64-65
• 4.3 位同步的实现65-69
• 4.3.1 数字锁相位同步环原理65-67
• 4.3.2 微分型位同步的实现67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第五章 数字收发机的仿真与分析70-78
• 5.1 数字收发机的整体仿真70-73
• 5.1.1 SPI总线的仿真70
• 5.1.2 帧结构的仿真70-71
• 5.1.3 低功耗仿真71
• 5.1.4 看门狗仿真71-72
• 5.1.5 数字收发机的性能参数72-73
• 5.2 数字发送机的仿真73-74
• 5.2.1 CRC校验的仿真73
• 5.2.2 高斯滤波器的仿真73-74
• 5.2.3 Delta-Sigma的仿真74
• 5.3 数字接收机的仿真74-76
• 5.3.1 CIC梳妆滤波器的仿真74
• 5.3.2 半带FIR滤波器的仿真74-75
• 5.3.3 数字锁相环的仿真75-76
• 5.3.4 数字接收机FIFO的仿真76
• 5.4 综合结果76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 参考文献80-82
• 致谢82-84
• 作者简介84-85

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本文编号：305159