基于ZigBee协议的SoC芯片数字基带系统设计与实现

摘要

ZigBee协议作为无线传感器网络的通信规范，具有低功耗、低成本、低数据率的特点，已经成为当前的一个研究和应用热点。因此，研制基于ZigBee协议的芯片对于无线传感网络技术的研究与发展具有重要意义。本课题的主要工作是设计与实现基于ZigBee协议的SoC芯片的数字基带系统，并完成功能仿真验证。
　　论文首先分析了数字基带系统在SoC芯片中的作用，对数字基带系统进行了模块划分，包括数据传输模块、帧控制模块、CSMA/CA模块、系统控制模块、总线控制模块、FIFO与寄存器管理模块和时钟管理模块等，提出了系统的总体设计方案。针对数据传输模块采用的直接序列扩频和O-QPSK调制技术，设计了调制解调方案。Matlab仿真结果显示，在信噪比为0dB条件下，系统误码率接近10-4，满足ZigBee协议对性能的要求。论文研究了基带中的CSMA/CA算法，针对其中BE初始值固定和NB值线性增加的不足，提出改进方法，并在NS2下完成验证。结果表明，改进后的算法与原始算法相比，在网络负载较重时，网络的吞吐量及能耗得到了较大的改善。
　　论文采用Verilog HDL实现了数字基带的各模块，完成了整个数字基带系统RTL级结构的设计。为了验证设计的正确性，基于Modelsim平台完成了对各模块和整个系统的功能仿真。仿真结果表明，各模块设计正确，系统功能符合设计要求。最后，论文给出了系统的FPGA验证方案，作为进一步验证基带系统的基础。

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图表清单

缩略词

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容和章节安排

第二章 SoC芯片数字基带系统的总体设计

2.1基于ZigBee协议的SoC芯片

2.2数字基带系统的设计方案

2.3本章小结

第三章 数字基带系统调制解调方案设计

3.1直接序列扩频与O-QPSK调制原理

3.2数字基带系统的调制解调方案

3.3 调制解调方案的仿真

3.4 本章小结

第四章 CSMA/CA算法研究与改进

4.1 CSMA/CA算法流程概述

4.2 CSMA/CA算法的改进

4.3改进算法仿真与结果分析

4.4 本章小结

第五章 数字基带系统的实现

5.1 数据传输模块实现

5.2 帧控制模块实现

5.3 CSMA/CA模块实现

5.4 系统控制模块实现

5.5 总线控制模块实现

5.6 数据FIFO管理模块实现

5.7 寄存器管理模块实现

5.8 时钟管理模块实现

5.9 本章小结

第六章 数字基带系统的功能验证

6.1功能验证概述

6.2 关键模块的功能仿真

6.3 系统功能Modelsim仿真

6.3 系统FPGA验证方案

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录1 数字基带系统各寄存器地址及定义