基于GFSK调制的数字收发机的设计

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。
　　本研究主要内容包括：⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。⑸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。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2发展概况

1.3本论文的研究内容和组织结构

第二章 整体结构介绍

2.1概述

2.2 SPI总线

2.3状态机

2.4帧格式

2.5低功耗的实现

2.6数字收发机可靠性提高

2.7本章小结

第三章 数字发送机的设计结构及实现

3.1差错控制编码的设计原理

3.2 （7,4）汉明码的设计

3.3 CRC校验码的设计

3.4高斯滤波器的设计

3.5 Delta-Sigma调制器设计

3.6本章小结

第四章 数字接收机的设计结构及实现

4.1 CIC梳妆滤波器的设计

4.2半带FIR滤波器的设计

4.3位同步的实现

4.4本章小结

第五章 数字收发机的仿真与分析

5.1数字收发机的整体仿真

5.2数字发送机的仿真

5.3数字接收机的仿真

5.4综合结果

5.5本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

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