基于zigbee协议的soc芯片数字基带系统设计与实现

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1、中图分类号：TN47论文编号：102870412-S013学科分类号：080902硕士学位论文基于ZigBee协议的SoC芯片数字基带系统设计与实现研究生姓名穆屹峰学科、专业电路与系统研究方向数字系统设计与计算机应用指导教师吴宁教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一二年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringDesignandImplementofth

2、eDigitalBasebandSysteminSoCChipBasedonZigBeeProtocolAThesisinElectronicsCircuitandSystemEngineeringbyMuYifengAdvisedbyProfessorWuNingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2012承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所

3、知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其它个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要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

4、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-

5、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VerilogHDL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

6、基础。关键词：无线传感器网络，ZigBee，SoC芯片，数字基带系统，CSMA/CAi基于ZigBee协议的SoC芯片数字基带系统设计与实现ABSTRACTZigBee,asthecommunicationstandardforwirelesssensornetworkswithfeaturesoflowpowerconsumption,lowcostandlowdatarate,hasbecomearesearchandapplicationhotspotcurrently.SodesigningaZigBee-basedchipha

7、sgreatsignificancetotheresearchanddevelopmentofwirelesssensornetwork.TheworkofthisthesisistodesignthedigitalbasebandsysteminaSoCchipbasedonZigBeeandcompletethefunctionalsimulation.Firstly,basedonanalysisofthesystem’sroleintheSoCchip,thispaperdividesthedigitalbasebandsyst

8、emintomodulesincludingdatatransmissionmodule,framecontrolmodule,CSMA/CAmodule,systemcontrolmodule,busco