BLE数字基带收发电路的研究与设计

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1、工程硕士学位论文BLE数字基带收发电路的研究与设计作者姓名刘嘉工程领域集成电路工程校内指导教师蔡敏教授校外指导教师麦炎全高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月ResearchandDesignofBLEDigitalBasebandTransceiverCircuitADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuJiaSupervisor：Prof.CaiMinSeniorEngineer:MaiYanQuanSouthChinaUniversityo

2、fTechnologyGuangzhou,China摘要随着人工智能和物联网的发展，短距离、低功耗通信方式具有广阔的应用前景，BLE凭借其低复杂度、低成本、超低功耗等特性成为最具优势的短距离通信方式，其收发电路也成为研究的热点。本文设计了一款BLE(BluetoothLowEnergy)数字基带收发电路，重点研究了调制和解调模块的设计。论文从GFSK调制解调的基本原理出发，制定整体收发系统的实现方案，完成了收发电路的设计。主要工作包括：通过MATLAB建模仿真对收发系统的算法进行优化，进行性能分析，确保算法达到设计要求。对调制解调系统

3、进行RTL级电路的设计和优化，以及对RTL仿真结果进行分析，确保符合设计要求。改进了频偏估计模块，提高了系统的抗频偏能力，对判决模块进行了改进，提高了系统的抗干扰性能。改进了三角变换模块，减少了资源消耗。在频偏估计模块，通过卡尔曼滤波器滤除带内噪声，卡尔曼滤波器的追踪特性契合频偏随时间变化的特点，提高了频偏估计的精度。判决电路使用均衡器减少了码间干扰，提高了系统性能。在三角变换模块，采用基于NCO的查表法，减小了ROM表的大小。采用相关器结构实现位同步和帧同步，使用拆分法和替代法，在不降低性能的前提下，降低了同步模块的复杂度和资源消耗

4、，同时采用延迟机制提高了接入码的检测性能。论文最后对所设计的电路进行了功能验证和DC(DesignCompiler)综合。结果表明，在13MHz系统时钟，信噪比10dB条件下，本文设计的BLE数字基带接收电路可以正确解调发送电路输出的已调信号，误码率小于0.1%，改进后的频偏估计电路和判决电路提高了抗频偏性能，允许载波频偏-247kHz~200kHz，调制频偏偏移-120kHz~175kHz。三角变换模块比传统电路节省了60%的硬件资源。关键词：BLE；GFSK；调制；解调IAbstractWiththedevelopmentofar

5、tificialintelligenceandInternetofthings,theshort-rangeandlow-energycommunicationhavebroadapplicationprospects.BLEbecomesthemostcompetitiveofshort-rangewirelesscommunicationduetoitslowcomplexity,lowcost,lowpowerconsumptionandsoon.Therefore,BLEtransceivercircuithasbecomea

6、researchhotspot.ABLEdigitalbasebandtransceivercircuitisdesignedinthisthesis,andthedesignofmodulationanddemodulationmodulesisthekeyresearchobject.OnthebasisoftheprincipleofGFSKmodem,therealizationschemeofthewholetransceiversystemisestablished,andIcompletethedesignofthetr

7、ansceivercircuitinthepaper.Themainworksincludeasbellow:thealgorithmoptimizationofthetransceiversystem,MATLABmodelingandsimulation,performanceanalysis,thedesignandoptimizationoftheRTLcircuitandtheanalysisoftheresultsoftheRTLsimulation.Thefrequencyoffsetestimationanddecis

8、ioncircuitareimprovedforthesystemperformance,andthecomplexityofthecircuitandtheresourceconsumptionarealsoimpro