WSN無線射頻收發(fā)機(jī)數(shù)字基帶的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network WSN)具有廣闊的市場應(yīng)用前景，但是傳感器節(jié)點(diǎn)的尺寸、成本和功耗限制了其大規(guī)模應(yīng)用，其低成本低功耗設(shè)計(jì)的瓶頸在于射頻收發(fā)機(jī)，而數(shù)字基帶作為射頻收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵模塊，一直是無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文研究了WSN的特點(diǎn)和應(yīng)用需求，并完成了以下工作。
　　首先，通過研究WSN相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、國內(nèi)外文獻(xiàn)以及商用芯片的技術(shù)特點(diǎn)，確定了數(shù)字基帶的設(shè)計(jì)規(guī)范和射頻收發(fā)機(jī)的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上

2、提出了數(shù)字基帶的體系結(jié)構(gòu)。
　　其次，在研究了高斯移頻鍵控調(diào)制（Gaussian Frequency Shift Keying GFSK）和壓控振蕩器（Voltage Control Oscillator VCO）開環(huán)調(diào)制發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了基于查找表的數(shù)字基帶調(diào)制器結(jié)構(gòu)，該調(diào)制器用于實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的GFSK調(diào)制，產(chǎn)生的模擬GFSK信號(hào)直接調(diào)制VCO輸出頻率，結(jié)構(gòu)簡單，功耗和成本均較低。
　　接著，在研究了采用低中頻接收

3、機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了基于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)（Time-to-Digital ConverterTDC）的數(shù)字基帶解調(diào)器結(jié)構(gòu)。該解調(diào)器同時(shí)具有模擬解調(diào)器的簡單性和數(shù)字解調(diào)器的穩(wěn)定性，在保證解調(diào)性能的同時(shí)，降低了系統(tǒng)的成本和功耗。此外，通過分析信道噪聲等因素對信號(hào)的影響，提出了解調(diào)器的誤碼率理論分析模型，證明設(shè)計(jì)方案的可行性，同時(shí)為信道選擇濾波器的設(shè)計(jì)起到了指導(dǎo)作用。
　　然后，在研究了數(shù)據(jù)幀格式、擴(kuò)頻方式和總線接口類型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)

4、了處理器接口模塊，該模塊負(fù)責(zé)微處理器與數(shù)字基帶之間的通信。
　　最后，在上述研究的基礎(chǔ)上，基于0.18um CMOS工藝，完成了數(shù)字基帶的電路設(shè)計(jì)和版圖實(shí)現(xiàn)，總功耗為3.24mW，版圖面積為0.395mm2，滿足WSN低成本低功耗的設(shè)計(jì)要求。仿真結(jié)果表明，數(shù)字基帶調(diào)制器輸出信號(hào)的信雜比在頻偏2MHz和3MHz范圍內(nèi)分別達(dá)到40dBc和60dBc以上，解調(diào)器在信噪比為10.8dB時(shí)滿足BER<0.1％的性能要求，處理器接口電路能保證