1、课题来源与背景： 课题来源黑龙江省教育厅面上项目。 目前基于IEEE 802.15.4协议的网络得到了广泛的应用，在智能家居和无线传感器网络的数据采集和控制等方面渗透于人们的生活。同时TI，Altera等公司也发现了IEEE 802.15.4网络应用的巨大市场，纷纷开拓物联网领域的建设，不断对生产符合IEEE 802.15.4协议的芯片。如TI公司生产的CC2430，CC2530及CC2630等，并不断对协议栈和设计进行优化，以期使网络能够应对更加复杂的环境，获得更加广泛的应用。 2、研究目的与意义： 基于ZigBee的无线定位问题的研究在国内才刚刚起步，主要还处于利用国外芯片应用开发上面。国外在硬件芯片、协议栈、软件配套、定位算法理论研究上都实现了产品化。不过在实际应用中，因各种外部环境的限制，如信道噪声类型、环境物理特性等，导致许多已有算法存在某些缺陷，有待进一步改进。基于ZigBee规范的芯片组目前还主要应用于无线传感器网络方面，对无线定位功能及系统设计还缺乏有效手段。即使是目前具有无线定位功能的CC2431或CC2531芯片，在无线定位精度和无线定位系统应用中还有诸多不完善的因素。本项目拟在FPGA芯片内部，基于SOC设计方法，设计符合ZigBee物理规范的嵌入式无线传感器网络定位系统。将对无线传感器网络数字基带系统、信道波形脉冲整形、无线定位算法的SOC设计展开研究。为全面提升无线传感网的定位精度和定位功能的电子系统片上系统设计提供实践案例和理论依据。 3、主要论点与论据： 本设计完成的IEEE 802.15.4可编程数字基带具有更好的信道适应性、抗噪声能力等优点，实验表明GMSK的功率谱密度随频率的增长可稳定在-150dB附近，信号旁瓣衰减较快，信号主要集中在低频端，同时带宽更窄。由于使用的GMSK调制和高斯波整形技术并不会过多增加设计的资源，仍可保持现有IEEE 802.15.4芯片的小芯片面积优势，改进信道脉冲波形整形滤波器设计，采用高斯波形整形使其更适合于无线定位应用；基于IP核无线定位算法的SOC一体化设计，可移植性和可扩展性好，便于二次开发，适用于无线空间位置侦测和定位。 4、创见与创新： 设计首先使用SystemVue进行仿真，首先完成各模块的仿真，然后将各个模块整合并进行时序的整理，最后对输出波形进行分析。仿真实现后，通过使用Quartus II对系统进行FPGA实现，最终在使用了EP2C35F672C6的DE2开发板上进行实现，最终完成整个系统的设计。具体工作如下： 本设计在可编程化思想的前提下，使用串并转换和并串转换模块，直序扩频解扩模块，GMSK调制解调模块和高斯波整形逆整形模块等作为基础技术模块。同时设计了一种改进的快速鉴相算法，提升同步完成的速度。 本次设计使用的GMSK调制解调技术相比于传统IEEE 802.15.4数字基带中使用的OQPSK调制解调技术，没有相位突变，调制抗干扰能力更强，频谱紧凑，并且具有良好的误码特性。但是其在进行解调时必须使用相干解调方式，会使功耗大大增加。所以，根据可编程思想，根据环境需求进行适配。当环境对低功耗要求较高时，选用可进行非相干解调的OQPSK调制解调技术；当环境有稳定的供电系统，且信道环境较为恶劣时，可使用GMSK调制解调技术。 设计使用的高斯波整形技术相比较于传统数字基带中使用的半正弦波整形而言，在以高斯信道为代表的众多信道中，高斯波信号具有对信道的适应性更为优秀，信号噪声比、能量分辨率更高。同时，高斯波整形并不会过多增加系统的复杂度，只是将原有半正弦波整形中用来做整形的半正弦波变换为高斯波信号即可；同样，设计使用可编程设计思想，在信道更适宜正弦波信号传输时，依旧使用半正弦波整形技术。 设计使用可编程思想使用户对数字基带的调制解调和波形整形等技术进行自主适配，使网络可得到网络环境下的最优配置，做到系统的可迁移、可定制化。 本次设计提出了一种可编程的IEEE 802.15.4数字基带设计方案，同时也为以后的工作指出方向： (1) 系统不能根据环境进行自适应处理。若能使系统自行判断信道的特性及电力供给是否充足，则可以智能的对个参数进行适配，避免人员操作的复杂处理。 (2) 现有系统均为固化设计，将系统生成为IP核，可方便使用人员的开发利用。 5、社会经济效益，存在的问题： 本设计对系统的智能化和可移植化有较大贡献。最终可形成便于专业人员二次开发利用，非专业人员也能进行简单操作的便利系统。对IEEE 802.15.4网络的发展和应用有着重要意义。

齐齐哈尔大学

该项目为储备库项目资源，暂无效益分析内容。