无线传感器网络SoC的研究与设计

论文摘要

无线传感器网络(WSNs)是计算、通信和传感器这三项技术相结合的产物，是微机电系统(MEMS)、片上系统(SoC)和无线通信技术三者高度集成而孕育出的一新型信息获取和处理模式。为了克服传统传感器节点在功耗、体积和成本上的缺点，本文基于现有的射芯片Spruce，选择低功耗的微处理器MSP430F1161，设计了一种功耗低、体积的片上系统来作为传感器节点。Spruce具有很低的功耗，但是其基带的处理能很弱，所以论文的重点是对射频芯片上基带功能的改进和完善。为了提高数据输的可靠性，经过详细的理论分析和仿真后，确定在基带上运用RS码进行纠错码。为了有效地抵抗干扰，基带上还增加了扩频模块，经过详细地分析和比较，择了直接序列扩频的方式，并选用Gold序列作为扩频码。Spruce原有的GFSK制速率高，频谱特性好，但是在低信噪比下系统性能会变差，所以就在基带上加了性能更好的QPSK调制，其在低信噪比下也能很好地工作，并且频带利用效比较高。基带上QPSK与GFSK协调使用，系统将根据实际的传输环境来决定选其中的一种方式，这样SoC上就实现了可配置的多模调制方式。论文中对每个块都设计了详细的实现方案，并用FPGA进行了实现，验证了模块功能和时序的确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外现有的节点平台及 SoC 芯片
• 1.2.2 国内片上系统的研究现状
• 1.3 论文的主要工作及内容安排
• 1.3.1 论文的主要工作
• 1.3.2 论文的内容安排
• 第二章 片上系统的总体设计方案
• 2.1 片上系统设计时的低功耗考虑
• 2.2 系统的总体设计方案
• 2.2.1 处理器的选择
• 2.2.2 射频芯片 Spruce
• 2.2.3 总体方案
• 第三章 基带上纠错编码的设计及实现
• 3.1 纠错码的选择以及参数的确定
• 3.1.1 几种常用纠错码的性能分析
• 3.1.2 纠错码的选择
• 3.1.3 编码参数的确定
• 3.2 RS（15，11）编解码的 FPGA 实现
• 3.2.1 RS（15，11）编码的原理及实现
• 3.2.2 RS（15，11）解码的实现方案
• 3.3 本章小结
• 第四章 基带上多模调制的设计及 FPGA实现
• 4.1 调制方式的选择
• 4.1.1 多模调制的必要性
• 4.1.2 几种常见调制方式的性能
• 4.1.3 片上系统的调制方式选择
• 4.2 调制和解调模块的实现
• 4.2.1 调制模块的 FPGA 实现
• 4.2.2 解调模块的 FPGA 实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 基带上扩频的设计及实现
• 5.1 扩频方式的选择
• 5.1.1 扩频的必要性
• 5.1.2 几种常用扩频方式的性能比较
• 5.1.3 片上系统扩频方式的选择
• 5.2 扩频码的设计
• 5.2.1 扩频码选择的标准
• 5.2.2 常用扩频码的性能分析
• 5.2.3 扩频码的选择及参数设计
• 5.3 直接序列扩频的 FPGA 实现方案
• 5.3.1 Gold 序列的产生
• 5.3.2 直扩的实现
• 5.3.3 解扩的实现方案
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献