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本论文基于中国家庭网络标准产业联盟(e家佳)的《家庭控制子网通讯协议规范》,在863子课题《家庭网络核心SoC平台2》的支持下,开展无线通信接口芯片IP的关键技术与硬件实现方案研究。该无线通信接口芯片IP是家庭网络核心SoC平台中的一个重要IP,承担家庭控制子网网关、移动控制终端与室内智能家电之间的无线通信功能。本IP依据的协议规范是我国在参考和对比了国际上现存的各种家庭网络构架的基础上提出的具有自主知识产权的通信协议,目前国内外还没有完全针对该应用的无线通信硬件IP或SoC芯片,因此本课题的研究工作对该产业联盟的家庭网络标准的推广具有重要意义。
本无线通信接口芯片IP包括发射和接收两部分功能,论文的研究工作主要涉及以下几个方面:
1、宽带数字中频收发机体系结构的设计;
2、2FSK调制解调器(Modem)、数字上变频器(Digital up Converter,DuC)、数字下变频器(DigitalDown Converter,DDC)三大子系统的系统建模,关键算法及其改进算法的验证:
3、2FSK Modem、DuC、DDC及其子功能模块(数控振荡器、内插器、抽取器等)的设计实现与功能验证;
4、无线通信收发机SoC验证平台的设计与实现(包括MCU和硬件MAC);
5、以FPGA作为系统实现方式,完成无线通信接口芯片数字系统IP(包括MCU、MAC、Modem、DUC、DDC)的硬件原型机设计。
论文取得的成果如下:
1、实现了基于自主知识产权的家庭控制子网无线通信协议规范的2FSK基带信号调制解调器(Modem)和数字上/下变频器(DLC/DDC);
2、提出了在高层数字系统模型中确定系统量化精度的改进方法,通过提前将量化因素考虑在内、由特定算法确定量化精度的方法,改进了数字系统的设计流程,减少了因量化导致的系统性能不能满足设计要求而带来的设计过程反复,加速了系统设计过程;
3、通过优化算法,精心设计系统、子系统及其主要功能模块的硬件结构与VLSI实现,进行优化设计后,硬件资源节省33%~50%;
4、提出了一种基于CORDIC算法,采用全新的噪声消除技术,结合多个可配置域值和保护参数的全数字2FSK解调系统结构,该解调器避免了设计难度较大、占用资源较多的数字带通滤波器,具有较好的抗噪声能力。当中心频率f<,0>=1MHz,频偏f<,d>=0.1MHz,信噪比SNR=1dB时,该2FSK解调器的误码率为0.01%。通过扩展,该方案也可以应用于PSK解调系统。