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标题: 802.15.4a背景下采用CSK及相关技术的数字图像/语音传输系统 [打印本页]

作者: porereading 时间: 2014-12-17 21:03 标题: 802.15.4a背景下采用CSK及相关技术的数字图像/语音传输系统

摘要
本项目在IEEE802.15.4a标准背景下，实现采用Chirp信号传输数字语音和图像等信息的通信系统。Chirp信号本身是一个宽频信号，它具有抗干扰性强，易于产生等特点，近年来在通信领域中受到越来越广泛的关注。但是目前的研究大多停留在理论层面，Chirp通信系统的具体实施研究的还比较少。本项目计划参照IEEE802.15.4a标准提出的物理层技术，实现基础的简化Chirp信号通信系统。主要实施方案包括两个阶段，第一阶段实现基础的CRM通信系统，第二阶段实现IEEE802.15.4a标准中提出的DQCSK调制及相关技术。最终在该系统中实现数字语音和图像信息的收发传输。该系统的硬件实现对于Chirp通信系统的理论研究有重要意义。

1.2研究目的和意义
近年来无线通信技术的发展日新月异，总的来看有两条主线：一条以话音业务为主，从2G、3G及B3G向宽带移动数据通信发展的电信业务技术为主线；另一条以计算机数据通信网络为主，从无线个域网、无线局域网及城域网向下一代网络NGN发展的IT业务技术主线(也可以说是以IEEE802的无线网络技术标准为主要代表的路线)。前者主要面向高速移动的用户，所采用的技术比较复杂，成本较高；而后者原来主要是面对以计算机或者笔记本电脑为主，并不需要高速移动的用户，其所采用的技术多为免申请牌照的、低成本的无线通信技术，在性价比方面具有一定的优势，因而受到人们的普遍关注。

由于成本，可实现性等原因，第二种技术也更加适用于作为我们电子设计大赛的选题。

IEEE802无线标准工作组自IEEE802.11无线局域网标准发布以来，后来又有蓝牙，紫蜂，超宽带，Wimax等新技术出现，该组织也发展成为集无线局域网(WLAN)，无线个域网(WPAN)，无线城域网(WMAN)及高速宽带移动无线接入(MBWA)在内的门类齐全的无线通信网络技术标准化组织。这些标准中，Wimax，蓝牙等标准确定较早，目前的研究也比较成熟和完善。而802.15.4a标准是2006年底才正式公布的，相关研究还不够完善，因此该标准的物理层技术实现是非常有必要和有意义的。

本报告的第二部分中，我们将给出802.15.4a标准的简介；在第三部分，介绍了本项目的基本原理，即CSK技术实现的详细步骤；第四部分，结合本项目目标制定了具体的实现计划，最后给出了目前已实现的代码情况。

2802.15.4a标准简介
自2002年11月，IEEE开始酝酿建立基于UWB的低速WPAN物理层标准IEEE 802.15.4a。目的在于提供比802.15.4更高的传输速率、更低的功耗、更远的距离、更低的价格，尤其强调了精确的测距和定位能力。2003年7月，研究工作组SG4a正式成立并开始广泛征集相关信息。至2005年1月，总共收到26个标准提案。为避免出现类似802.15.3a标准那样的无法最终确定全球统一标准的僵局，提案各方经过磋商，于2005年3月形成了一个融合多家提案的基本纲要。在这份纲要中，包括两个可选的物理层：工作于3.1GHz～10.6GHz免授权频段的UWB脉冲无线电技术和工作于2.4GHz免授权频段的线性调频扩频(CSS, Chirp Spread Spectrum)技术。2006年10月，IEEE委员会在802.15.4a的物理层草案中进一步把CSS技术列为标准。

线性调频扩频技术采用Chirp信号进行通信，最早由M. R. Winkler于1962年提出，该方式将信息调制在线性调频率 (CR, Chirp Rate)上，整个系统基于模拟技术实现。1973年，Berni和Gregg进一步讨论了Chirp Rate调制(CRM)在误码率、传输速率、频带利用率等方面的性能，认为CRM的误码性能优于FSK而比PSK差。1994年，Ywh Ren Tsai等进一步分析了在Rayleigh和Rician衰落信道下采用Chirp信号抗多径干扰的可行性。此外，为了进一步提高通信容量和性能，人们还研究了基于Chirp信号的多用户通信、混合扩频通信等。

近几年，由于Chirp信号在抗多径，多普勒频移方面的一些优良特性和它本身具有的扩频特征，Chirp信号在民用无线通信领域的应用也得到广泛研究，利用SAW器件实现的CSS WLAN通信系统可实现67Mbps的高速率，且具有低成本、低复杂度、低功耗等特点。随着SAW技术的发展，SAW器件己经可以工作在GHz的射频频段，而且可以在更短的时间内扫描更宽的频段，实现射频和基带间的信号检测和解调。通过增加Chirp信号的带宽和减小时间宽度，CSS技术同样可以应用于高速的UWB无线通信系统。在实际的扩频通信系统中，已经可以利用SAW滤波器产生和检测中心频率为5.6GHz，部分带宽达到50%的Chirp信号能够满足FCC对UWB工作频段和带宽的要求。因此，Chirp信号可以作为一种新的UWB信号，应用于高速的UWB无线通信系统中，实现高速数据通信，同时又能满足精确定位的要求。

总的来说，CSS技术除了具有传统扩频技术如直序列扩频(DSSS)，跳频扩频(CFHSS共同的优点，即抗衰落能力强，抗截获能力强，处理增益大等，还具有功率谱密度低，抗频偏能力强，传输距离远，系统功耗低等特点。这些特点使得CSS技术能满足现在室内通信对系统提出的发射功率低、通信可靠稳定性好、抗干扰能力强、系统电池持续时间长等要求。

作者: 我是MT 时间: 2015-1-6 09:11

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