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。
3系统原理
CSK(Chirp Shift Keying)调制在IEEE802.15.4a协议中说明为调制子Chirp信号序列相位的一种技术。其中子Chirp信号序列由调频率不同的四段子Chirp信号组成。一般他们的调频率取为k或者-k。事实上，最早针对Chirp信号提出的线性调频率调制(CRM, Chirp Rate Modulation)就是用调频率为k和-k的信号分别代表二进制数据0和1，CRM技术是CSK技术的基础。
本项目计划按照由易到难的顺序实现如下两个方案，其中第一个方案是采用 CRM的通信系统，主要目的是实现Chirp信号的产生，不同调频率的控制以及相关接收模块等。在第一个方案的基础上，实现第二种方案：IEEE802.15.4a标准提出的差分CSK调制通信系统。下面，对两个方案分别介绍。
3.1基础CRM通信系统
本方案采用二进制调制方式，不同的Chirp Rate，即 对应于二进制数据{0，1｝。接收端采用相关接收。系统框图如图1 所示，
图1 CRM发射接收系统框图
3.2IEEE802.15.4a标准物理层技术实现
本实施方案实现802.15.4a标准中基于DQCSK调制和解调的物理层技术的实现。
在官方公布的802.15.4a标准正文的第五章和第六章详细介绍了该标准的物理层技术，第五章是对Chirp扩频技术的简介;第六章是关于物理层技术的详细介绍，包括频段的划分，子频带的分割等，以及所采用的调制方式，可以实现的数据速率等。
系统的参考调制框图如图2所示。
图 2 系统调制框图
注：上图中的虚线模块表示在本次参赛计划中可选模块。
下面我们分别说明图中各个功能模块的具体实现方案
分路(De-multiplexer, DEMUX)
这一模块的作用是将串行的一路数据分为I，Q两路。
数据符号向双正交码字的映射
下面我们给出详细的数据符号向双正交码字的映射关系表。这里只列出8-ary双正交码字的映射表为例进行说明，64-ary的也是类似的。
差分编码的原理可以用如下的公式来表示：
其中
是DQPSK编码的输入，
是存储在反馈寄存器中的值。在802.15.4a协议中，差分编码采用4级反馈寄存器，每个寄存器的初始值为π/4
DQPSK到DQCSK的调制
在CSS系统中，子Chirp序列的组合方式有如下的四种可能：
图 2 子chirp序列的四种组合方式
图 3 四个子chirp序列对之间的四种不同的时间间隔
4实现方案、计划及目标
以System Generator和ACCelDSP进行核心算法的设计，实现“CSK Generator”模块的功能，其余功能模块采用VHDL语言设计。采用精简的MicroBlaze设计发射、接收机中央控制单元，完成对各外设、片上周边设备进行控制、调度，实现各通信接口功能、通信协议。
4.1用DDS产生调制Chirp信号的两种方案
直接储存Chirp信号点，以固定时钟频率输出，则调频率k的绝对值固定。以不同的读取位置为读取方向来改变扫频范围。
存储正弦波形，使用PicoBlaze(或MicroBlaze)微处理器控制DDS输出频率，得到不同调频率k的Chirp波形。
4.2接收机方案
有关接收机的标准在802.15.4a协议中没有规定，这里针对不同的实验条件制定两种方案：
采用传统的相关接收方式，完成基本的单路接收、解调工作;
采用分数傅里叶变换域处理手段，设计分数域滤波器，完成滤波、抗干扰等工作，进一步提高系统性能。(备选)
5已有代码
5.1Chirp信号的产生
图 4 PicoBlaze控制DDS输出频率的System Generator建模
图 6 PicoBlaze控制DDS输出频率仿真结果
5.2CSK 3-4映射模块
