Tìm hiểu và thiết kế khối điều chế giải điều chế số cho chip Zigbee và thử nghiệm trên FPGA - Luận văn Điện tử, Đại học Bách Khoa

 

Luận văn tốt nghiệp đại học

LỜI CẢM ƠN
Qua 4 năm học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Bách Khoa, với lòng biết ơn
sâu sắc của mình, chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của toàn thể các
thầy cô giáo trong bộ môn Điện Tử - Viễn Trường đã giảng dạy và hướng dẫn chúng em
trong suốt quá trình học tập.
Chúng em xin dành một lời cảm ơn đặc biệt cho TS. Huỳnh Phú Minh Cường,
người đã hướng dẫn em thực hiện luận văn này. Cảm ơn thầy đã cho em được thực hiện
luận văn trong phòng lab RFIC và cho em sử dụng các thông tin, dữ liệu trong phòng lab
để em có thể báo cáo luận văn này.
Chúng em xin cám ơn các anh trong lab đã hướng dẫn, hỗ trợ em nhiệt tình trong
lúc học tập, nghiên cứu tại phòng lab. Cảm ơn anh Bảo đã chia sẻ cho em nhiều kiến
thức. Đồng cảm ơn mọi người trong lab đã tạo một môi trường làm việc thoải mái, giúp
đỡ lẫn nhau để phát huy tốt nhất.
Cuối cùng nhưng quan trọng nhất, chúng con xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã
luôn động viên con cố gắng và cho con những gì tốt nhất. Nếu không có sự động viên và
giúp đỡ từ mọi người, chúng con đã không thể hoàn thành luận văn này.

 Nhóm sinh viên thực hiện,
 Nguyễn Quang
Quang Thắng.
Vũ Đỗ Minh Tuấn.

GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang i

 

Luận văn tốt nghiệp đại học

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Chuẩn không dây Zigbee với chất tiêu tốn ít năng lượng, khoảng cách truyền tải xa
và đặc biệt là mô hình Network rất lớn đang ngày càng tỏ ra ưu thế trong lĩnh vực truyền
tải tín hiệu điều khiển, thu thập dữ liệu từ cảm biến, xây dựng các hệ thống cảm biến
không dây và IoT (Internet of Things).
Hai khối quan trọng trong chip Zigbee đó là khối điều chế và giải điều chế số,
cùng với một số khối khác sẽ tạo thành lớp PHY và lớp MAC trong giao thức Zigbee,
được định nghĩa theo chuẩn IEEE 802.15.4. Luận văn tập trung nghiên cứu hai khối này
 bằng cách xây dựng
dựng hệ thống mô phỏng trên MATLAB,
MATLAB, SIMULINK sau
sau đó thiết kế
kế bằng
ngôn ngữ Verilog. Xây dựng một hệ thống nhúng để kiểm tra kết quả thiết kế trên kit
FPGA cyclone III, sử dụng DAC của HSMC card để hiện thị dạng sóng lên dao động kí,
và dùng ADC để lấy tín hiệu ngược lại. Toàn bộ hệ thống nhúng kiểm tra được điều
khiển bằng NiOS II soft-processor

 Key words: Zigbee, IEEE 802.15.4, FPGA cyclone III, HSMC AD/DA card, NiOS

II embedded system
SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n

 Đỗ  Minh

Trang ii


 

Luận văn tốt nghiệp đại học

ABSTRACT
Zigbee wireless standard with low energy consuming nature, remote transmission
distance and especially the very large network models, is strongly developing in the field
of transmissing control signals, wireless sensor network systems and IoT (Internet of
Things).
Two important blocks in Zigbee chip are modulation block and demodulation
 block, along with some other blocks form the PHY layer and MAC layer protocol in
Zigbee, which is defined by the IEEE 802.15.4 standard. Thesis focused on these two
 blocks by building simulation systems in MATLAB, SIMULINK then designed Verilog
models. An embedded system is also conducted to check the design results on the kit
cyclone III FPGA. This system use DAC in HSMC card to display the waveform on
oscilloscope, and use ADC to get the signal back. The overall system is control by NiOS
II soft processor.

 Key words:  Zigbee,

IEEE 802.15.4, FPGA, cyclone III, HSMC AD/DA card,

 NiOS II embedded
embedded system.
GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 

ng
ườ ng

Trang iii


 

Luận văn tốt nghiệp đại học

TÓM TẮT QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN
Luận văn được thực hiện trong 15 tuần dưới sự hướng dẫn của TS. Huỳnh Phú
Minh Cường và được thực hiện tại RFIC Lab 111B3.
Từ lúc nhận đề tài đến lúc hoàn thành trong 15 tuần với công việc cụ thể như sau:
Tuần

Thời gian

Công việc

1

22 – 27/8

2

28 -3/9

3

5 -10/9

5

12 – 17/9

6

19/9 – 24/9

7

26/9 – 1/10

8

3 – 8/10

9

10 -15/10

10

17 -22/10

11

24 -29/10

12

14 -19/11

13

21 -26/11

14

5 -10/12

Thiết kế hệ thống nhúng kiểm tra trên kit Cyclone 3

15

12 -23/12

Tổng hợp và viết quyển báo cáo.

Tiềm hiểu chuẩn 802.15.4, Zigbee

Thiết kế MẢTLAB và SIMULINK

Thiết kế RTL code

Kiểm tra thiết kế RTL bằng ModelSim
Kiểm tra thiét kế RTL trên FPGA

 Nhóm sinh viên thực hiện,

 Nguyễn Quang
Quang Thắng.
Vũ Đỗ Minh Tuấn.

SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang iv


 

Luận văn tốt nghiệp đại học

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................
ƠN.....................................
...........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..................
.....I
TÓM TẮT LUẬN VĂN...........................
........................................
...........................
............................

...........................
......................
......... II
ABSTRACT ..........................
.......................................
..........................
...........................
...........................
..........................
..........................
................. III
TÓM TẮT QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN...........................
..........................................
............................
.......................
..........IV
MỤC LỤC ..........................
.......................................
..........................
...........................
............................
...........................
..........................
..................
..... V
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...............
............................
...........................
............................
...........................

......................
......... VIII
DANH MỤC HÌNH ẢNH.........................
.......................................
.............................
............................
..........................
....................
....... X
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................. XIV
LỜI MỞ ĐẦU .............
..........................
..........................
............................
............................
..........................
..........................
......................
......... XV
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.....................
.......... ......................
....................
....................
.......................
....................
........ 1
1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI..........................
........................................
............................
...........................

..........................
...................
...... 2
1.2 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ..........................
.......................................
...........................
............................
..........................
............ 4
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................
.......... .....................
.....................
......................
......................
..............
... 5
1.4 CẤU TRÚC LUẬN
LUẬN VĂN: ...........................
.........................................
............................
...........................
.......................
.......... 5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ZIGBEE ......................
........... ....................
....................
......................
...............
.... 7
2.1 MẠNG WIRELESS PERSONAL AREA NETWORKS (WPAN) ................

........... ..... 8
2.2 CHUẨN IEEE 802.15.4
802.15.4 ...........................
.........................................
...........................
..........................
...........................
................ 8
2.2.1

Lớp vật lý trong chuẩn IEEE 802.15.4 ....................
......... .....................
......................
......................
.......... 9

2.2.2

Lớp vật lý của kkỹỹ thuật điều chế O-QPSK trên
trên Zigbee.........................
......................... 10

2.2.3

Lớp Medium Access Control(MAC) trong chuẩn ieee 802.15.4 .......... 15

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MỨC HỆ THỐNG VÀ MÔ PHỎNG MATLAB ...
........
..... 19
3.1 THIẾT KẾ MATLAB KHỐI MODULATOR ..........

.....................
.....................
.....................
...............
.... 20
3.1.1

Khối Serial-to-Paral
Serial-to-Parallel
lel .............
...........................
............................
...........................
..........................
.....................
........ 20

3.1.2

Khối NRZ
NRZ – Ecoding..........................
........................................
............................
...........................
.......................
.......... 21

3.1.3

Khối Half-Sine-Pul

Half-Sine-Pulse-Shaping.
se-Shaping. ............
...........................
............................
..........................
.....................
........ 21

3.2 THIẾT KẾ MATLAB KHỐI DEMODULATOR ....................
.......... .....................
....................
......... 23
3.2.1

Giải điều chế tín hiệu theo kiểu hard-detection:
hard-detect ion: ....................
.......... .....................
...............
.... 23

3.2.2

Phương pháp giải điều chế theo kiểu soft-detection
soft-detecti on .........
....................
....................
......... 25

3.3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG GUI ĐỂ TẠO MAC FRAME ........
..........................

.............
...........................
...........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
............. 32
GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang v


 

Luận văn tốt nghiệp đại học
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ MÔ TẢ PHẦN CỨNG (VERILOG)....................
.......... .................
....... 35
4.1 THIẾT KẾ KHỐI MODULATOR
MODULATOR...........................
.........................................
...........................
.......................
.......... 36
4.1.1

Vị trí và chức năng khối Modulator trong chip Zigbee ..........
.....................
...............
.... 36

4.1.2

Tổng quan
quan khối
khối Modulator
Modulator .............
..........................
...........................
............................
...........................
............... 37

4.1.3

Thiết kế khối Modulator mức RTL code...........
......................
.....................
.....................
...............
.... 39

4.1.4

Tổng kết kh
khối

ối Mod
Modulator
ulator...........................
...........................................
..............................
...........................
............... 53

4.2 THIẾT KẾ KHỐI DEMODULATOR ......................
........... ......................
.....................
.....................
...............
.... 55
4.2.1

Vị trí và chức năng khối Demodulator: ....................
.......... .....................
.....................
..................
........ 55

4.2.2

Tổng quan khối Demodulator: .....................
........... ....................
.....................
.....................
....................
.......... 55

4.2.3

Thiết kế
kế khối giải đđiều
iều chế demodulato
demodulatorr .............
............................
.............................
...................
..... 57

CHƯƠNG 5. HỆ THỐNG NHÚNG TRÊN FPGA......................
.......... ......................
....................
..............
.... 67
5.1 GIỚI THIỆU
THIỆU FPGA ..............
...........................
...........................
.............................
.............................
...........................
................
... 68
5.1.1

Lịch sử .........................
.......................................

............................
............................
...........................
...........................
...................
..... 68

5.1.2
5.1.3

Ứng dụng: .........................
......................................
............................
............................
...........................
...........................
............... 68
Khối logic ..............
...........................
...........................
............................
............................
...........................
.........................
............ 69

5.1.4

Mạch liên kết
kết hệ thống ..........................

..........................................
.............................
...........................
...................
..... 69

5.1.5

Khối vào/ra .........................
.......................................
............................
............................
...........................
.........................
............ 70

5.1.6

Các phần tử tích hợp sẵn .....................
.......... .....................
.....................
......................
......................
..................
....... 70

5.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG KIỂM TRA KHỐI ....
.. .. ZIGBEE_MODEM
 

71
5.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG SỬ DỤNG: .....................
.......... .....................
.....................
.....................
............ 78
5.3.1
5.3.2

KIT FPGA CYCLONE III 3C120F780C7N: .....................
.......... .....................
...................
......... 78
HSMC CARD.............
..........................
..........................
............................
............................
..........................
.....................
........ 81

5.3.3

Kit DE2 .......................
............ ......................
......................
....................
....................
......................

.......................
......................
.......... 84

CHƯƠNG 6. KẾT QUẢ THỰC TẾ.....................
.......... ......................
....................
....................
......................
..................
....... 86
6.1 KẾT QUẢ KIỂM TRA KHỐI MODULATOR .....................
.......... .....................
.....................
............... 87
6.2 KIỂM TRA KHỐI DEMODULATOR .....................
.......... ......................
....................
...................
................
...... 94
6.3 KIỂM TRA ZIGBEE_MODEM BẰNG HỆ THỐNG NHÚNG ..................
.......... ........ 98
CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..............................
................... ................
..... 101
7.1 •NHẬN XÉT CHUNG ......................
........... .....................
.....................
.....................

.....................
......................
................
..... 102
7.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .....................
........... .....................
.....................
.....................
......................
......................
..............
... 102
SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang vi


 

Luận văn tốt nghiệp đại học
7.3 NHỮNG TỒN TẠI...........
......................
......................
......................
.....................
.....................
......................

.....................
.......... 102
7.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .....................
.......... ......................
.....................
.....................
......................
......................
..............
... 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 104
PHỤ LỤC 1: HÌNH ẢNH KIỂM TRA KHỐI MODULATOR .......................... 105
PHỤ LỤC 2: HÌNH ẢNH KIỂM TRA KHỐI DEMODULATOR ..................... 113

GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang vii


 

Luận văn tốt nghiệp đại học

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt

Viết đầy đủ

API

Application
Application Program Interface

ASIC

Application
Application Specific Integrated Circuit

 bps

bit per secon
secondd

CPLD

Complex Programmable Logic Device

DHCP

Dynamic Host Configuration
Configuration Protocol

DSP

Digital Signal Processing

DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum

FPGA

Field Programmable Gate Array

FSM

Finite State Machine

GPP

General Purpose Processor

GUI

Graphic User Interface

HAL

Hardware Abstraction Layer

HDL

Hardware Description Language

HSMC

High Speed Mezzanine Card

IC

Intergrated Circuit (Mạch tích hợp)

IOB

Input/Output Blocks

IoT

Internet of Things

IP
LCD

Intellectual Property
Liquid Crystal Display

LUT

Look-Up Table

MAC

Media Access Control

MAC

Media Access Control

MEMS

Micro Electronic Mechanical System

PD

Physical design

PFL

Parallel Flash Loader

PN
PPDU

Pseudo – random Noise
PHY Protocol Data Unit

SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang viii


 

Luận văn tốt nghiệp đại học

PSDU

PHY Service Data Unit

PWM

Pulse Width Modulation

RTL

Register transaction level

RTL

Register Transíer Level

RTOS
SFD

Real-time Operation System
Start of Frame Delimitor

SHR

Synchoronous Header

SoC

System on Chip

SOPC

System On Programmable Chip

SPI

Serial Peripheral Interíace

SPLD

Simple Programable Logic Devices

STA

Static timming analysis

TCP/IP
USB

Transmission Control Protocol/Internet
Protocol/Internet Protocol
Universal Serial Bus

VHDL

Ngôn ngữ mô tả phần cứng

GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang ix


 

Luận văn tốt nghiệp đại học

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Internet of Things (IoT) ..................................
...............................................
..........................
...........................
................ 3 
Hình 1-2. Zigbee và chuẩn IEEE 802.15.4...............
802.15.4.............................
...........................
..........................
.....................
........ 3 
Hình 1-3. Sơ đồ cơ bản bên phát của Zigbee ....................
.................................
...........................
..........................
............ 4 
Hình 1-4. Sơ đồ cơ bản bên thu của Zigbee .............................
..........................................
..........................
...................
...... 4 

Hình 2-1. Các kênh tín hiệu trên chuẩn Zigbee..........................
.......................................
..........................
.................
.... 9 
Hình 2-2. Cấu trúc một PPDU.........................
.......................................
...........................
...........................
...........................
............... 10 
Hình 2-3. Biểu đồ điều chế O-QPSK ...................
................................
...........................
............................
.......................
......... 11 
Hình 2-4. Delay giữa I và Q với Tc là 0.5µs............................
..........................................
............................
.................. 13 
Hình 2-5. Dạng nữa hình sine của chip ..............
.............................
.............................
............................
.......................
......... 14 
Hình 2-6. Biến đổi Fourier của xung vuông...........................
........................................
...........................

...................
..... 14 
Hình 2-7. Cấu trúc của một frame MAC...........................
.........................................
............................
.......................
......... 15 
Hình 2-8. Quá trình thực hiện CRC trên phần cứng .......................
.....................................
.......................
......... 17 
Hình 3-1. Sơ đồ mô phỏng MATLAB điều chế tín hiệu cho Zigbee ..................... 20  
Hình 3-2. Kết quả mô phỏng MATLAB khối Serial-to-parallel ............................ 21 
Hình 3-3. Kết quả mô phỏng khối NRZ-Ecoding .................................................. 21  
Hình 3-4. Dạng sóng p(t) nữa hình sine ................................................................. 22  
Hình 3-5. Kết quả mô phỏng MATLAB khối half-sine-pulse-shaping ................. 22  
Hình 3-6. Cấu trúc máy thu dạng đổi tần trực tiếp ................................................. 23  
Hình 3-7 a) Tín hiệu nhận vào lí tưởng và b) Minh họa lấy mẫu .......................... 24  
Hình 3-8. Tín hiệu sau khi lấy mẫu theo phương pháp hard detection .................. 25 
Hình 3-9. Sơ đồ khối demodulator theo phương pháp soft-detection .................... 25 
Hình 3-10. Góc pha theo dạng lượng giác của i+jQ .............................................. 26 
Hình 3-11. Biểu diễn I và Q trên đường tròn lượgn giác ....................................... 26  
Hình 3-12. Delta phase của tín hiệu liên tục .......................................................... 27  
Hình 3-13. Delta phase rời rạc .............
...........................
...........................
...........................
...........................
.........................
............ 27 

Hình 3-14. Phương pháp tính tương quan (correlation) với các loại tín hiệu: a)rời
rạc b) liên tục ........................
.....................................
............................
............................
...........................
...........................
..........................
............... 28 
Hình 3-15. Thuật toán corelation dùng Xnor ......................................................... 29  
Hình 3-16. Giá trị correlation của tín hiệu với symbol .......................................... 29  
Hình 3-17. Lấy mẫu với tín hiệu có nhiễu ............................................................. 30  
SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang x


 

Luận văn tốt nghiệp đại học
Hình 3-18. Pha của tín hiệu có nhiễu ...........
.........................
............................
............................
............................
.................. 30 
Hình 3-19. Delta phase của tín hiệu có nhiễu ...................................

.................................................
.....................
....... 31 
Hình 3-20. Delta phase rời rạc .............
...........................
...........................
...........................
...........................
.........................
............ 31 
Hình 3-21. Corelation của tín hiệu có nhiễu với symbol ....................................... 32  
Hình 3-22. Giao diện người dùng (GUI) ................................................................ 33  
Hình 4-1. Sơ đồ biểu diễn vị trí khối Modulator .................................................... 36  
Hình 4-2. Sơ đồ thiết kế khối Modulator mức hệ thống ........................................ 37  
Hình 4-3. Khối Modulator............
..........................
............................
............................
............................
............................
..................
.... 38 
Hình 4-4. Sơ đồ thiết kế khối Modulator mức RTL code ...................................... 40  
Hình 4-5. Sơ đồ ngõ vào và ngõ ra của khối symbol_to_chip ............................... 40  
Hình 4-6. Tín hiệu strobe_in và Strobe_out trong khối symbol_to_chip .............. 41 
Hình 4-7. Mô phỏng khối symbol_to_chip ............................................................ 42  
Hình 4-8. Sơ đồ ngõ vào và ngõ ra của khối chip_to_chunk ................................. 43  
Hình 4-9. Tín hiệu strobe_in và strobe_out của khối chip_to_chunk .................... 44  
Hình 4-10. Mô phỏng khối chip_to_chunk i .......................................................... 44 
Hình 4-11. Mô phỏng khối chip_to_chunk ii ......................................................... 45  

Hình 4-12. Sơ đồ ngõ vào và ngõ ra của khối chunk_to_nrz ................................. 45 
Hình 4-13. Kết quả mô phỏng khối chunk_to_nrz ................................................. 47  
Hình 4-14. Sơ đồ ngõ vào và ngõ ra khối upsampler ............................................. 47  
Hình 4-15. Kết quả mô phỏng khối upsampler ...................................................... 49 
Hình 4-16. Sơ đồ ngõ vào và ngõ ra của khối half_sine_pulse...........................
..............................
... 49 
Hình 4-17. Kết quả mô phỏng khối half_sine_pulse .............................................. 51  
Hình 4-18. Kết quả half_sine dạng tương tự .......................................................... 51  
Hình 4-19. Sơ đồ ngõ vào và ngõ ra khối tc_delay ................................................ 52  
Hình 4-20. Kết quả mô phỏng khối tc_delay ......................................................... 53  
Hình 4-21. Sơ đồ kết nối tổng thể khối Modulator ................................................ 54  
Hình 4-22. Mô phỏng khối Modulator i ............
..........................
............................
............................
.........................
........... 54 
Hình 4-23. Mô phỏng khối Modulator ii .........
.......................
............................
...........................
...........................
.............. 54 
Hình 4-24. Mô phỏng khối Modulator iii ............................................................... 55 
Hình 4-25. Sơ đồ vị trí khối của khối Demodulator ............................................... 55  
Hình 4-26. Sơ đồ khối khối Demodulator .............................................................. 56 
GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang xi


 

Luận văn tốt nghiệp đại học
Hình 4-27. Sơ đồ khối demodulator đọc bằng RTL code reader ........................... 56  
Hình 4-28. Khối demodulator
demodulator ............................
.........................................
...........................
...........................
.........................
............ 56 
Hình 4-29. Khối newdata_st
newdata_strober
rober ........................................
......................................................
...........................
....................
....... 58 
Hình 4-30. Kết quả mô phỏng khối newdata_strober ............................................ 58 
Hình 4-31. Khối delta_phas
delta_phasee ...........
........................
............................
.............................
...........................
...........................

.................. 59 
Hình 4-32. Sơ đồ mạch thực hiện khối delta_phase
delta_phase..........................
........................................
.....................
....... 60 
Hình 4-33. Kết quả mô phỏng khối delta_phase .................................................... 60 
Hình 4-34. Khối chip_phase_detect ....................................................................... 60 
Hình 4-35. Kết quả mô phỏng khối chip_phase_detect ......................................... 62  
Hình 4-36. Sơ đồ khối symbol_detect .................................................................... 63 
Hình 4-37. Khối highest_corelation
highest_corelation .............
...........................
............................
............................
............................
.................. 64 
Hình 4-38. Sơ đồ khối highest correlation ............................................................. 64 
Hình 4-39. Mô phỏng khối correlation.............
............................
.............................
............................
.........................
........... 65
65 
Hình 4-40. FSM của lớp MAC .............
...........................
...........................
...........................
............................

.........................
........... 65 
Hình 4-41. Kết quả mô phỏng toàn khối symbol detect ......................................... 66  
Hình 5-1. Cấu trúc FPGA điển hình...........................
.........................................
............................
...........................
................
... 68 
Hình 5-2. Cấu trúc một LE điển hình ............................
.........................................
...........................
...........................
............... 69 
Hình 5-3. Programable switch trong FPGA .....................
....................................
.............................
.......................
......... 69 
Hình 5-4. IOB trong FPGA ...............
............................
............................
............................
...........................
...........................
............... 70 
Hình 5-5. DSP Slice của FPGA.............
FPGA............................
............................
...........................

............................
.......................
......... 70 
Hình 5-6. Hệ thống nhúng thử nghiệm trên FPGA ................................................ 71 
Hình 5-7. Qui trình thử nghiệm trên FPGA ...............
.............................
............................
............................
.................. 72 
Hình 5-8. Giao diện của phần mềm SOPC.............................
...........................................
...........................
..................
..... 73
73 
Hình 5-9. Sơ đồ ghép nối hệ thống cần kiểm tra và hệ thống kiểm tra .................. 73  
Hình 5-10. Sơ đồ kết nối hệ thống được đọc bằng RTL reader ............................. 74  
Hình 5-11. Giao diện pin planner ..............
...........................
...........................
............................
...........................
....................
....... 75 
Hình 5-12. Giao diện programmer ...........................
.........................................
............................
............................
..................
.... 75 

Hình 5-13. Giao diện ISSP .........................
.......................................
............................
............................
............................
..................
.... 76 
Hình 5-14. Giao diện Signal Tap II ..............
.............................
............................
...........................
............................
.................. 76 
Hình 5-15. Giao diện Eclipse ..............................
.............................................
............................
...........................
.......................
......... 77 
Hình 5-16. Quá trình download xuống FPGA ....................................................... 78  
SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang xii


 

Luận văn tốt nghiệp đại học
Hình 5-17. Hình ảnh kit Cyclone 3 ..............
............................
............................
............................
............................
.................. 79
79 
Hình 5-18. Sơ đồ khối board cyclone III ...........................
.........................................
...........................
.......................
.......... 81 
Hình 5-19. Hình ảnh card HSMC AD/DA .............................
...........................................
...........................
..................
..... 81
81 
Hình 5-20. Hình ảnh kết nối card với board ........................................................... 82  
Hình 5-21. Sơ đồ khối của card HMSC AD/DA .................................................... 83  
Hình 5-22. Hình ảnh kit DE2 ...................................
.................................................
............................
............................
..................
.... 84 
Hình 5-23. Sơ đồ khối kit DE2...........................
........................................
...........................

...........................
.........................
............ 85 
Hình 6-1. Kết quả kiểm tra byte 11011101 ............................
..........................................
...........................
..................
..... 90 
Hình 6-2. Sơ đồ khối kết nối để kiểm tra khối demodulator .................................. 94 
Hình 6-3. Kết quả đóng khung MAC PHY trên GUI cho data .............................. 95  
Hình 6-4. Kết quả tạo test bench từ MATLAB code ............................................. 95  
Hình 6-5. Kết quả mô phỏng ModelSim hệ thống kiểm tra ................................... 96  
Hình 6-6. Kết quả kiểm tra số lượgn byte .............................................................. 97  
Hình 6-7. Kết quả kiểm tra từng byte trong register .............................................. 98  
Hình 6-8. Sơ đồ hệ thống nhúng kiểm tra. ............................................................. 99 
Hình 6-9. Kết quả thực hiện thực tế trên kit Cyclone III và HSMC card .............. 99 

GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang xiii


 

Luận văn tốt nghiệp đại học

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Ba ̉ ng 1-1. Tóm tắt các chuẩn kết nối không dây 

dây ..........................
.......................................
.......................
.......... 2 
Ba ̉ ng 2-1. Bảng tần số trung tâm của các kênh truyền trong chuẩn Zigbee 
Zigbee ... 10 
Ba ̉ ng 2-2. Bảng các bit của SFD .............
..........................
..........................
..........................
............................
......................
....... 10 
Ba ̉ ng 2-3. Bảng tra chuỗi chip giả ngẫu nhiên
nhiên............
..........................
...........................
.........................
............ 12 
Ba ̉ ng 2-4: Bảng tóm tắt các yêu cầu kỹ thuật của Zigbee 
Zigbee. ................................
................................ 15 
Ba ̉ ng 4-1. Bảng các xung điều khiển ............
..........................
...........................
..........................
............................
............... 40 
Ba ̉ ng 4-2. Bảng tóm tắt các ngõ vào và ra của khối symbol_to_chip
symbol_to_chip  .............. 41 

Ba ̉ ng 4-3. Bảng tóm tắt các ngõ vào và ra của khối chip_to_chunk  ................ 43 
Ba ̉ ng 4-4. Bảng tra của chunk ..............
chunk ...........................
..........................
..........................
...........................
........................
.......... 44 
Ba ̉ ng 4-5: Bảng tóm tắt các ngõ vào và ra của khối chip_to_chunk  ................
............... 45 
Ba ̉ ng 4-6: Bảng tra của symbol_nrz
symbol_nrz  ............
..........................
...........................
..........................
............................
...............46  
Ba ̉ ng 4-7: Bảng tóm tắt các ngõ vào và ra của khối upsampler 
upsampler .......................
...................... 47 
Ba ̉ ng 4-8: Bảng tóm tắt ngõ vào và ngõ ra khối half_sine_pulse 
half_sine_pulse .....................
..................... 49 
Ba ̉ ng 4-9: Bảng mô tả giá trị phép nhân cho dạng sóng nữa hình sine 
sine ........... 50 
.........................
..........................
..........................
..........................
............. 51 

Ba ̉ ng 4-10: Bảng giá trị mẫu của chip ............
tc_delay  ..........................
...............................
..... 52  
Ba ̉ ng 4-11: Bảng tóm tắt ngõ vào và ngõ ra khối tc_delay
demodulator  ...........................
....................................
......... 57 
Ba ̉ ng 4-12. Bảng tóm tắt ngõ vào ra khối demodulator 
newdata_strober ..........................
.............................
... 58 
Ba ̉ ng 4-13. Bảng tóm tắt ngõ vào ra khối newdata_strober 
delta_phase . .....................................
..................................... 59 
Ba ̉ ng 4-14. Bảng tóm tắt ngõ vào ra khối delta_phase 
chip_phase_detect...........................
.............. 61 
Bang 4-15. Bảng tóm tắt ngõ vào ra khối chip_phase_detect.............
quan ......................
...................... 62 
Ba  ̉̉ ng 4-16. Bảng chip_phase_detect chuẩn để tính tương quan 
symbol_detect ..........................
.................................
....... 63 
Ba ̉ ng 4-17. Bảng tóm tắt ngỏ ra vào khối symbol_detect 
correlation ..........................
......................... 64 
Ba ̉ ng 4-18. Bảng tóm tắt ngỏ ra vào khối highest correlation 
DE2  ...........................

..............................
... 87 
Ba ̉ ng 6-1. Bảng kết nối chân khối Modulator và KIT DE2 
Modulator ..........................
........................................
..................
.... 91 
Ba ̉ ng 6-2. Bảng kết quả kiểm tra khối Modulator 
demodulator  94
94 
Ba ̉ ng 6-3. Bảng tóm tắt ngõ vào ra của hệ thống kiểm tra khối demodulator

SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang xiv


 

Luận văn tốt nghiệp đại học
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền công nghiệp vi mạch ở Việt Nam có sự phát triển
mạnh mẽ. Cùng với đề án phát triển khoa học công nghệ của Ủy ban nhân dân TPHCM,
nghiên cứu phát triển vi mạch đang là một ngành rất hứa hẹn cho sinh viên sau khi tốt
nghiệp ra trường. Dưới sự hướng dẫn và hỗ trợ nhiệt tình của TS. Huỳnh Phú Minh
Cường, chúng tôi - nhóm sinh viên sắp tốt nghiệp gồm: Nguyễn Quang Thắng và Vũ Đỗ
Minh Tuấn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp “Tìm hiểu và thiết kế khối điều chế - giải

điều chế số cho chip Zigbee và thử nghiệm trên FPGA”.
Trong quá thực hiện đề tài, chúng tôi đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm thực tế
và bổ sung rất nhiều kiến thức hữu ích cả về phần cứng lẫn phần mềm và các vấn đề liên
quan. Những vấn đề phát sinh trong lúc thực hiện không khó để giải quyết nhưng mất
một lượng lớn thời gian để xử lý. Vì vậy, khi trình bày luận văn này, chúng tôi quyết định
sẽ trình bày chi tiết nhất có thể, tổng hợp lại tất cả những kiến thức, kinh nghiệm đã trải
qua. Đưa ra các hướng giải quyết của chúng tôi, chắc chắn chưa phải là tối ưu. Tuy nhiên,
hi vọng những người sau tiếp tục phát triển đề tài sẽ có tiền đề để phát triển nhanh hơn,
tránh mắc phải những lỗi thường gặp, đồng thời có hướng tốt hơn để phát triển.

GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang xv



 

 

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chương này trình bày các vấn đề liên quan đến đề tài, người đọc có thể có
cái nhìn tổng quan về thực tế giao thức zigbee, ứng dụng của nó trong đời sống
cũng như tính thực tiễn của đề tài, tương lai phát triển của giao thức. Từ đó đặt ra
nhiệm vụ, nội dung của đề tài “Tìm hiểu và thiết kế khối điều chế - giải điều chế số
trong chip Zigbee và thử nghiệm trên FPGA”, đồng thời trình bày tóm tắt phương
 pháp nghiên cứu, thực hiện đề tài.
tài.

NỘI DUNG CHÍNH
1.1. Giới thiệu đề tài
1.2. Nhiệm vụ luận văn
1.3. Phương pháp nghiên cứu.
1.4. Cấu trúc luận văn

GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang 1


 

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1  GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Khoa học và công nghệ đã góp phần rất lớn trong việc phát triển đời sống con
người. Những ứng dụng của công nghệ đã làm thay đổi bộ mặt xã hội, làm thay đổi cách
thức sống, thay đổi thói quen của con người. Với sự phát triển bùng nổ của công nghệ
thông tin trong vài thập kỉ qua, cùng với sự ra đời và phát triển của mạng Internet đã dẫn
đến sự toàn cầu hòa. Sự ra đời của mạng xã hội Facebook đã hoàn toàn làm thay đổi cách
thức con người tương tác với nhau. Qua đó có thể thấy được sức mạnh ghê gớm của công
nghệ thông tin và truyền thông. Sự phát triển của các công nghệ đã nâng khả năng truyền
tải dữ liệu một cách kinh khủng từ vài kilo bits trên giây, cho đến hàng trăm giga bits trên
giây bằng cáp quang.
Các kết nối không dây ra đời là một trong những bước quan trọng nhất trong việc
thay đổi toàn bộ phương phức giao tiếp của con người. Với một chiếc điện thoại có kết
nối Internet một người có thể biết toàn bộ thông tin đang xảy ra trên trái đất. Với những

yêu cầu khác nhau về khoảng cách, năng lượng, độ lớn của thiết bị … có rất nhiều chuẩn
không dây đã ra đời. Chúng ta cùng điểm lại một vài chuẩn cơ bản.
Ba ̉ ng 1-1. Tóm tắt các chuẩn kết nối không dây
Tên thương mại
ZigBeeTM
--Chuẩn
802.15.4
GSM/GPRS
Truyền voice và
Giám sát và
Ứng dụng
data khoảng
điều khiển
rộng
Tài nguyên sử
4-32 KB
16MB+
dụng
Tuổi thọ pin
100-1000+
1-7
(ngày)
Unlimited
Độ lớn network
1
(26+)
Khoảng cách
100
1000
truyền (m)

Tốc độ (KB/s)
20-250
64-128+
 Năng lượng,
lượng,
Khoảng cách,
Ưu điểm chính
giá thành
chất lượng

SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Wi-FiTM
802.11b

BluetoothTM 
802.15.1

Web, Email,
Video

Thay thế cáp

1MB+

250KB

0.5-5

1-7

32

7

10

10

11.000+
Tốc độ, linh
động

720
Giá rẻ, thuận
tiện

Trang 2


 

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Một trong những cụm từ thường được nhắc đến hiện nay và tin chắc là xu hướng
tương lai của công nghệ đó là Internet of Things (IoT).

 Hình 1-1. Internet of Things (IoT)

Application

Customer

API
Security
32- / 64- / 128
128-- bit encr
encrypti
yption
on

Network

ZigBee
Alliance

“the software”
 Network, Security &
Application layers
Brand management

Star / Mesh
Mesh / Clu
Cluster
ster -Tree

IEEE 802.15.4

MAC

IEEE
802.15.4

PHY

layers

868MHz / 915MHz / 2.4GHz
Silicon

Stack

“the hardware”
Physical & Media Access Control

App

 Hình 1-2. Zigbee và chuẩ n IEEE 802.15.4

Internet of Things (IoT) là một viễn cảnh trong đó mọi vật, mọi con vật hoặc con
người được cung cấp các định danh và khả năng tự động truyền tải dữ liệu qua một mạng
lưới mà không cần sự tương tác giữa con người-với-con người hoặc con người-với-máy
tính. IoT tiến hoá từ sự hội tụ của các công nghệ không dây, hệ thống vi cơ điện tử
(MEMS) và Internet. Yêu cầu đặt ra là phải có một kết nối không dây có các tính năng
như: Khoảng cách truyền dẫn trung bình, tốc độ truyền dẫn dữ liệu không quá lớn (dữ
liệu chủ yếu đến từ cảm biến, dữ liệu điều khiển), và đặc biệt là số node mạng phải rất
GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng

ườ ng

Trang 3


 

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
lớn, đồng thời năng lượng sử dụng phải cực kì thấp. Ta có thể thấy, Zigbee hoàn toàn đáp
ứng những yêu cầu trên.
Ở đây có hai khái niệm cần phải phân biệt đó là Zigbee và chuẩn IEEE 802.15.4.
Zigbee là giao thức kết nối, chính xác nó là một phần mềm, quản lý lớp Network, đồng
thời thực hiện các giao thức bảo mật và API, đây là một thương hiệu trên thị trường.
Chuẩn 802.15.4 là do IEEE qui định về phần cứng, lớp vật lí và lớp MAC bao gồm,
 phương thức điều chế, giải điều chế, tần số song mang, độ dài và định nghĩa khung dữ
liệu. Zigbee sử dụng chuẩn này do IEEE qui định.

1.2  NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Sơ đồ cơ bản của bên phát và bên thu Zigbee được trình bày như hình vẽ dưới đây,
các phần tô xanh là các phần xử lý trên tín hiệu số, các phần trong khung đỏ là các phần
thuộc nhiệm vụ luận văn.

 Hình 1-3. S ơ
ơ   đồ cơ  b
 bản bên phát của Zigbee

 Hình 1-4. S ơ
ơ   đồ cơ  b
 bản bên thu của Zigbee 
Zigbee 

Trong giới hạn luận văn, chúng tôi tìm hiều chuẩn IEEE 802.15.4 gồm lớp PHY
và lớp MAC, từ đó xây dựng một hệ thống gồm 2 khối số, thực hiện việc điều chế - giải
điều chế số, trải phổ giải trải phổ tín hiệu dải nền trước khi mang lên cao tần.
SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang 4


 

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Phần số trong bên phát thực hiện các công đoạn:
+ Trải phổ tín hiệu theo phương pháp CDMA tạo chuỗi chip: làm tăng băng thông
dãi nền, giúp cải thiện BER của hệ thống hoặc giảm SNR cần thiết khi hệ thống có nhiều
noise.
+ Phân thành 2 luồng I, Q và tạo delay giữa I và Q để thành điều chế OQPSK
+ Thực hiện nắn dạng xung (pule shaping) để cắt bỏ phần tần số không mong
muốn của tín hiệu đã được điều chế trước khi chuyển ra các khối cao tần phía sau.
Phần số trong bên thu thực hiện các công đoạn:
+ Thực hiện giải điều chế số OQPSK.
+ Thực hiện cross correlation để giải trải phổ.
+ Đồng bộ khung dữ liệu lớp PHY và tách trường trong khung dữ liệu lớp MAC,
thực hiện bằng một máy trạng thái FSM(finite-state-machine)

1.3  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
+ Tìm hiểu các tài liệu chuẩn của IEEE để hiểu các định nghĩa và cách thức thực

hiện điều chế và trải phổ.
+ Công cụ mô phỏng hệ thống: MATLAB và SIMILINK
+ Ngôn ngữ mô tả phần cứng sử dụng: Verilog.
+ Công cụ hỗ trợ mô phỏng thiết kế: ModelSim.
+ Công cụ thiết kế trên FPGA: Quartus II.
+ Công cụ lập trình nhúng: Eclipse for NiOS II.
+ Ứng dụng kiểm tra thiết kế trên Boar FPGA Cyclone III dev và card HSMC.

1.4  CẤU TRÚC LUẬN VĂN:
Luận văn được trình bày theo các chương mục như sau:
Chươ ng
ng 1. Giớ i thiệu

đề   tài. Trình bày ngắn gọn các vấn đề liên quan đến đề tài,

tính thực tiễn của đề tài, nhiệm vụ, nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu.
Chươ ng
ng 2. C ơ
 lý thuyế t Zigbee. Trình bày chi tiết giao thức Zigbee, lớp PHY và
ơ    ssở  lý

lớp MAC của Zigbee, chuẩn IEEE 802.15.4 những yêu cầu về thiết kế phần cứng của
chuẩn, phương pháp điều chế, giải điều chế, trải phổ, giải trải phổ…
Chươ ng
ng 3. Thiế t k ế 
ng và mô phỏng MATLAB.
ế  ở   mứ c hệ  thố ng

Cho người xem cái

nhìn chi tiết tổng thể về hệ thống được mô phỏng chi tiết trên MATLAB. Đồng thời, luận
văn còn trình bày thiết kế một giao diện người dùng GUI để mô tả chi tiết giao thức.
GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang 5


 

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chươ ng
ng 4. Thiế t k ếế    mô t ả  phần cứ ng
ng (bằ ng
ng Verilog). Dựa

trên các nhận định và

mô tả ở chương 3 để thực hiện ứng dụng trên phần cứng thông qua ngôn ngữ mô tả
Verilog.
Chươ ng
ng 5. H ệ  thố ng
ng nhúng trên FPGA.

Trình bày chi tiết quy trình thiết kế trên

FPGA, xây dựng một hệ thống nhúng (embedded system) để kiểm tra thiết kế.
Chươ ng
ng 6. K ế 

ết  quả  thự c t ế 
ế.   Trình

bày các kết quả thực tế thực hiện được trên

FPGA.
Chươ ng
ng 7. K ế 
ng phát triể n.
n. Trình
ết  lu ận và hướ ng

bày những nội dung kiến thức thu

được từ đề tài đồng thời nêu ra các hướng tiếp theo để có thể tiếp tục đề tài.

SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang 6


 

 

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ZIGBEE
Trình bày chi tiết cụ thể lớp PHY và MAC của kết nối không dây zigbee theo

chuẩn IEEE 802.15.4. Bao gồm quá trình trải phổ, điều chế tín hiệu của lớp PHY và
khung dữ liệu lớp MAC

NỘI DUNG CHÍNH
2.1. Mạng wireless personal area network (WPAN)
2.2. Chuẩn IEEE 802.15.4

GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang 7


 

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1  MẠNG WIRELESS PERSONAL AREA NETWORKS (WPAN)
Wireless Personal Area Networks (WPAN) là một mạng không dây cá nhân. Nó
liên kết các thiết bị xung quanh để tạo thành một không gian làm việc cá nhân mà không
cần dùng đến các kết nối vật lý là dây cáp mạng. Điều này mang ý nghĩa rằng mạng
WPAN có thể hoạt động hiệu quả mà không đòi hỏi các yêu cầu cao về cơ sở hạ tầng.
Mạng WPAN được sử dụng đa dạng trên các ứng dụng trong phạp vi không gian hẹp
hoặc trung bình và các thiết bị cũng được tối ưu hoá để nhỏ gọn phù hợp với việc sử
dụng cá nhân.
IEEE 802.15 là một phòng ban làm việc thuộc tổ chức IEEE. Tại đây tạo ra và
 phân loại mạng WPAN thành các tiêu chuẩn khác nhau với sự khác biệt dựa trên tốc độ
truyền dữ liệu, sự tiêu thụ năng lượng, khoảng cách hoạt động và chất lượng dịch
vụ(QoS: quality of service). Hai đại diện thường gặp trong tiêu chuẩn này là:

  IEEE 802.15.1 (Bluetooth): tốc độ truyền tải dữ liệu có thể lên đến 1Mbps trong



 phạm vi 10m. Với mức tiêu thụ điện năng thấp cho thời gian hoạt động từ một ngày đến
vài ngày, bluetooth thường được ứng dụng trong các thiết bị điện thoại di động, máy in,
tai nghe không dây… đảm bảo nhu cầu sử dụng với chất lượng cao.
  IEEE 802.15.4 (Zigbee): tốc độ truyển tải dữ liệu là 250Kbps và có thể hoạt động



trong phạm vi 75-100m. Mức tiêu thụ điện năng của Zigbee rất thấp, thời gian sống ở chế
độ chờ của các thiết bị mà ứng dụng chuẩn Zigbee có thể lên đến một năm đến vài năm.
Vì vậy, Zigbee thường được sử dụng trong các hệ thống cảm biến, điều khiển và an
ninh…

2.2  CHUẨN IEEE 802.15.4
Zigbee là một chuẩn truyền dữ liệu cá nhân không dây(W-PAN) và được The
Zigbee Alliance, một liên minh có hơn 150 thành viên bao gồm các tập đoàn công nghệ
lớn như Motorola, Phillips, SamSung, Honeywell… công bố vào năm 2005. The Zigbee
Alliance cân nhắc đến nhu cầu của người sử dụng, nhà sản xuất và các kỹ sư phát triển
ứng dụng để nâng cao tiêu chuẩn Zigbee. Mục tiêu hướng đến của Zigbee là các ứng
dụng yêu cầu tốc độ thấp, chi phí rẻ và tiêu thụ năng lượng ít như hệ thống cảm biến,
điều khiển…
Zigbee sử dụng cấu trúc ở lớp vật lý (PHY layer) và lớp MAC ( Medicum Access
Control) của chuẩn IEEE 802.15.4. So với những công nghệ khác như Wifi hay
SVTH: Nguyễ n Quang Thắ ng,
ng, V ũ  Đỗ 
 Minh Tuấ n
 Đỗ  Minh

Trang 8


 

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bluetooth, cấu trúc của Zigbee đơn giản hơn và tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn nên
Zigbee đáp ứng được các mục tiêu về chi phí và mức tiêu thụ năng lượng.
2.2.1   Lớ 
 p vật lý trong chuẩ n IEEE 802.15.4

Lớp vật lý của chuẩn IEEE 802.15.4 hỗ trợ nhiều băng tần khác nhau như:
 



868 – 868.6 MHZ cho khu vực Bắc Mỹ
  902 – 928 MHZ cho khu vực Châu Âu.



  2400 – 2483.5 MHz các quốc gia khác



  314 – 316 MHz, 430 – 434 MHz và 779 – 787 MHz cho hệ thộng tại Trung Quốc



  950 – 956 cho hệ thống tại Nhật Bản.



Các băng tần khác nhau có các yêu cầu kỹ thuật khác nhau, các băng tần này thay
đổi ở các vùng địa lý và các quốc gia khác nhau. Băng tần 2400 – 2483.5 MHz( hoặc
 băng tần 2.4 GHz) là dãi
dãi tần số thông dụ
dụng
ng của Zigbee được ssửử dụng rông rải ở nhiều
nhiều nơi
trên thế giới và đây cũng là băng tần được trình bày trong bài báo cáo này.
Lớp vật lý của chuẩn IEEE 802.15.4 hoạt động ở băng tần 2.4 GHz yêu cầu kỹ
thuật điều chế Offset Quadrature Phase Ship Keying(O-QPSK). Kỹ thuật điều chế OQPSK là một loại của kỹ thuật điều chế số PSK. Tại đây dữ liệu số sẽ được chia ra thành
hai luồng tín hiệu là luồng I và luồng Q và được offset lệch nhau một nữa chu kỳ
symbol( chu kỳ chip hay chu kỳ bit) để tăng chất lượng đường truyền. Bên cạnh đó,
IEEE 802.15.4 cũng sử dụng kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DSSS- Direct Sequence Spead
Spectrum) nhằm nâng cao hiệu quả của dữ liệu được truyền đi.

 Hình 2-1. Các kênh tín hiệu trên chuẩ n Zigbee

Băng tần 2.4GHz hỗ trợ 16 kênh truyền từ kênh số 11 cho đến kênh số 26. Mỗi
kênh truyền được thiết kế các nhau 5MHz và băng thông của một kênh truyền là 2MHz.
Tần số trung tâm Fc trải từ tần số 2400 MHz cho đến 2483.5 MHz và được xác định bởi
công thức sau:
GVHD: TS. Hu ỳnh Phú Minh C ườ 
ng
ườ ng

Trang 9