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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李世鼎
研究生(外文):Shih-Ding Lee
論文名稱:DSP-based相位雜訊量測系統之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of DSP-based Phase Noise Measurement System
指導教授:鐘太郎丁原梓
指導教授(外文):Tai-Lang JongYuan-Tzu Ting
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:相位雜訊量測數位解調頻率估測雜訊模擬
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相位雜訊是訊號的一個重要特性,相位雜訊的大小會影響通訊系統的品質和通訊效果。目前相位雜訊的解釋有兩種,一個是頻譜上的相位雜訊,另一個則是時域上相角的誤差。前一種相位雜訊必須將訊號轉為頻譜才能測量,後一種相角的雜訊則必須使用解調才能求出。
目前主要是利用頻譜分析儀來量測訊號在頻譜上的相位雜訊,但是頻譜分析儀價格昂貴、體積龐大又笨重,在使用上有許多不方便的地方。除此之外,頻譜分析只能量測出訊號在頻譜上的相位雜訊,並不能量測出時域上的相角雜訊。
因此在本論文中,我們將研究探討相位雜訊之原理與相位雜訊在頻譜上與時域上的相關量測技術,並針對量測時域上相角雜訊時,解調訊號之頻率與載波訊號之頻率不一致所導致的量測誤差,提出一個新的解決方法。
透過這個方法,我們可利用已知的解調訊號之頻率與由此解調訊號算出的解調結果去求出待測訊號的真實頻率,進而得到幾近無誤差的解調結果。
為了能完整的量測出相位雜訊的特性,本論文研製了一 DSP-based 相位雜訊量測系統,透過 DSP 的數位訊號處理能力,對取樣的資料進行 FFT 頻譜分析與數位解調,求出待測訊號之相位雜訊、中心頻率與時域上的雜訊波形。並撰寫相關的 PC 端人機介面與控制程式,以讓使用者能利用 PC 獲得待測訊號之相位雜訊的完整相關資料。
經過一連串的測試,本論文研製之相位雜訊量測系統確實可以測量出待測訊號的相位雜訊,也可以將待測訊號內的雜訊分離出來,在相位雜訊與中心頻率的量測結果中,我們可以得知其精確度已不亞於一般的頻譜分析儀。

In this thesis, the theory and measurement methods of phase noise, including measurements in frequency domain and time domain, were discussed. Phase noise in signal spectrum is usually measured by using spectrum analyzer. However, the spectrum analyzer can not measure the phase noise in time domain. In this thesis, a coherent demodulation technique is utilized for measuring the phase noise in time domain. A new frequency estimation method is proposed to compensate the measurement error due to the frequency deviation between the demodulation signal and carrier signal.
A DSP-based phase noise measurement system was developed to implement the aforementioned phase noise measurement in both time domain and frequency domain. It employs a high-speed A/D converter to acquire the signal under test. The Fast Fourier Transform was utilized to compute the signal spectrum and analyze the phase noise component of the signal in frequency domain. Meanwhile, the digital demodulation technique proposed above is used to obtain the phase noise waveform.
The system can operate in stand alone mode via the EEPROM,
or be controlled by a PC via ISA Bus. The control program on the PC side was also written to help users observe the phase noise measurement results. Some field measurements were performed and the results were comparable with those of HP8560E and 8595A spectrum analyzers.

1 導論
1.1 關於相位雜訊
1.2 相位雜訊之量測
1.3 相位雜訊之模擬
1.4 本論文主要貢獻
1.5 本論文概貌介紹
2 相位雜訊之原理與量測技術
2.0 前言
2.1 相位雜訊之原理
2.1.1 相位調變
2.1.2 弦波調變
2.1.3 雜訊調變
2.2 頻譜分析儀之量測原理
2.2.1 操作原理
2.2.2 頻譜分析儀之解析度
2.3 相位雜訊之量測
2.3.1 使用頻譜分析儀量測相位雜訊
2.3.2 使用解調量測相位雜訊
2.3.3 頻率有誤差時之解調
2.3.4 頻率估測
3 直接數位合成器與雜訊模擬
3.0 前言
3.1 直接數位合成器之原理與架構
3.2 DDS 誤差來源分析
3.2.1 頻率誤差
3.2.2 相位捨去效應
3.2.3 數位量化誤差
3.2.4 DAC 非線性失真
3.2.5 濾波器衰減特性
3.2.6 DDS 之偽波抑制方法
3.3 儀器雜訊與相位雜訊之原理
3.3.1 儀器雜訊
3.3.2 相位雜訊
3.4 以 DDS 產生大小固定之雜訊
3.4.1 在 DDS 中加入隨機擾動
3.4.2 在 DDS 中加入相位變化
4 系統架構與設計
4.1 系統規格與架構
4.2 DSP 架構與相關設定
4.3 系統電路設計
4.4 程式設計
4.5 結論
5 量測結果與討論
5.1 訊號頻譜之量測
5.2 相位雜訊之量測
5.3 中心頻率之量測
5.4 雜訊波形之量測
5.5 DDS 加入相位擾動之量測結果
5.5.1 相位雜訊
5.5.2 雜訊波形
6 結論與未來發展
6.1 結論
6.2 未來發展

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