本論文之研究分別對無線數據封包（Wireless Data Packet）編碼、解碼之收發系統設計，以及將射頻收發器進行最佳化調整，使得整體無線系統效能提升，其中無線數據封包 (Wireless Data Packet) 之格式包含：前導碼（Preamble）、同步碼（Sync. Header）、資料欄位（Payload Data）、訊框檢查序列（Frame Check Sequence；FCS）、停止位元（Stop Bit）和防護時間（Guard Time）。
在非同步串列傳輸系統之操作模式中，系統接收端如何實現時脈與數據回復功能(Clock and Data Recovery；CDR)是非常關鍵的技術，在無線的通道中，干擾和雜訊是無可必免的，因此使用微控器作為數位訊號處理，使得系統具備抗干擾和抗雜音的能力。另外，也使用韌體的方式來實現CRC-8錯誤偵測機制，檢查資料位元於接收過程中有無發生錯誤，以避免產生錯誤而造成系統誤動作，對於資料的保密性有顧慮時，可以使用加密與解密技術將資料作轉換，以達到資料的安全性，這些內容在本文章節中將會一一討論。

This thesis investigates encoding / decoding techniques for transmission and reception of wireless data packets via 916.5 MHz RF transceivers. The format of the wireless data packet intended consists of various data fields, including preamble, synchronization header, payload, frame check sequence, stop bit, and guard time.
In the universal asynchronous receive / transmit (UART) mode of operation, the ability of the receiver to accomplish clock and data recovery (CDR) is very critical to the system throughput performance. Since interference and noise over the air is ubiquitous, anti-interference signal transmission / reception is definitely very essential for a reliable digital wireless communication link. Digital signal processing (DSP) techniques via uC-based firmware are utilized to help enhance noise-robustness.
Moreover, 8-bit CRC (cyclic redundancy check) frame checking sequence (FCS) is also embedded in the uC-based firmware in order to incorporate the capability of error detection and thus prevent from false data validation on the receive side. When data security is an indispensable concern, various encryption / decryption techniques with different secret keys can also be included for information securement.

目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與方法 2
1.3 論文綱要 3
第二章 數位通訊系統介紹 4
2.1 數位傳輸介紹 4
2.1.1 串列與並列 4
2.1.2 同步與非同步 5
2.1.3 單工與雙工 7
2.2 資料編碼格式 7
2.3 數位調變技術 9
第三章 無線數據封包之編碼與解碼 14
3.1 PIC系列微控器介紹 14
3.1.1 微控器PIC16F877A架構 15
3.1.2 微控器PIC16F877A特點 18
3.1.3 微控器PIC16F877A內嵌硬體 19
3.1.4 微控器PIC16F877A發展工具 19
3.2 按鍵開關的彈跳現象 21
3.3 傳送端之數據封包編碼 26
3.3.1 數據封包與資料編碼方式 26
3.3.2 產生數據封包實驗 27
3.4 接收端之數據封包解碼 30
3.4.1 時脈回復功能 30
3.4.2 資料判別機制 35
3.4.3 時脈與資料回復實驗結果 37
3.5 使用Timer0中斷定時取樣完成數據封包解碼 40
3.5.1 解碼之狀態流程與程式流程 40
3.5.2 數據封包解碼實驗結果 46
3.5.3 雜訊干擾對接收解碼測試 47
第四章 錯誤檢測機制 49
4.1 循環多餘檢查介紹 49
4.2 循環多餘檢查演算方法 50
4.3 CRC餘式電路 53
4.4 66 BITS資料位元之傳送與接收使用CRC-8檢測 56
4.4.1 CRC-8餘式電路 56
4.4.2 66 Bits資料位元之數據封包 57
4.4.3 軟體實驗結果 58
4.4.4 CRC-8硬體實驗結果 59
第五章 安全機制 61
5.1 Simplified - DES（Data Encryption Standard）加密與解密 61
5.1.1 S-DES加密與解密流程說明 60
5.1.2 S-DES實驗結果 67
5.2 AES加密與解密 73
5.2.1 AES介紹 73
5.2.2 整體AES架構 74
5.2.3 Rijndael加密演算法 76
5.2.4 AES加解密方塊說明 79
5.3 AES加密與解密實驗結果 93
5.3.1 AES加密過程 93
5.3.2 AES解密過程 96
第六章 數位無線系統整合與量測 99
6.1 無線數據通訊系統 99
6.1.1 短距離無線通訊介紹 99
6.1.2 影響操作距離的因素 100
6.1.3 射頻傳輸的資料編碼 102
6.1.4 封包通訊協定（Packet Communication Protocol） 105
6.1.5 雜訊控制（Noise Control） 106
6.2 DR3000 Transceiver Module簡介 106
6.3 DR3000 Transceiver Module直流功率消耗 108
6.4 DR3000 Transceiver Module發射功率 110
6.4.1 線材損耗量測 110
6.4.2 發射功率量測結果 112
6.5 RFIO端輸入阻抗量測 114
6.5.1 同軸電纜之1-Port校準 114
6.5.2 RFIO端輸入阻抗量測結果 116
6.6 Data Slicer臨界電壓選擇 118
6.6.1 Data Slicer電壓調整 118
6.6.2 調整VTH1進行接收感度測試 120
6.7 基頻耦合電容選擇 122
6.7.1 基頻偶合電容說明 122
6.7.2 封包錯誤率（Packet Error Rate；PER）測試 125
6.8 接收距離實測 126
第七章 結論 131

參考文獻 132

附錄
A 數據封包時脈回復程式 134
B 五點取樣完成資料位元判別程式 140
C 66 Bits 數據封包使用CRC8檢測編碼程式 149
D 66 Bits 數據封包使用CRC8檢測解碼程式 159
E 程式撰寫技巧說明 170
E.1 旗號的功能 171
E.2 虛擬指令 175
E.2.1 必要的虛擬指令 175
E.2.2 常用的虛擬指令 175
E.3 使用間接定址清除0x20 ~ 0x7F暫存器的內容 177
E.4 對PCL運算完成不同的狀態轉換 178
E.5 中斷程式與資料的備份和還原 178
研究心得 180
作者簡介 181

參考文獻

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