臺灣博碩士論文加值系統

此論文主要研究在909 ~ 919 MHz跳頻展頻之數位無線收發系統中，加入區塊編碼與區塊交錯的機制，對無線數據封包傳輸可靠度提升的程度。論文內容包含：發射載波準隨機跳頻、接收載波掃瞄/鎖定、無線數據封包的區塊編碼與交錯及整體跳頻數位無線收發系統性能之優化。無線數據封包之基本欄位格式如下：前導碼、同步碼、資料欄位與緩衝時間。
於無線通訊鏈結中，雜訊干擾普遍存在，但加入下列三種機制可使通訊可靠度增加，進一步延伸通訊範圍。跳頻展頻技術：抗干擾、非特定的接收端無法擷取出正確數據封包；區塊編碼：使數據封包含有錯誤更正機制；區塊交錯：減少因雜訊所造成之大量連續錯誤。
此論文整合實現天線、902 ~ 928 MHz Micrel MICRF600射頻收發模組與Microchip PIC16F887微控器，並以35個PIC16精簡組合語言指令，實現整體慢跳頻數位無線收發系統，並於開放空間進行通訊可靠度與距離之測試。

This thesis is devoted to the design and implementation of 909 ~ 919 MHz FH-SS digital RF transceiver by adding the block coding and interleaving, which can improve the efficiency and reliability of wireless transmission.
This Thesis includes the pseudorandom hopping pattern of the transmit carrier frequency, sequential scan/lock of the receive frequency, block encoding/decoding and interleaving of the wireless data packet, and performance optimization of the entire FH-SS digital RF transceiver. The format of the wireless data packet involves the following fields: preamble, synchronous header, payload data, and guard time.
Noise and interference are ubiquitous in the thin air and inevitable in any wireless communication link. Fortunately, by adding the three kinds of mechanisms can extend the transmission distance and data reliability. First, the frequency-hopping spread spectrum (FH-SS) signaling method can be highly resistant to narrowband interference. Second, block coding can correct the data if errors do occur. Third, when any burst is coming, interleaving can separate the symbol errors with each other.
Finally, the antenna, the Micrel MICRF600 module, and the PIC16F887 microcontroller form the FH-SS system, which is constructed by 35 PIC16 assembly language instructions. And the transmission distance and data reliability of the system are measured in open sites.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 x
圖目錄 xii
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 數位通訊系統的介紹 5
2.1 數位傳輸介紹 5
2.1.1 串列與並列 5
2.1.2 單工與雙工 6
2.1.3 天線 7
2.2 資料編碼格式 9
2.3 數位調變技術 11
第三章 數位無線射頻模組的基本簡介 15
3.1 PIC系列微控器介紹 15
3.1.1 PIC16F887微控器之架構 16
3.1.2 PIC16F887微控器之特點 18
3.1.3 PIC16F887微控器之內嵌硬體 19
3.1.4 PIC16F887微控器之發展工具簡介 20
3.2 無線射頻模組MICRF600 23
3.2.1 MICRF600電路的基本架構 23
3.2.2 零中頻接收機的架構 26
3.2.2.1 雜訊 29
3.2.2.2 本地振盪信號的洩漏量 30
3.2.2.3 I/O通道的不平衡 30
3.2.2.4 直流偏壓 31
3.2.2.5 互調失真 32
3.2.3 MICRF600模組功能暫存器介紹 33
3.2.3.1 MICRF600模組的頻率合成器 34
3.2.3.2 石英振盪器 36
3.2.3.3 電壓控制振盪器 38
3.2.3.4 鎖相迴路濾波器 39
3.2.3.5 位元同步產生器 40
3.2.3.6 MICRF600接收模式的暫存器設定 42
3.2.3.7 MICRF600發射模式的暫存器設定 45
3.3 MIC5305穩壓IC 46
3.3.1 MIC5305元件特性 46
3.3.2 MIC5305周邊電路配置 49
3.3.3 MIC5305輸出電壓驅動範圍量測 50
3.4 EUSART的傳輸與接收模式簡介 52
3.4.1 EUSART非同步傳輸與接收模式 53
3.4.2 EUSART同步傳輸與接收模式 58
3.4.3 MICRF600模組可程式介面的寫入及讀取 60
3.4.3.1 可程式介面的寫入 61
3.4.3.2 可程式介面的讀取 62
3.4.3.3 暫存器讀取及寫入的實驗 63
3.4.4 MICRF600資料介面的傳輸與接收 69
第四章 數據封包之錯誤更正機制 70
4.1 線性區塊碼 70
4.1.1 線性區塊碼原理 70
4.1.2 生成矩陣 71
4.1.3 線性系統區塊碼 72
4.1.4 同位元檢測矩陣 73
4.1.5 癥狀錯誤檢測 74
4.1.6 二進位向量之重量與距離 76
4.2 漢明碼 77
4.2.1 漢明碼介紹 77
4.2.2 漢明距離 77
4.2.3 漢明碼原理 78
4.2.4 漢明碼演算理論 79
4.3 區塊交錯演算機制 81
4.3.1 交錯原理 81
4.3.2 漢明碼之編解碼運用區塊交錯機制 83
第五章 實現單一通道的無線通訊系統 87
5.1 EUSART同步模式制定數據封包格式 87
5.2 編碼處理 89
5.3 MICRF600相關功能暫存器值的設定 91
5.4 實驗量測與結果 94
第六章 展頻技術 104
6.1 展頻技術的發展 104
6.1.1 功率密度的衰減 104
6.1.2 良好的時間解析度 105
6.1.3 多通道存取技術 106
6.2 直接序列展頻 106
6.3 跳頻展頻 108
6.3.1 快跳頻展頻系統介紹 109
6.3.2 慢跳頻展頻系統介紹 111
6.4 慢跳頻系統通訊的規劃 112
6.4.1 慢跳頻通道表的制定 113
6.4.2 慢跳頻系統通訊流程 116
第七章 數位無線收發機之系統整合與量測 128
7.1 無線數據通訊系統 128
7.1.1 短距離無線數據通訊介紹 128
7.1.2 操作距離影響因素 129
7.1.3 天線對操作距離之影響 130
7.1.4 射頻傳輸的資料編碼 131
7.1.5 封包通訊協定 132
7.2 慢跳頻通訊系統的相關量測 134
7.2.1 慢跳頻通訊系統電路配置 134
7.2.2 天線頻寬量測 136
7.2.3 無線通道的頻寬量測 139
7.2.4 通道與通道之間的Separation量測 144
7.2.5 無線通道的Dwell Time量測 145
7.2.6 25個無線通道切換量測 146
7.2.7 無線通道的功率量測 148
第八章 數位無線收發機之通訊距離量測與比較 151
8.1 無線通道傳播之特性 151
8.1.1 自由空間傳播 151
8.1.2 無線空間中的傳播效應 152
8.1.3 碼際干擾 152
8.2 數據封包通訊成功率的評估與驗證 153
8.2.1 量測環境 153
8.2.2 未加入抗雜訊機制 155
8.2.3 加入抗雜訊機制 156
8.2.4 量測結果與比較 157
第九章 結論 159
參考文獻 160
附錄
A 於2010年全國電信研討會發表之會議論文 163
B FH-SS慢跳頻與區塊編碼系統之發射端程式 170
C FH-SS慢跳頻與區塊編碼系統之接收端程式 215
研究心得 252
作者簡介 253

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