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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉佳杰
研究生(外文):Jia-Jie Liou
論文名稱:以電腦軟體定義量測技術實現接收器量測系統
論文名稱(外文):A Testing System for WLAN Receiver by Using Software-Defined Measurement Technology
指導教授:陳棟洲
指導教授(外文):Tung-Chou Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電信工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:量測儀器無線區域網路系統量測軟體定義無線電
外文關鍵詞:Measurement InstrumentsWireless LAN systemMeasurementSoftware-Defined Radio
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本論文提出電腦軟體定義無線區域網路接收器量測系統之概念,提出的量測系統概念藉由LabVIEW進行數位訊號處理(DSP)製作規範之測試訊號,並搭配NI USRP-2920儀器發送或接收測試之射頻訊號。相較於傳統的接收器量測架構,此概念的優勢在於可以隨時更改量測項目或是量測規範,更能提升量測系統的彈性化,並且有效降低量測無線區域網路設備的整體成本,在未來量測系統的發展中更具極大的競爭力。
This thesis proposes a concept of computer software-defined measurement to test the receiver of WLAN Systems. It is made of digital signal processing system design using LabVIEW and testing WLAN signal generated and received by NI USRP-2920 instrument. Compared to the traditional measurement system, the computer software-defined WLAN receiver measurement system can effectively improve the measurement flexibility and efficiency, and the cost of the overall measurement equipment can be reduced.
中文摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 1
1.3論文大綱 2
第二章 無線區域網路規範簡介 3
2.1 IEEE 802.11ac實體層 4
2.1.1 L-STF 5
2.1.2 L-LTF 6
2.1.3 L-SIG 6
2.1.4 VHT-SIG-A 8
2.1.5 VHT-STF 9
2.1.6 VHT-LTF 10
2.1.7 DATA field 15
2.2 Scrambler 17
2.3 BCC Encoder 18
2.4 phase rotation 19
2.5 OFDM subcarriers 19
2.6 CSD 21
2.7 Constellation Mapper 23
第三章 無線區域網路接收器之量測 27
3.1無線區域網路接收器量測項目 28
3.1.1最小輸入靈敏度 28
3.1.2 鄰近與非鄰近通道拒斥 29
3.1.3最大輸入準位 31
3.2 無線區域網路接收器之量測架構 32
第四章 電腦軟體定義無線區域網路接收器量測系統 33
4.1電腦軟體定義無線區域網路接收器量測系統架構 33
4.2 IEEE 802.11ac傳送訊框之實現 37
4.3 待測物之實現 39
4.3.1待測物之I/Q訊號重新取樣 39
4.3.2待測物之訊號同步 40
4.3.2.1時間同步 40
4.3.2.2頻率同步 41
4.3.2.3載波相位追蹤 43
4.3.3 IEEE 802.11ac訊框解調 44
4.4最小輸入靈敏度量測與結果分析 46
4.5鄰近與非鄰近通道拒斥量測與結果分析 48
4.6最大輸入準位量測與結果分析 50
第五章 總結 52
參考文獻 53
作者簡歷 55


圖目錄
圖2-1 IEEE 802.11ac標準之實體層的訊框格式 4
圖2-2 L-SIG欄位位元分配圖 7
圖2-3 L-SIG與VHT-SIG-A傳送方塊圖 7
圖2-4 單使用者時VHT-SIG-A位元分配圖 8
圖2-5 多使用者時VHT-SIG-A位元分配圖 8
圖2-6 L-SIG欄位與VHT-SIG-A欄位星座圖 9
圖2-7 使用P4x4矩陣設定VHT-LTF 13
圖2-8 使用P4x4矩陣設定VHT-LTF導引子載波 13
圖2-9 傳輸頻寬大於20MHz時VHT-SIG-B欄位位元分配 14
圖2-10 單使用者模式傳輸頻寬為20MHz、40MHz與80MHz的VHT-SIG-B欄位傳送方塊圖 15
圖2-11 VHT-SIG-B與 SERVICE欄位的設定 16
圖2-12 使用迴旋碼編碼的單使用者模式傳輸頻寬為20MHz、40MHz與80MHz的DATA欄位傳送方塊圖 17
圖2-13 加擾器架構 17
圖2-14 迴旋編碼器架構 18
圖2-15 BPSK、QPSK、16-QAM位元對應星座圖 23
圖2-16 64-QAM位元對應星座圖 24
圖2-17 256-QAM位元對應星座圖(第一象限) 25
圖2-18 256-QAM位元對應星座圖(第二象限) 25
圖2-19 256-QAM位元對應星座圖(第三象限) 26
圖2-20 256-QAM位元對應星座圖(第四象限) 26
圖3-1 IEEE 802.11ac頻段分配 29
圖3-2 鄰近與非鄰近通道拒斥示意圖 30
圖3-3 最小輸入靈敏度與最大輸入準位測試配置 32
圖3-4 鄰近與非鄰近通道測試配置 32
圖4-1 電腦軟體定義無線區域網路接收器量測系統架構圖 33
圖4-2 NI-USRP與LabVIEW連結方式 34
圖4-3 NI-USRP-2920硬體架構 34
圖4-4 NI-USRP-2920儀器 35
圖4-5 產生IEEE 802.11ac傳送訊框系統架構 37
圖4-6 使用LabVIEW產生Data欄位 38
圖4-7 待測物系統架構 39
圖4-8 取樣時脈誤差示意圖 39
圖4-9 I/Q資料重新取樣 40
圖4-10 IEEE 802.11ac傳送訊框格式 40
圖4-11 待測物同步系統架構 40
圖4-12 使用L-STF執行時間同步 41
圖4-13 使用USRP接收到的I/Q訊號 42
圖4-14 經過載波頻率偏移補償後的I/Q訊號 42
圖4-15 未補償載波相位(a)與補償載波相位後(b)星座圖 43
圖4-16 Data欄位調變編碼訊息 44
圖4-17 Data欄位解調 44
圖4-18使用LabVIEW解調Data欄位 45
圖4-19 最小輸入靈敏度量測架構 46
圖4-20 最小輸入靈敏度與最大輸入準位量測人機介面 46
圖4-21最小輸入靈敏度量測 47
圖4-22 鄰近與非鄰近通道拒斥量測架構 48
圖4-23 鄰近與非鄰近通道拒斥量測人機介面 48
圖4-24 鄰近與非鄰近通道拒斥量測 49
圖4-25 鄰近通道拒斥 49
圖4-26 非鄰近通道拒斥 49
圖4-27最大輸入準位量測 51


表目錄
表2-1 IEEE 802.11標準之實體層(PHY)簡介 3
表2-2 IEEE 802.11ac標準之實體層欄位說明 4
表2-3 空間時間串流個數與VHT-LTF長度對應關係 12
表2-4 VHT-SIG-B欄位位元分配 14
表2-5 MCS調變與編碼方式 18
表2-6 相位旋轉參數定義 19
表2-7 IEEE 802.11ac OFDM子載波數目 20
表2-8 傳輸頻寬20MHz與40MHz的OFDM子載波分配 20
表2-9 傳輸頻寬80MHz與160MHz的OFDM子載波分配 20
表2-10 使用在傳輸鏈上CSD的參數表 21
表2-11 使用在空間時間串流上CSD的參數表 22
表2-12調變正規化參數 23
表3-1 IEEE 802.11接收器量測項目 27
表3-2 IEEE 80211ac接收器最小輸入靈敏度限制 28
表3-3 IEEE 80211ac鄰近與非鄰近通道拒斥限制 31
表4-1 NI-USRP-2920發射器規格 35
表4-2 NI-USRP-2920接收器規格 36
表4-3最小輸入靈敏度量測結果 47
表4-4鄰近與非鄰近通道拒斥量測結果 50
表4-5最大輸入準位量測結果 51

[1]J. Mitola, “The Software Radio Architecture,” IEEE Communications Magazine, vol. 33, no. 5, pp. 26-38, May 1995.
[2]Wipro technologies, “Software-defined radio, A technology overview,” white paper, August 2002.
[3]Supplement to IEEE Standard for Information Technology - Telecommunications and Information Exchange between Systems - Local and Metropolitan Area Networks - Specific Requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, High-Speed Physical Layer in the 5 GHz Band, IEEE, Sept. 16, 1999.
[4]IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, March. 29, 2012.
[5]IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, Amendment 4: Enhancements for Very High Throughput for Operation in Bands below 6 GHz, IEEE, 2013.
[6]N. A. Ghaz. 2013. A Study of the Next WLAN Standard IEEE 802.11ac Physical Layer. Master’s thesis. KTH, School of Electrical Engineering, The Sweden.
[7]E. Perahia and R. Stacey, Next Generation Wireless LANs: Throughput, Robustness, and Reliability in 802.11n, Cambridge University Press, 2008.
[8]E. Perahia and R. Stacey, Next Generation Wireless LANs: 802.11n and 802.11ac, 2nd ed, Cambridge University Press, 2013.
[9]WLAN IEEE 802.11ac: Wide bandwidth high speed 802.11a technology and testing, Rohde &; Schwarz, November. 2012.
[10]Introduction to Wireless LAN Measurements From 802.11a to 802.11ac, National Instruments.
[11]Keysight Technologies, IEEE 802.11 Wireless LAN PHY Layer (RF) Operation and Measurement, literature number 5988-5411EN, July 31, 2014.
[12]802.11ac Technology Introduction White Paper, Rohde &; Schwarz, March. 2012.
[13]IEEE 802.11ac: What Does it Mean for Test?, Litepoint, October. 2013.
[14]Keysight Technologies, Signal Studio for WLAN 802.11a/b/g/j/p/n/ac/ah, literature number 5990-9008EN, February 2, 2015.
[15]Agilent Technologies, Measuring Bit Error Rate Using the ESG-D Series RF Signal Generators, Option UN7, literature number 5966-4098E, December 8, 2000.
[16]Agilent Technologies, Bluetooth™ Signal Studio Software for the E4438C ESG Vector Signal Generator, literature number 5988-5417EN, October 1, 2002.
[17]Out-of-the-Box Video With NI USRP, National Instruments, 2015.
[18]An Introduction To Software Defined Radio With NI LabVIEW and NI USRP, National Instruments, March. 2013.
[19]Device Specifications NI USRP™-2920, National Instruments, Apr. 2012.
[20]LabVIEW Communications 802.11 Application Framework White Paper, National Instruments, 2015.
[21]Y. S. Cho, J. Kim, W. Y. Yang, C. G. Kang, MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB, Wiley-IEEE Press, 2010.
[22]J. Terry and J. Heiskala, OFDM Wireless LANs: A Theoretical and Practical Guide. SAMS, 2001.
[23]C. S. Peng and K. A. Wen, “Synchronization for carrier frequency offset in wireless LAN 802.11a system,” Wireless Personal Multimedia Communications, vol.3, Oct. 2002.
[24]D. Asquith and Aeroflex, “Wide Bandwidth Measurement Techniques for 802.11ac WLAN Devices,” http://www.mpdigest.com/issue/Articles/2012/Aug/Aeroflex/Default.asp, August. 2012
[25]次世代Wi-Fi標準IEEE 802.11ac的5大技術特性。網址: http://www.ithome.com.tw/node/75919.

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