以實務軟體定義無線電實現線性階梯頻率調變之收發機

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研究生：	廖信棋 Shin-Chi Liao
論文名稱：	以實務軟體定義無線電實現線性階梯頻率調變之收發機 Implementation of Linear Step Frequency Modulation Transceiver with a Realistic SDR Platform
指導教授：	陳逸民 Yih-Min Chen
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	資訊電機學院 - 通訊工程學系 Department of Communication Engineering
論文出版年：	2016
畢業學年度：	104
語文別：	中文
論文頁數：	82
中文關鍵詞：	頻率調變、無線通訊、軟體定義無線電
外文關鍵詞：	Chirp Communication, Software Dene Radio
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線性階層頻率調變(Linear Step Frequency Modualtion ,LSFM)，屬於Chirp
Communication 的一種，擁有線性調變脈衝的特性，很適合無限的通訊環
境，常被用於軍方雷達使用上。Chirp 如果以聲音設備撥放，聽起來會像是
鳥兒鳴叫，因此得名。起先，這樣的訊號是在1994年，由Homann 教授為
了雷達應用而設計出來，後來到了1947年，由IEEE 院士Sidney Darlington
更進一步發展，將其改良為現在熟知的樣子，脈衝壓縮雷達。
近年來，物聯網的議題越來越受到重視，因此低功號的通訊也因此崛
起。而線性階層頻率調變，即擁有低功號、對督普勒效應免疫...等特性。
本論文會先以軟體模擬線性階層頻率調變，設計出一套規格後，將線
性階層頻率調變以硬體實現，與硬體的化簡，並評估其複雜度。最後將自
製軟體定義無線電線平台，結合硬體，將線性頻階層率調變
(LSFM)發射至空中，並以此平台去接收，觀察線性階層頻率調(LSFM)變在
不同的距離、環境會有那些不同的反應。

Wtih Communication Technology improvement, a new conept of Radio has
borned, Software Dene Radio.Typically Radio comminication System were imple-
mented by analog circuit, inorder to adjust variance communication syatem, SDR
replace some Baseband module with digital circuit. It support user a platform which
can realize dierent communication system with a general platform. In this paper,
I will implement Linear Step Frquency(LSFM) , which is a kind of radar technology
that have pulse compression characteristic, in SDR platfom.By doing some experi-
ment, realize the signal in variance enviroment performance.

目錄
頁次
中文摘要.............................................................................................................. i
ABSTRACT ......................................................................................................... ii
謝誌...................................................................................................................... iii
目錄...................................................................................................................... iv
圖目錄.................................................................................................................. vi
表目錄..................................................................................................................viii
一、緒論.............................................................................................................. 1
1.1 研究動機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 章節摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
二、Chirp 通訊原理與簡介............................................................................... 3
2.1 數位調變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Chirp Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 LFM 與LSFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
三、線性階層頻率調變之設計與實現.............................................................. 9
3.1 線性階層頻率調變模擬與設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1.1 發射機模擬與規格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1.2 接收機模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.3 匹配濾波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1.4 接收端同步模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.5 接收端解調. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2 線性階層頻率硬體實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.1 發射機硬體設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.2 座標軸數位旋轉計算器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2.3 接收機硬體設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.4 匹配濾波器硬體設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.5 複雜度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.6 接收端之同步硬體設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
四、以軟體定義無線電平台實驗LSFM收發機................................................ 40
4.1 SoftWare Dene Radio Platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2 SoftWare Dene Radio Platform Introduction . . . . . . . . . . . . 40
4.2.1 AD-FMCOMMS3-EBZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3 SDR Platform Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3.1 SDR Platform -SPI Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.2 Parallel Digital Mode , 1T1R、2T2R . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.4 Baseband Processor Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.5 實驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
iv
4.5.1 功率量測實驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.5.2 雜訊量測實驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.5.3 LSFM 傳收實驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
五、未來展望...................................................................................................... 69
參考文獻.............................................................................................................. 70
                                

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