Abstract
最近無線通訊的服務需求量以及學術研究皆呈現快速成長。然而無線通訊 的通道中有各種惡劣的環境因素，特別是多重路徑衰退通道以及來自其他 使用者 的干擾。為了克服這些干擾發展出了許多技術，包括： 展頻通訊，多重接收 (diversity)，錯誤更正碼，和等化器 。而由於無線的頻寬稀少，必須使用複雜 的數位調變方式才能 滿足頻譜上的限制。這些因素都使得無線通訊系統的複雜度 提 高。因此，設計一個低複雜度的系統並且還能提供可接受的系統效能便成 為我 們的主要方向。 另一方面，積體電路製造技術的進步，例如超大型積體電路的發展也對通 訊系統的設計造成影響。一個晶片上能包含電晶體愈來愈多，速度也愈來 愈快， 我們便能將更加複雜的數位訊號處理演算法放進一個晶 片中。整體來看，用晶片 來完成各種系統功能會使得系統成本 降低。所以我們將把通訊系統中的類比元件 盡量換成等效的或 近似的數位式演算法。這裡我們採用超外差接收機的結構，將 訊號轉到中頻後取樣，以後便全靠數位訊號處理式的演算法。 展頻通訊是把窄頻訊號散布到寬的頻帶中，主要好處是能對抗多使用者干 擾及多重路徑衰退通道，並可用於多重存取。跳頻是利用改變載波頻率來 達到展 頻的作用。商業上通常用的慢速跳頻。 通訊系統的同步常會嚴重影響整體效能。展頻通訊中，同步的達成更為困 難。跳頻系統中，我們要先達成跳頻同步。這裡我們假設跳頻式樣是未知 的，因 此接收機必須自行偵測出跳頻式樣。通常跳頻同步可以 分成兩個步驟：第一部份 做頻譜估測，得到訊號能量在時間和 頻率上的分佈情況。第二部份根據頻譜估測 的結果，核對可能 的跳頻樣式，找出正確的樣式號碼。為了減少跳頻同步所需時 間，我們採用寬頻的頻譜估測方法，並提供一些技巧來降低所增加的複雜 度。在 此部份的最後，我們利用有限狀態馬可夫鍊的模型來分 析跳頻同步演算法的效 能。 由於訊號頻譜上的限制，我們採用GFSK作為調變方法。GFSK有其最佳解 調法，但因複雜度太高，我們想採用較簡易的解調法。同時必須考慮的是 等化器 的設計，因為解調法會對等化器有重大的影響。經由觀 察發現GFSK可由相位的 變化作解調，因此傳統上用於相移調 變(PSK)的線性解調器，略加修改後便可作 為GFSK的解調器。 也因此可以採用線性的"決定-回授"等化器。 最後要考慮的是時脈同步和載波同步。時脈同步是要估計各資料訊號的起 始時刻。而載波同步是要估計載波偏移量及起始的相位差。載波偏移主要 來自傳 送機和接收機兩者的震盪器之間頻率的不吻合。這裡我 們假設每個資料封包前面 有一串預設資料。這串預設資料是週 期性的+1與-1交替。根據預設資料相位的 週期性，我們可以 估計傳送過來的載波偏移。接下來，預設資料的相位函數，局 部最大值和局部最小值恰好可以作為時脈同步的依據。因此我們採用逐步 式的局 部最大或最小值搜尋法作為時脈同步演算法的基礎。雖 然前面已經做了載波偏移 的估計，仍然可能留有小小的頻率偏 移。在同調解調中，任何小的頻率偏移都會 隨時間累積成相位 差，經過一段時間後便會影響解調。所以我們需要能不斷追蹤 相位的機制。這裡採用前人所提出的合併相位追蹤的等化器結構，並將其 修改成 二階的迴路以追蹤頻率差。