以軟體定義無線電平台設計與實現具ACM功能之DVB-S2收發機

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陳柏翰(Po-Han Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

以軟體定義無線電平台設計與實現具ACM功能之DVB-S2收發機
(Design and Implementation of DVB-S2 Transceiver with ACM function on SDR)

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摘要(中)

第二代數位廣播 (DVB-S2) 為衛星廣播標準之一，相較於第一代數位廣播 (DVB-S) ，第二代提升的傳輸量，除了QPSK，更提供 8PSK、16APSK、32APSK等多種調變方式，更能適應線性特性相對不好的衛星傳輸通道。

本論文研究內容以FPGA硬體架構設計與實現DVB-S2發射機與接收機，在發射機中，包含了BCH code、LDPC code和調變器，並增加了適應編碼調製（Adaptive Coding and Modulation，ACM）機制，使發射機在切換調變時更加穩定，接收機則包含時間同步、頻率同步、相位同步，時間同步採用內插器，以消除時序偏移並進行同步取樣，頻率同步則是以固定星座圖去計算及修正頻率偏移，相位同步則是以已知的Start Of Frame (SOF) 來修正相位，並增加自動偵測調變機制 (MODCOD-Detector) ，以便後續解碼器所用，將其整合，使其實現實際DVB-S2收發機。

摘要(英)

Digital Video Broadcasting-Satellite-Second Generation (DVB-S2) is one of the satellite broadcasting standards. Compared with Digital Video Broadcasting-Satellite (DVB-S) , Digital Video Broadcasting-Satellite-Second Generation has an improved transmission capacity. In addition to QPSK, it also provides 8PSK, 16APSK, 32APSK, and other modulation methods. It is more suitable for satellite transmission channels with relatively poor linear characteristics.
The main purpose of the paper is based on FPGA hardware architecture to design and implement DVB-S2 transmitter and receiver. In the transmitter, using BCH code, LDPC code and modulator. And added the Adaptive Coding and Modulation ( ACM ) to make the transmitter more stable when switching modulations. The receiver includes timing synchronization, symbol synchronization, and phase synchronization. And increase the automatic detection modulation (MODCOD-Detector). Make it an actual DVB-S2 transceiver.

關鍵字(中)

★ 第二代數位廣播
★ 收發機
★ 適應編碼調製
★ 時間同步
★ 頻率同步
★ 相位同步

關鍵字(英)

★ Digital Video Broadcasting-Satellite-Second Generation
★ Transceiver
★ ACM
★ Timing Synchronization
★ Symbol Synchronization
★ Phase Synchronization

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章緒論 1
1. 1 研究動機與背景 1
1. 2 章節簡介 2
第二章 DVB-S2規格簡介 3
2. 1 DVB-S2流程架構 3
2. 2 Frame架構 4
2.2. 1 FEC Frame 4
2.2. 2 PL Frame 6
2.2. 3 PL Header 7
2. 3 Frame內部建構運作 8
2.3. 1 Bit Interleaver 8
2.3. 2 PL Scrambling 10
2. 4 Bit Mapping 10
2.4. 1 QPSK 11
2.4. 2 8PSK 11
2.4. 3 16APSK 12
2.4. 4 32APSK 13
第三章 DVB-S2收發機系統 14
3. 1 發射端編碼處理 14
3.1. 1 BB Scrambling 14
3.1. 2 BCH Encoder 15
3.1. 3 LDPC Encoder 16
3.1. 4 Bit Interleaver 16
3. 2 Constellation Mapping 18
3. 3 PLHeader 18
3. 4 適應編碼調製機制 20
3.4. 1 DVB-S2發射端架構與參數 20
3.4. 2適應編碼調製機制 21
3. 5 接收端流程架構 23
3.5. 1 接收端架構 23
3.5. 2 接收端訊號模型 24
3. 6 再取樣(Resampling) 26
3.6. 1 費洛內插器(Farrow Interpolator) 26
3.6. 2 Cubic Lagrange Interpolator 28
3. 7 匹配濾波器(Matched Filter) 29
3. 8 符碼同步(Symbol Synchronization) 31
3.8. 1 符碼同步原理架構 33
3. 9 載波同步(Carrier Synchronization) 35
3.9. 1 DVB-S2訊號規格Hard-Decision 36
3.9. 2 載波同步原理架構 40
3. 10 Frame同步 40
3.10. 1 相關器(correlator) 41
3.10. 2 Descrambling 44
3. 11 自動偵測調變 45
第四章硬體架構實現 47
4. 1 Square Root Raise Cosine 47
4.1. 1 Poly phase 47
4.1. 2 SRRC模組 48
4.1. 3 SRRC架構 49
4. 2 符碼同步模組 50
4.2. 1 Farrow Interpolator 51
4.2. 2 Timing Error Detector 55
4. 3 載波同步模組 56
4.3. 1 Decision-Directed Phase-Error Estimator 57
4.3. 2 Loop filter(carrier synchronization) 58
4. 4 Frame同步與相位同步模組 58
4.4. 1 相關器(Correlator) 59
4. 5 自動偵測調變(MODCOD Detector) 59
4.5. 1 量化處理訊號bits數 60
4.5. 2 MODCOD 相關器乘法簡化處理 61
第五章軟體定義無線電平台實現與驗證 63
5. 1 軟體定義無線電 63
5. 2 軟體定義無線電平台 63
5. 3 FPGA（AC701） 65
5. 4 RF Module（AD9361） 65
5. 5 實驗結果 67
5.5. 1 合成報告書 68
5.5. 2 發射機硬體實現結果 71
第六章結論 78
參考文獻 79

參考文獻

[1] Y.-M. Chen, “A simple carrier synchronization for dvb-s2 signals using polar decision-directed phase error estimator,”2014.
[2] Y.-M. Chen, “On the design of farrow interpolator for ofdm receivers with asynchronous if sampling,” in Communications and Networking in China, 2009. ChinaCOM 2009. Fourth International Conference on, pp. 1-5, IEEE, 2009.
[3] Y.-J. LUO, “Design and Implementation of DVB-S2 Receiver with FPGA.”,2015.
[4] S.-B.MAO, “Design and Implementation of DVB-S2 Transmitter with SDR Platform.” 2017.
[5] Morello, Alberto, and Vittoria Mignone. “DVB-S2: The second generation standard for satellite broad-band services.” Proceedings of the IEEE 94.1 pp. 210-227, 2006:.
[6] Morello, Alberto, and Ulrich Reimers. “DVB‐S2, the second generation standard for satellite broadcasting and unicasting.” International Journal of Satellite Communications and Networking 22.3 pp. 249-268, 2004.
[7] D.-y. Kim, Synchronization for all digital receivers. PhD thesis, stanford univer sity, 1997.
[8] I. Tsai, Design and fpga implementation of sampling frequency o_set synchro nization for dvb-t receiver in baseband," 2012.

指導教授

陳逸民(Yih-Min Chen)

審核日期

2022-3-10

推文