1 中華大學 94 學年度前瞻研究計畫 MIMO-OFDM 無線系統的整合研究與應用 Study on Technologies and Applications of MIMO-OFDM Wireless Systems 計畫編號： CHU-94-ADV-001 電機系教授：李柏坤、黃啟光、鍾英漢、顏名慶 通訊系教授：王志湖、陳棟洲、田慶誠

2 報告內容  整合計畫簡介說明 – 計畫研究動機與目的 – 計畫組織與內容規劃 – 整合計畫的研究方法與結構  總計畫與各子計畫成果  本年度儀器採購及使用情況  下年度預算規劃

3 計畫研究動機  無線網路需求的趨勢 : – 有限的無線網路資源，大量增加的無線網路流量需求，與用戶移動性 的需求。  滿足用戶端的需求 : – 提高無線網路用戶連線的信號品質，降低斷線機率 (Blocking rate) ， 滿足不同服務類型的 QoS 要求。  MIMO-OFDM 架構的優越性 : – 多輸入多輸出 (MIMO) OFDM 的架構，在具有時變與頻率選擇衰竭的 頻道下能增強系統的容量。  產業應用 : – 無線區域網路的應用到無線都會網路 (IEEE a, IEEE d,IEEE e) 的應用 –Intel 推動 Wimax  整合研究目標 : – 各領域的整合研究，以達到無線網路應用的整合目標。

4 計畫研究動機與目的  發揮系統資源應用： – 無線網路系統的頻寬及傳送功率的資源最佳化  有限的資源，最佳的效用： – 保證不同類型連線的傳輸信號品質與服務品質 – 功率控制、速率控制、與網路資源管理的整合研究 – 系統資源的最佳效用與無線網路用戶的最佳滿意度  提升網路的性能： – 降低封包的流失率 – 提高網路系統的 Throughput – 用戶對於系統的頻寬及傳送功率資源分享的公平性 – 保證不同服務類型的 QoS 要求

5 本計畫所提的解決方案：  滿足連線的不同 QoS 要求 – 建立流量管理或流量排程機制 – 提升網路系統的多工使用效率，提高通道使用率  動態頻寬調整 – 建立適應動態頻寬資源管理機制  做頻寬最佳化分配  提高無線通道的使用效率 – 建立 MIMO-OFDM 系統的適應調變，依照所估測的通道狀態訊息  網路功率資源應用的最佳化 – 研究無線網路的用戶端功率控制及網路的功率資源分配 – 保證無線用戶傳輸信號的信號雜訊干擾比的品質 – 降低斷線機率  多重天線與 RF 電路研究及設計製作 – 面積縮小、週邊外接元件減少的功能 – 降低 MIMO-OFDM 系統的製作成本

6 計畫組織與內容規劃

7 子計畫名稱及主持人  子計畫一 – 計畫名稱 : MIMO-OFDM 系統的頻率同步、適應資源分配及符合服 務的流量排程策略的探討 – 主持人：通訊系 鍾英漢教授  子計畫二 – 計畫名稱 : MIMO-OFDM 系統的通道估測與功率控制研究 – 主持人：電機系李柏坤教授  子計畫三 – 計畫名稱 : MIMO-OFDM 系統的適應性調變與錯誤技術更正碼之研 究 – 主持人：通訊系陳棟洲教授  子計畫四 – 計畫名稱 : MIMO-OFDM 系統的多重型天線及射頻電路研究 – 主持人：通訊系田慶誠教授

8 子計畫一介紹 - 第一年目標  設計 MIMO-OFDM 的系統實體 (PHY) 層  設計 MIMO-OFDM 的介質擷取控制 (MAC) 層  研究與 PHY 層有關的頻率同步技術 – 應用到 OFDMA MIMO 系統的前導符元與固定 及移動的引導載波上 – 分別預估粗略及殘餘載波頻率偏移 子計畫一 :MIMO-OFDM 系統的頻率同步、適應資源分配及符合服務的流量排程策略的探討

9 子計畫二介紹 - 第一年目標  MIMO-OFDM 系統中的通道判別  發展等化器 – 考慮一個廣泛使用的傑克模型來描述實際通道 – 建立一個軔性應用等化器 – 考慮通道判別的誤差差異數，改善信號檢測的性 能 – 提出一個平行架構以實現所建議的等化器，減少 通道與通道之間干擾中的時變衰減的影響 子計畫二 : MIMO-OFDM 系統的通道估測與功率控制研究

10 子計畫三介紹 - 第一年目標  針對系統架構以及通道環境，研究適應性通訊系 統等關鍵性技術 – 適應性調變技術 – 適應性交錯技術 – 適應性錯誤更正碼技術  傳輸模式之切換準則  針對 MIMO-OFDM 系統之相關技術進行研究 –MIMO 通道特性 –Space-Time Codes –Space-Frequency Codes –FFT/IFFT –OFDM 系統之 PAR 子計畫三 : MIMO-OFDM 系統的適應性調變與錯誤更正碼技術之研究

11 子計畫四介紹 - 第一年目標  接收機的電路架構  系統規格  分項電路的設計製作 – 分項電路設計包括 :  寬頻全向性天線  寬頻通道及抗偽頻濾波器  寬頻可變增益低雜訊放大器  IQ 調變器與解調器等電路的設計 子計畫四 : MIMO-OFDM 系統的多重型天線及射頻電路研究

12 計畫間之相關性與 整合說明 MAC 層的流量排程與資源分配 實體層的基頻信號處理 實體層的混合信號及射頻電路設計

13 具體成果 : 總計畫  總計畫之研究成果 – 已發表期刊論文：共計 17 篇  SCI 論文共計 3 篇。  EI 論文共計 3 篇。 – 修正中期刊論文與已投稿期刊論文：共計 18 篇  其中 SCI 論文共計 9 篇。 – 已發國際研討會論文：共計 19 篇。 – 已發表國內研討會論文：共計 2 篇。

14 具體成果 : 子計畫一  目前已完成的工作項目 –Paper Survey  載波頻率偏移對 MIMO-OFDM 系統效能之影響的相關論文。  MIMO-OFDM 系統中的頻率同步技術。  TDC-ML 應用在 MIMO-OFDM 系統時所需的模式修正。  OFDMA multiuser 環境的 population 分佈模式。  OFDMA multiuser 環境的頻道傳遞特性及干擾模式。  OFDMA multiuser 的環境頻率偏移預估策略在 downlink 及 uplink 的差異性。 – 推導出兩分支估計誤差間的相關係數及聯合機率密度 函數 –MATLAB 程式模擬驗證其正確性。

15 具體成果 : 子計畫二  完成的工作項目 – 考慮 OFDM 系統雜訊與時變通道，建立接受 訊號、發送訊號、與時變通道之間的關係。 – 在頻率域建立通道追蹤的法則，建立及設計， 具有韌性的狀態空間通道估測器。

16 具體成果 : 子計畫三  完成之具體研究項目如下： – 適應性 BICOFDM 系統之 QAM 軟式解對映法則 – 適應性 BICOFDM 系統之 QAM 軟式解對映量化 位階劃分與量化位元數評估 – 適用於適應性 BICOFDM 系統之 Viterbi 解碼器硬 體製作與測試 – 快速傅立葉轉換器之硬體電路設計 – 適應性 BICOFDM 系統之 Simulink 模擬環境

17 具體成果 : 子計畫四  完成之具體研究項目 : – –CMOS LNA and Mixer circuit design ，並已至 CIC 下線製作成 RF CMOS 晶片。 – –Baseband analog/digital circuits 各子電路的 CMOS circuit design and simulations (AGC amplifier, OTA Channel filter, DAC, ADC) – –Phase-locked loop 各子電路的 CMOS circuit design and simulations (Voltage control oscillator, Frequency synthesizer, Loop filter) – –CMOS VCO circuit design ，並已至 CIC 下線製作 成 RF CMOS 晶片。

18 結論  下一年度預期研究成果 – 每個子計畫 SCI 期刊論文 1 到 2 篇 – 每個子計畫研討會論文 1 到 2 篇 –2 到 3 個專利 – 推動無線通訊研究中心  教學 – 無線通訊學程  產學合作