第一章 第一章 第一章
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隨著無線的應用日趨廣泛，無線個人網路(wireless personal area network;
WPAN) 越來越受到重視。為了因應此趨勢 IEEE 在2005 三月成立了802.15 WPAN Task Group (TG3c) 發展毫米波的實體層規格。此毫米波是操作在免執 照 57 ~ 64 GHz 的頻段，由於此頻段之高衰減特性訊號只適合短距離之傳輸，
WPAN 所定義之資料傳輸率最少是1Gbps 最高可達5Gbps 適合高速之上網或 高畫質之影音傳輸。在此規格中定義了兩個調變模式即單載波和多載波，多載波 使用正交多頻分工(orthogonal frequency division multiplexing; OFDM)，眾所週知 OFDM 是一具有潛力之技術也已經廣泛的應用於多種數位通訊的系統 如 IEEE 802.11 無線區域網路，IEEE 802.16e 廣域的網路，以及數位電視廣播(digital video broadcasting; DVB)等。OFDM 的最大好處是頻譜使用效率高以及可以將 多路徑之頻率選擇衰落轉換成平坦之衰落因此等化就變得很容易，另一好處是 OFDM 能使用快速傅立葉轉換可以使多載波的調變容易實現。
因為60GHz 通道對訊號之衰減性高且載波之穿透性低，因此當傳送端與接 收端之間有障礙物沒辦法達到直視(Line of Sight; LOS)的傳輸時傳收的效能將 大受影響，如何在NLOS 的環境下能夠正常運作是一大關鍵。因此有研究者在 傳送端與接收端使用陣列天線(Antenna Array)來做波束形成(Beamforming)，希 望可以藉此達到能量集中提高傳輸效能，能量集中並不侷限於單一方位，陣列天 線波束形成技術可以把訊號集中在多個特定方位，也可以使某些特定方位收不到 訊號。波束形成可以用類比或數位的方式來實現，如用類比的方式則無法達到干 擾消除的目的，但如用數位的方式則每一根天線都需要一組數位類比轉換器 (digital-to-analog circuit; DAC)和類比數位轉換器(analog-to-digital circuit; ADC)，
成本會大大的提高，最近有研究者提出用混合式的波束形成(hybrid beamforming)
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來解決此問題[1]-[3]，其想法是把陣列天線分成少許區塊，同一區塊共同使用同 一個轉換器，如此一來就可在效能與成本之間取得一平衡。使用波束形成之一重 要的前提是訊號的接收方位須能準確的估計，此問題在文獻上稱之為(Direction of Arrival; DoA)，數位波束形成之DoA 的問題已經廣泛的被討論[4]-[5]，也有 應用在混合式陣列天線的訊號來源方位估測演算法 [6]。
本篇論文的目的即是研究 60GHz 系統中使用混合波束形成之 LOS/NLOS 傳輸技術，並提出可能的新方案以克服 60GHz 非直視環境的傳輸障礙。首先我 們依據 IEEE WPAN 802.15.3c 的編碼簿，提出了一種新的波束搜尋法，配合 DoA 的技術並利用通道對稱性的特性，可以大幅的減少傳送的訓練序列數，快速的搜 尋出最佳波束對，並同時提高了精準度。另外我們也考慮環境的變動時波束配對 的問題，亦即傳輸環境可能瞬間從 LOS 變為 NLOS 的狀況，ㄧ個解決的方法是 在一開始做波束搜尋流程時，根據每組波束配對收到的訊號大小，依序排列出最 佳、次佳...等的序列，再依照當時的環境選擇最適當的一組波束配對，例如一開 始採用最佳的波束配對，但當此組波束配對被阻礙物擋住訊號無法傳遞時，改採 用次佳的波束配對。
當系統沒LOS傳輸時，另一個解決辦法是利用中繼器(relay)幫忙傳送端傳送 資料。在分時雙工(time division duplexing; TDD)的系統裡，中繼器通常是半雙工 (half-duplex)，也就是說傳送端把訊號傳給中繼站，中繼站進而把接收到的資料 傳給接收端，亦即同一時間只能做傳收或接收，整體系統之吞吐量(throughput) 會因此而減半。本論文的另一個主題就是在討論全雙工(full-duplex)之中繼器，
亦即中繼器可以同時傳送與接收訊號，系統之吞吐量因此可以倍增。但全雙工中 繼器有一問題，意即接收機會收到傳送機所傳送的訊號，因而干擾到真正要接收 的訊號，一般而言，傳收機傳送訊號很強而要接收訊號很弱，因此造成運作上的 困難，文獻上稱此自我干擾問題為為迴音(echo)。全雙工中繼器迴音消除的方法 有數種[7]-[10]，但都不是針對陣列天線而設計，我們提出了一個混合波束形成 器的迴音消除器(Echo Canceller)，可以有效的解決中繼器之迴音干擾問題。
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本篇論文的組織如下:第二章我們討論 60 GHz 頻帶在會議室的通道模型，第 三章中敘述混合式波束形成與 DoA 演算法，第四章討論在直視與非直視環境之 下的波束搜尋配對方式，第五章是討論全雙工中繼器，第六章中敘述所提出方法 之模擬結果，第七章則是總結。
4 的水平角(azimuth)與仰角(elevation)。Intel 發表的版本並沒有把電磁波的極化 (polarization)的影響考慮進去而且假設通道的統計特性是穩態的(stationary)。