1.1 研究動機
以目前的無線網路系統而言，最主要的研究方向是如何提高系統的吞吐量
(throughput)以及能量使用效能，但是由於一些因素造成無線網路系統在這方面無法有更 進一步的提升，例如無線網路中常會存在的干擾源、無線通道造成的訊號衰減等不利系 統效能的因子，因此需要發展出新的硬體架構來克服這些問題，此外還必須有適當的機 制來協調多個使用者(user)存取相同的無線通道，才能利於無線通道的存取效率，達到 高吞吐量和低耗電的需求。
此新的硬體架構為結合多重輸入多重輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) 技術和正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技術。利用
MIMO 的多天線特性可以得到多樣性增益(diversity gain)和載量增益(capacity gain)，其中 載量增益為不相同的天線分別送收不相同的資料，也就是達到增加傳輸量的目的，所以 當這些資料屬於不同的使用者時，此系統便能同時讓多個使用者在相同的載波上送收資 料，但是必須先克服使用者彼此之間造成的干擾。而 OFDM 為目前無線網路系統常用 的技術，如 IEEE 802.11a 等。OFDM 的好處為有效的使用頻寬以及能克服無線通道造成 的符號間干擾(inter-symbol interference)[1]。結合這兩樣技術，也就是 MIMO-OFDM，便 可以有高吞吐量和抵抗無線環境造成的干擾。
在 MIMO-OFDM 的技術上讓多使用者同時收發資料，就必須先排除同通道干擾
(co-channel interference)的問題。在[2]中利用傳送識別標誌(transmission signature)也就是 傳送波束(transmit beamforming)[3]技巧來達到消除同通道干擾的目的，因此存取點 (Access Point, AP)在 MIMO-OFDM 的技術下便可以同時和多個使用者做下載連結 (downlink)，也就是 AP 傳送資料給使用者，或是上載連結(uplink)，使用者傳送資料給 AP。在媒體存取控制層(Medium Access Control Layer, MAC)上則必須有一個協定來選擇 哪些使用者適合同時存取無線通道，才能提高無線通道的使用效率，以至於增加每個使 用者的吞吐量，而達到多使用者的多樣性增益(multiuser diversity gain)。
PSM-MIMO/OFDM 是在[2]中所提出的 MAC 層的協定，它是像 IEEE 802.11 的分散式協 調功能(Distribution Coordination Function, DCF)[4]模式，具有省電機制(Power-Saving Mechanism, PSM)，除了可以省 AP 的能量，也可以從多個候選人中找出合適的多組配對 (pair)的使用者，每一組配對都以較大的子載波通道載量(channel capacity)總和決定配 對，再和 AP 做上載連結或是下載連結，但是 PSM-MIMO/OFDM 在多使用者的多樣性 增益方面仍然有進步的空間，因此本論文的研究主要以 PSM-MIMO/OFDM 下的實體層 硬體架構為基礎，在 MAC 層提出新的演算法，更進一步提升多使用者的多樣性增益。
要讓每一對配對後的使用者分別與 AP 同時傳輸資料，在 MAC 層就必須完成配對 的組合。如何選擇配對，在這裡主要提出三種選擇的演算法，分別是最大總和速率(Max.
Sum Rate)、最小時間差(Min. Time Differences)、最大平均吞吐量(Max. Average
Throughput)，不同於 PSM-MIMO/OFDM 是依據配對後的最大子載波通道載量總和來選 擇配對，有較多的優點。此外三種演算法提供選擇的配對數量方面，相較於
PSM-MIMO/OFDM 提供可選擇的配對數是有限組的情況下，可以找出所有可能的配對 方式，如此才能從中找到較佳的配對組合和 AP 作資料傳輸。AP 和使用者之間會在隨 意網路流量指示訊息(Ad-hoc Traffic Indication Message, ATIM)視窗期間作訊息的交換，
AP 則會透過這些訊息，依據所提出的三種演算法來選擇配對。在選擇配對完成後，AP 會根據這些成功配對完成的配對數來調整 AP 的資料傳輸時間的長短，所以 AP 的信標 區間(beacon interval)長度是可以調整的。在這樣的情況下才可以減少 AP 在資料傳輸時 間的閒置時間，降低電力的消耗。最後從模擬的比較結果，所提出的三種新的演算法在 省電和吞吐量方面，與 PSM-MIMO/OFDM 相比較下都有明顯的改進。
1.2 章節介紹
接下來的章節中，第二章主要是介紹多使用者 MIMO-OFDM 實體層相關工作的運 作方式以及對 PSM-MIMO/OFDM 的介紹，第三章則是針對本論文提出的方法做詳細的 分析與介紹，第四章是模擬結果的比較，最後第五章為結論和未來展望。