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1.1 研究動機

近十幾年來,無線通訊發展相當的迅速,也由於現今所需傳輸的資料 包括影像、聲音以及多媒體等,因此需要更大的頻寬,來讓消費者可以享 受更好的服務與品質,如第四代行動通信(4G)在室內傳輸速率要求為 1Gb/s,室外傳輸速率要求100Mb/s,是一個相當高速的無線通訊系統,因 此如何有效利用頻寬是個相當重要的議題,利用智慧型天線即是一個有效 改善頻寬使用效益與通信品質的方法。

智慧型天線工作型態,可大致區分為三個型態,第一類型為將智慧型 天線系統應用於發射端,使其發射端有方向性的發送信號,即在下鏈時,

基地台會根據使用者所在的位置的不同,形成特定的波束,對於使用者所 在之特定方向發送信號;第二種類型為將智慧型天線系統應用於接收端,

使其接收端有方向性的接收信號,即在上鏈時,基地台會根據使用者所在 的位置的不同,形成特定的波束,對於使用者所在之特定方向接收信號;

第三種類型為將智慧型天線系統同時應用於發射端與接收端,智慧型天線 會根據基地台與使用者所處的地理位置與通道環境特性等,傳送端與接收 端同時適應性地調整,以獲得最好之傳輸品質,如802.11n即是屬於此種 類型。不同的工作模式所需的演算法有所不同,本研究主要是針對第二類 之智慧型天線做進一步的研討。

當使用者對基地台的上鏈通訊中,基地台會使用天線陣列接收信號,

利用空間分隔多工的概念,產生特有之訊號空間特徵,基地台可經由訊號 處理的方式,尋找出訊號到達的方向,不同的使用者由於所在的位置不 同,會有不一樣的訊號空間特徵,智慧型天線系統即是利用此差異,在同

樣的頻率與時間的資源裏,區分出不同使用者,達到頻寬重複利用的目 的,即可有效增進頻寬使用效益。

在第二類之智慧型天線中,由於頻寬重複利用的緣故,在相同的頻帶 上會有不同使用者的信號,不同使用者的信號對欲求解的信號而言均視為 同頻干擾,因此如何有效地消除同頻干擾之效應,是第二類型智慧型天線 系統必須研究的重要問題。

目前應用於接收端之智慧天線主要有切換波束式(Switched-beam)

天線陣列和適應性(Adaptive)天線陣列兩種工作模式[1]。適應性天線 陣列雖然有較佳的效能,但複雜的計算加上收斂速度較慢,在通道快速時 變的情況下,可能出現錯誤收斂或無法收斂的缺點,相較之下切換波束式 天線陣列顯然較易實現,演算法既簡單又有不錯的效果,兩種類型的智慧 型天線個具有其優缺點,如何在系統效能與硬體成本之間取得平衡,也是 個重要的議題。

正交分頻多工系統(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,

OFDM)為多子載波的系統,其將信號分配到不同子載波上,利用分頻多工 的概念,可以滿足高速傳輸的需求,同時具備可以有效對抗多重路徑產生 的失真與干擾等種種優勢,因此正交分頻多工系統為一個被廣泛使用的系 統。本研究主要是探討如何將智慧型天線有效率地應用於正交分頻多工系 統中。

1.2 研究目標

智慧型天線應用於正交分頻多工系統,可區分為兩種類型,一類為在 時域(Time Domain)上做信號處理,稱之為前置-快速傅立葉轉換型天線陣 列;另外一類為在頻域(Frequency Domain)上處理,稱之為後置-快速傅

立葉轉換型天線陣列。我們提出一種新的演算法,是在頻域和時域同時處 理之新式混合型天線陣列,以改善通信品質。

1.3 論文架構

本論文分為六章

第一章 : 介紹研究動機和研究目標

第二章 : 說明智慧型天線的原理及介紹波束形成技術 第三章 : 介紹正交分頻多工系統

第四章 : 將智慧型天線技術應用於正交分頻多工系統並分析其效能 第五章 : 新式波束形成器設計

第六章 : 結論與未來展望

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