1. 中華大學93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 電機系教授：李柏坤、黃啟光、辛錫進 通訊系教授：鍾英漢、顏名慶、王志湖、陳棟洲、田慶誠

2. 報告內容 • 整合計畫說明 • 研究動機 • 整合研究目標 • 解決方案 • 各子計畫成果 • 結論

3. 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 802.16a, IEEE 802.16d,IEEE 802.16e)的應用 • 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. 無線網路應用的整合研究目標： • 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. The Studied MIMO-OFDM System and the Structure of the Integrated Project

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. 子計畫一介紹-第二年目標 • 研究跨於PHY層及MAC層的資源分配策略 • 依使用者不同的要求 • 每一個分配給使用者的子載波在頻率選擇 • 時變的無線環境中，所受到的衰竭情形可能不同 • 子載波適當地分配的適應性資源分配技術研究，以增加系統容量或效能 • 推導近似的數學分析 • 分析描述系統的主要參數 • 衰竭通道模型、通道容量 • 調變模式、傳輸功率、信號對干擾及雜訊比 • 字元率、字元錯誤率 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

10. 子計畫一介紹-第三年目標 • 研究MAC層的流量排程策略 • 針對中央控制的OFDMA系統，提出有效的用戶端流量排程策略 • 利用混合交換的概念來傳遞及時和非及時流量 • 依不同QoS要求給與不同優先次序 • 採用多次傳遞原理來安排對時間不敏感的不同優先次序的流量 • 目標: • 滿足各個不同型態使用者的服務品質(QoS)要求 • 達到最大的資源使用率 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

11. 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

12. 子計畫二介紹-第二年目標 • 在MC-CDMA系統中的通道判別 • 基於adaptive unscented filter (AUF)，發展decision-directed channel tracking演算法 • 利用預估的平均值改善，預估現在的通道增益的精確值 • 設計強健MMSE等化器用於訊號檢測 • 在AUF通道判別的計算程序中，應用通道判別中的誤差差異數來增加MMSE等化器的性能 • 最佳化訊號檢測 子計畫二: MIMO-OFDM系統的通道估測與功率控制研究

13. 子計畫二介紹-第三年目標 • 最佳功率控制: • 對於多使用者的MIMO-OFDM系統，規劃一個最佳功率控制問題 • 考慮下列因素 • 迴路延遲、共通道干擾(CCI)、與隨時間變動的通道增益 • 藉由SVD將MIMO通道解藕合 • 建立隨機的MIMO ARMAX模式以代表CCI與雜訊的特性 • 建立預測模式與廣域最小差異量控制 • 在有限的功率限制下 • 將SINR的追蹤誤差極小化 • 研究一個平行運算的次最佳功率控制法則 子計畫二: MIMO-OFDM系統的通道估測與功率控制研究

14. 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

15. 子計畫三介紹-第二年目標 • 適應性調變與通道編碼技術從窄頻通道環境延伸至寬頻通道環境 • 針對MIMO-OFDM系統，探討 • 適應性調變與通道編碼之相關技術 • 通道品質之估測 • 傳輸模式之切換 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

16. 子計畫三介紹-第三年目標 • 對前兩年之研究成果，做實例探討與系統實現 • 實例探討 • IEEE 802.16a Fixed Broadband Wireless Access System 之 Wireless MAN-OFDM PHY layer • 硬體之實現 • 配合其他子計畫 • 完成IEEE 802.16a Wireless MAN-OFDM系統之基頻傳收機的軟體模擬環境建立，以及FPGA硬體之實現 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

17. 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

18. 子計畫四介紹-第二年目標 • 各分項電路的設計與製作 • 分項電路設計包括 • 寬頻指向性天線 • 基頻可變增益放大器 • 基頻可變頻寬通道濾波器 • 寬頻四相位壓控振盪器 • 寬頻頻率合成器 • 參與各子計畫分系統功能測試 子計畫四: MIMO-OFDM系統的多重型天線及射頻電路研究

19. 子計畫四介紹-第三年目標 • 發展寬頻高效率功率放大器 • 發展數位/類比及類比/數位轉換器 • 與子計畫二/三共同開發多重天線調整控制系統 • 整合前兩年設計的各項電路，建構一積體化的接收機 子計畫四: MIMO-OFDM系統的多重型天線及射頻電路研究

20. 計畫間之相關性與整合說明

21. 各子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

22. 結論 • 研究 • 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 • 無線通訊研究中心 • 教學 • 無線通訊學程 • 產學合作